專利名稱：一種不銹鋼的增氮方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種不銹鋼的增氮方法。
背景技術(shù)：
氮作為合金化元素加入鋼中能起穩(wěn)定 奧氏體，改善鋼的力學(xué)性能和耐蝕性等作用。為此，部分不銹鋼將鋼中氮含量增至O. 20%以上。用廉價(jià)的氮?dú)馓娲i或氮化鉻等氮化合金進(jìn)行氮合金化，可降低生產(chǎn)成本，減少氮化合金中的雜質(zhì)帶來的污染。目前，在生產(chǎn)控氮不銹鋼時(shí)，不同精煉爐有各自的優(yōu)劣勢(shì)
在K-OBM-S和AOD爐生產(chǎn)控氮不銹鋼時(shí)，對(duì)控制鋼中氮含量具有一定的優(yōu)勢(shì)，但將鋼中碳含量脫到O. 015%以下有一定難度，尤其是雙相不銹鋼，冶煉周期比碳含量大于O. 02%鋼種高出一倍多，不但影響爐襯壽命而且還影響產(chǎn)能；在VOD精煉爐可將鋼中碳含量脫到O. 015%以下、氫含量脫到O. 00025%以下，但是鋼中氮含量在脫碳和脫氫的同時(shí)也被脫至300ppm左右，不能滿足一些低碳或低氫鋼種對(duì)氮含量的要求，還需要增氮，但僅憑VOD精煉爐處理結(jié)束后的溫度，將鋼中氮含量增到O. 20%以上很困難，因長(zhǎng)時(shí)間增氮鋼液溫度低于液相線溫度會(huì)導(dǎo)致鋼液凝固。

發(fā)明內(nèi)容
為解決不銹鋼在增氮方面的問題，本發(fā)明提供一種不銹鋼的增氮方法，本發(fā)明能使不銹鋼中碳含量控制在O. 003 O. 015%、氫含量控制在O. 00005 O. 00025%、氮含量控制在O. 20%以上。本發(fā)明的技術(shù)方案是在VOD處理結(jié)束和LF精煉爐升溫后，鋼包扣蓋，將氮?dú)馔ㄟ^鋼包底吹裝置吹入鋼液中增氮。增氮時(shí)部分氮?dú)馕幢讳撘何諘?huì)浮出液面，若長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)增氮，鋼液與渣間及鋼包空間內(nèi)會(huì)充滿氮?dú)?，可起到隔絕空氣阻止鋼液與空氣接觸被二次氧化的作用；另外，用廉價(jià)的氮?dú)馓娲辖?，通過鋼包底吹供氣裝置吹入鋼中氮?dú)膺M(jìn)行氮合金化，可降低生產(chǎn)成本，提高鋼質(zhì)純凈度，同時(shí)還能縮短K-OBM-S和AOD精煉爐冶煉時(shí)間，提聞不鎊鋼廣能。本不銹鋼的增氮方法的步驟依次是
第一步、在VOD精煉爐處理結(jié)束，用公式(a)求出鋼液需增氮總量 ΣΛΝ，再用公式
(b)計(jì)算出在VOD精煉爐最長(zhǎng)增氮時(shí)間。Σ Λ N = Λ Nv + Λ Nl = [N] - [N]前(a) tM= [T前一(T液 + 20)]/ΛΤ (b)
(a)式中
[N]—鋼種要求達(dá)到的氮含量(%)
Δ隊(duì)一鋼液在VOD精煉爐增氮量(%)
Δ Nl 一鋼液在LF精煉爐增氮量(%)[N] u—VOD精煉爐增氮前鋼液中氮含量(%)
ΣΔΝ 一達(dá)到鋼種要求氮含量鋼液需增氮總量(%)
(b)式中
tM —最長(zhǎng)增氮時(shí)間(min)
Tw —增氮前鋼液溫度(V )
Ta—液相線溫度(V )
Δ T 一鋼液在增氮過程中的溫降(V Mn )
鋼包扣蓋，用壓強(qiáng)O. 80-1. 2MPa的氮?dú)馔ㄟ^鋼包底供氣裝置吹入鋼液中進(jìn)行增氮。為 防止鋼液凝固，增氮后鋼液溫度不低于液相線溫度，在VOD精煉爐處理結(jié)束，增氮時(shí)間不能超過最長(zhǎng)增氮時(shí)間tM [見公式(b)]。VOD增氮結(jié)束，取樣經(jīng)化學(xué)分析做出在VOD增氮后的
氮含量，求出Λ Νν。第二步、將鋼液吊到LF爐。用公式(a)計(jì)算出鋼液在LF精煉爐需增氮量Λ Nl,用公式(c)求出在LF精煉爐增氮時(shí)間t，再用公式(d)求出在LF精煉爐增氮前至少需要的溫
度Tl前。ΣΛ N=ANv+ANl= [N]-[Nilfi(a)
Δ Nl = (I. 25XQXtX a )/ff(c)
t = [TL前一( +20)]/ΛΤ(d)
(c)式中
Δ Nl 一鋼液在LF的增氮量(%)
Q 一鋼包底吹總流量(L/min) t 一在LF的增氮時(shí)間(min)
W 一鋼液重量(g)、 α —氮在鋼液中的溶解度(%)
(d)式中
Tlw- LF精煉爐增氮前至少需要的溫度 Ta—液相線溫度(V )
Δ T 一鋼液在增氮過程中的溫降(V Mn )。升溫達(dá)到增氮所需要的溫度后，鋼包扣蓋，用壓強(qiáng)O. 80-1. 2MPa氮?dú)馔ㄟ^鋼包底吹供氣裝置吹入鋼液中增氮。對(duì)于增氮量大的鋼種，若增氮前鋼液溫度超過1650°C，考慮到鋼包包襯耐材壽命，可用同樣方式在LF精煉爐升溫在不超過1650°C前提下，進(jìn)行多次升溫增氮，直到達(dá)到氮含量要求。鋼液在精煉爐扣蓋增氮，過程溫降按1_3°C /min計(jì)算，氮溶解度按75-95%計(jì)算；在LF精煉爐弱攪拌前底吹氣體全部用氮?dú)猓鯏嚢钑r(shí)底吹氣體用氬氣。本發(fā)明解決了控氮不銹鋼在生產(chǎn)中對(duì)碳、氮、氫含量控制的問題，利用VOD精煉爐脫碳和脫氫及LF精煉爐升溫優(yōu)勢(shì)，可使不銹鋼中碳含量控制在O. 015%以下、氫含量控制在O. 00025%以下、氮含量控制在O. 20%以上；用廉價(jià)的氮?dú)馓娲辖?，通過鋼包底吹供氣裝置吹入鋼液中氮?dú)膺M(jìn)行氮合金化，可降低生產(chǎn)成本，提高鋼質(zhì)純凈度，同時(shí)還能縮短K-OBM-S和AOD精煉爐冶煉時(shí)間，提高不銹鋼產(chǎn)能。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例詳細(xì)說明不銹鋼的增氮方法的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的具體實(shí)施方式
不局限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例一
本實(shí)施例是在90噸VOD和90噸LF精煉爐上進(jìn)行組合增氮，鋼包底部裝有2個(gè)底吹供氣裝置，單個(gè)底吹供氣流量最大為900L/min，鋼種00Cr25Ni7Mo4N，液相線1450°C，成品化學(xué)成分要求的質(zhì)量百分配比
C 彡 O. 03 ；Si ( O. 80 ；Mn ( I. 20 ；P ( O. 035 ；S ( 0. 020 ；Cr 24. 00-26. 00 ；Ni 6.00-8. 00 ；Mo 3. 00-5. 00 ；N 0. 240-0. 320 (鋼種要求達(dá)到的氮含量[N]為 O. 290%)；H^O. 00025 ;其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)。VOD精煉爐處理結(jié)束，鋼液重量85t，鋼液溫度1565°C，鋼液化學(xué)成分質(zhì)量百分配比
C O. 013 ；Si O. 48 ；Mn O. 60 ；P O. 016 ；S 0. 002 ；Cr 24. 86 ；Ni 7. 29 ； Mo 4. 08 ；N0. 059 (即V0D精煉爐增氮前鋼液中氮含量[N]前為O. 059%)；H O. 00013 ;其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)。第一步、用公式(a)求出鋼液需增氮總量ΣΛ N，再用公式(b)計(jì)算出在VOD精煉爐最長(zhǎng)增氮時(shí)間。ΣΛ N=ANv+ANl= [N]-[Nilfi(a) tM= [T前一(T液 + 20)]/ΛΤ (b)
已知[N] = O. 290%, [N]前=O. 059%, Δ T = I. 2°C /min, Tti= 1565 ，T液=1450°C求得ΣΛ N = Λ Nv +Λ Nl = [Ν]-[Ν]前=O. 290% — O. 059% = O. 231%tM = [Tw— ( ^+20)]/ΛΤ = [1565 一 (1450 + 20)]/l. 2 = 79 (min)
在VOD精煉爐，鋼包扣蓋，通過鋼包2個(gè)底吹裝置，吹入壓強(qiáng)O. 83MPa、總流量1800L/min氮?dú)饨o鋼液增氮，增氮79min，過程鋼液溫降I. 2V /min，增氮結(jié)束鋼液溫度1470°C，鋼液化學(xué)成分的質(zhì)量百分配比為
C O. 013 ；Si O. 46 ；Mn O. 60 ；P O. 016 ；S 0. 002 ；Cr 24. 83 ；Ni 7. 27 ； Mo 4. 08 ；N0. 222 ；H 0. 00016 ;其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)。第二步、用公式(a)計(jì)算出鋼液在LF精煉爐增氮量Λ隊(duì)，用公式(C)求出在LF精煉爐需要增氮時(shí)間t，再用公式(d)求出在LF精煉爐增氮前至少需要的溫度1^。Σ Λ N = Λ Nv + Λ Nl = [N] - [N]前(a)
Δ Nl = (I. 25XQXtX α )/ff(c)
t = [TL前一( +20)]/ΛΤ(d)
已知Σ Λ N = O. 231%, Δ Nv = O. 222% — O. 059% = O. 163%, α = 83%,
Δ T = 2. TC /min, Q = 1800L/min, W = 85XlO6g, Ta= 1450°C求得Λ Nl = Σ Λ N — Λ Nv = O. 231% — O. 163% = O. 068%t = ( Δ NlXW)/(I. 25XQX α )
=(O. 068 X 85 X IO6) / (I. 25 X 1800 X 83) = 31 (min)
Tlw= tX Δ T + (Ta+20) = 31X2. I + (1450 + 20) = 1535 (°C )
將鋼液吊到LF精煉爐，升溫至1535°C，鋼包扣蓋，通過鋼包2個(gè)底吹裝置，吹入壓強(qiáng)O. 9MPa、總流量1800L/min的氮?dú)饨o鋼液增氮，氮溶解度83%，增氮31min，過程鋼液溫降
2.I0C /min，鋼液溫度1470°C，鋼液化學(xué)成分的質(zhì)量百分配比為
C O. 012 ；Si O. 45 ；Mn O. 60 ；P O. 015 ；S 0. 002 ；Cr 24. 83 ；Ni 7. 27 ； Mo 4. 08 ；N0. 290 ；H 0. 00019 ;其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)。在LF精煉爐弱攪拌前底吹氣體全部用氮?dú)猓鯏嚢桎摪状禋怏w用氬氣，鋼包底吹壓強(qiáng)O. 85MPa，流量分別為60L/min和80L/min，弱攪拌時(shí)間8min。實(shí)施例二
本實(shí)施例是在180噸VOD和180噸LF精煉爐上進(jìn)行組合增氮，鋼包底部裝有2個(gè)底吹供氣裝置，單個(gè)底供氣最大流量1500L/min，鋼種S32101，液相線1460°C，成品化學(xué)成分要求的質(zhì)量百分配比
C ^ O. 03 ； Si ^ I. 00 ； Mn 4. 00-6. 00 ； P 彡 O. 040 ; S 彡 O. 030 ；
Cr 21. 00-22. 00 ； Ni I. 35-1. 70 ； Mo O. 10-0. 80 ；
Cu O. 10-0. 80 ； NO. 200-0. 250 (鋼種要求達(dá)到的氮含量[N]為 O. 230%)；HS 0. 00025;其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)。VOD處理結(jié)束，鋼液重量186t，鋼液溫度1553°C，鋼液化學(xué)成分的質(zhì)量百分配比
C O. 012 ；Si O. 50 ；Mn 4. 56 ；P O. 020 ；S 0. 001 ；Cr 21. 49 ；Ni I. 50 ； Mo 0. 20 ；Cu
0.22 ；N 0. 033(即V0D精煉爐增氮前鋼液中氮含量
[N]前為O. 033%) ；H O. 0001 ;其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)。第一步、用公式(a)求出鋼液需增氮總量Σ Λ N，再用公式(b)計(jì)算出在VOD精煉爐最長(zhǎng)增氮時(shí)間。Σ Λ N = Λ Nv + Λ Nl = [N] - [N]前(a) tM= [T前一(T液 + 20)]/ΛΤ (b)
已知[N] = O. 230%, [N]前=O. 033%, Δ T = I. 1°C /min, Tti= 1553 ，T液=1460°C求得ΣΛ N = Λ Nv + Λ Nl = [Ν]-[Ν]前=O. 230% — O. 033% = O. 197%tM = [Τ 前一( ^+20)]/ΛΤ = [1553 — (1460 + 20)]/1· I = 66 (min)
在VOD精煉爐，鋼包扣蓋，通過鋼包2個(gè)底吹裝置，吹入壓強(qiáng)O. 9MPa、總流量2800L/min氮?dú)饨o鋼液增氮，增氮66min，過程鋼液溫降I. 1°C /min，增氮結(jié)束鋼液溫度1480°C，鋼液化學(xué)成分的質(zhì)量百分配比為
C O. 012 ； Si O. 47 ； Mn 4. 55 ； P O. 020 ； S O. 001 ； Cr 21. 48 ； Ni I. 49 ； Mo O. 20 ； Cu O. 22 ； N O. 127 ； H O. 00015 ；
其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)。第二步、用公式(a)計(jì)算出鋼液在LF精煉爐增氮量Λ隊(duì)，用公式(C)求出在LF精煉爐需要增氮時(shí)間t，再用公式(d)求出在LF精煉爐增氮前至少需要的溫度IYlitjΣΛ N=ANv+ANl= [N]-[N]前(a)
Δ N = (I. 25XQXtX a )/ff(c)
t = [TL前一( +20)]/ΛΤ(d)
已知Σ Λ N = O. 197%, Δ Nv = O. 127% — O. 033% = O. 094%, α = 81%,
Δ T = I. 60C /min, Q = 3000L/min, W = 186XlO6g, Ta= 1460°C求得Λ Nl = Σ Λ N — Λ Nv = O. 197% — O. 094% = O. 103%t = ( Δ NlXW)/(I. 25XQX α )
=(O. 103X 186X IO6)/(I. 25X3000X81) = 63 (min)
Tlw= tX Δ T + (Τ液+20) = 63X1. 6 + (1460 + 20) = 1580 (°C )
將鋼液吊到LF精煉爐，升溫至1580°C，鋼包扣蓋，過鋼包2個(gè)底吹裝置，吹入壓強(qiáng)
0.95MPa、總流量3000L/min的氮?dú)饨o鋼液增氮，氮溶解度81%，增氮63min，過程鋼液溫降
1.6°C /min，鋼液溫度1480°C，鋼液化學(xué)成分的質(zhì)量百分配比為
C O. Oil ；Si O. 46 ；Mn 4. 55 ；P O. 020 ； S O. 001 ； Cr 21. 48 ；Ni I. 48 ； Mo 0. 20 ；Cu
0.22 ；N 0. 230 ；H 0. 0002 ； 其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)。在LF精煉爐弱攪拌前底吹氣體全部用氮?dú)?，弱攪拌鋼包底吹氣體用氬氣，鋼包底吹壓強(qiáng)O. 90MPa，流量分別為80L/min和100L/min，弱攪拌時(shí)間lOmin。本申請(qǐng)文件的溶解度與鋼種中成分有關(guān)，若鋼中提高溶解度元素含量高，溶解度就聞
提高溶解度元素=Ti V Nb Cr Ta Al Mn Mo (由強(qiáng)到弱)
降低溶解度元素C O Si P Co Ni S Cu。
權(quán)利要求
1.一種不銹鋼的增氮方法，它包括下述依次的步驟 第一步、在VOD精煉爐處理結(jié)束，用公式(a)求出鋼液需增氮總量 ΣΛΝ，再用公式(b)計(jì)算出在VOD精煉爐最長(zhǎng)增氮時(shí)間； EAN=ANV+ANL= [N]-[N]前(a) tM= [T前一(T液 + 20)]/ΛΤ(b) (a)式中 [N]—鋼種要求達(dá)到的氮含量(%) Δ隊(duì)一鋼液在VOD精煉爐增氮量(%) Δ Nl 一鋼液在LF精煉爐增氮量(%) [N] ,j—VOD精煉爐增氮前鋼液中氮含量(%) ΣΔΝ 一達(dá)到鋼種要求氮含量鋼液需增氮總量(%) (b)式中 tM —最長(zhǎng)增氮時(shí)間(min) Tw —增氮前鋼液溫度(V ) Ta—液相線溫度(V ) Δ T 一鋼液在增氮過程中的溫降(V Mn ) 鋼包扣蓋，用壓強(qiáng)O. 80-1. 2MPa的氮?dú)馔ㄟ^鋼包底供氣裝置吹入鋼液中進(jìn)行增氮；為防止鋼液凝固，增氮后鋼液溫度不低于液相線溫度，在VOD精煉爐處理結(jié)束，增氮時(shí)間不能超過最長(zhǎng)增氮時(shí)間tM ；V0D增氮結(jié)束，取樣經(jīng)化學(xué)分析做出在VOD增氮后的氮含量，求出ANv ； 第二步、將鋼液吊到LF爐；用公式(a)計(jì)算出鋼液在LF精煉爐需增氮量Λ隊(duì)，用公式(c)求出在LF精煉爐增氮時(shí)間t，再用公式(d)求出在LF精煉爐增氮前至少需要的溫度IY前； EAN=ANV+ANL= [N]-[N]前(a) Δ Nl = (I. 25XQXtX a )/ff(c) t = [TL前一( +20)]/ΛΤ(d) (c)式中 Δ Nl 一鋼液在LF的增氮量(%) Q 一鋼包底吹總流量(L/min) t 一在LF的增氮時(shí)間(min) W 一鋼液重量(g) α —氮在鋼液中的溶解度(%) (d)式中 Tlw- LF精煉爐增氮前至少需要的溫度 Ta—液相線溫度(V ) Δ T 一鋼液在增氮過程中的溫降(V Mn )； 升溫達(dá)到增氮所需要的溫度后，鋼包扣蓋，用壓強(qiáng)O. 80-1. 2MPa氮?dú)馔ㄟ^鋼包底吹供氣裝置吹入鋼液中增氮； 鋼液在精煉爐扣蓋增氮，過程溫降按1_3°C /min計(jì)算，氮溶解度按75-95%計(jì)算；在LF精煉爐弱攪拌前底吹氣體全部用氮?dú)?，弱攪拌時(shí)底吹氣體用氬氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的述的不銹鋼的增氮方法，其特征是對(duì)于增氮量大的鋼種，若增氮前鋼液溫度超過1650°C，考慮到鋼包包襯耐材壽命，可用同樣方式在LF精煉爐升溫在不超過1650°C前提下，進(jìn)行多次升溫增氮，直到達(dá)到氮含量要求。
全文摘要
本來明涉及一種不銹鋼的增氮方法，它包括的步驟第一步、在VOD精煉爐處理結(jié)束，用公式(a)求出鋼液需增氮總量∑△N，用公式(b)計(jì)算在VOD精煉爐最長(zhǎng)增氮時(shí)間；∑△N＝△NV＋△NL＝[N]-[N]前 (a)；tM＝[T前－(T液＋20)]/△T(b)；第二步、將鋼液吊到LF爐；計(jì)算出鋼液在LF精煉爐需增氮量△NL，用公式(c)求出在LF精煉爐增氮時(shí)間t，用公式(d)求出在LF精煉爐增氮前至少需要的溫度TL前；t＝[TL前－(T液＋20)]/△T(d)升溫達(dá)到增氮所需要的溫度后，鋼包扣蓋，用壓強(qiáng)0.80-1.2MPa氮?dú)馔ㄟ^鋼包底吹供氣裝置吹入鋼液中增氮。本不銹鋼的增氮方法可使不銹鋼中氮含量控制在0.20％以上；用廉價(jià)的氮?dú)馓娲辖稹?br> 文檔編號(hào)C21C7/00GK102719611SQ201210213878
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月27日
發(fā)明者侯東濤, 劉亮, 張?jiān)鑫? 陳景鋒 申請(qǐng)人:山西太鋼不銹鋼股份有限公司