CN101613783B

CN101613783B - 一种在精炼炉中增氮的方法

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Publication number: CN101613783B
Application number: CN2009100751160A
Authority: CN
Inventors: 张增武
Original assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Current assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Priority date: 2009-08-07
Filing date: 2009-08-07
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2029-08-07
Also published as: CN101613783A

Abstract

一种在精炼炉中增氮的方法，其步骤特征是：(一)在VOD精炼炉还原结束或在VD精炼炉脱氢结束后，吹入压力不小于0.5MPa、底吹总流量不小于500L/min的氮气；(二)计算增氮时间；a、求出钢液需增氮量ΔN＝[N]-[N] _前；其中ΔN为钢液需增氮量(％)，[N]为每个钢种处理结束后要求钢液达到的目标氮含量(％)，[N] _前-增氮前钢液中氮含量(％)；b、计算出增氮时间钢液在增氮过程中温降按y为1.2℃/min-2.0℃/min计算；ΔN＝1.25×Q×t×10 ^{-188/(T-yt+273)-1.25+0.5lgP-lgf}；其中Q为底吹总流量(L/min)，t为增氮时间(min)，T为增氮前钢液的温度(℃)，P为炉内真空度(10 ⁵Pa)，y-增氮过程中钢水的温降(℃/min)。本发明在精炼炉中增氮的方法成本低。

Description

一种在精炼炉中增氮的方法

技术领域

本发明涉及一种在精炼炉中增氮的方法，具体讲是在VOD精炼炉还原结束或在VD精炼炉脱氢结束后，在真空下增氮的方法。

背景技术

氮作为合金化元素加入钢中能起稳定奥氏体、改善钢的力学性能和耐腐蚀性等作用。为此，部分不锈钢和碳钢要求钢中有一定的氮含量。现在VOD或VD精炼炉内增加钢中氮含量的方法是：在VOD精炼炉还原结束或在VD精炼炉脱氢结束后，在大气下往钢液中加入氮化合金进行氮合金化。这种方法不足之处是：一是氮化合金中的杂质会进入钢中给钢带来污染；二是增加吨钢生产成本；三是易造成钢水二次氧化，会降低钢水纯净度。

发明内容

为了克服现有在精炼炉中增氮的方法的上述不足，本发明提供一种成本低的在精炼炉中增氮的方法。

本发明的技术方案是在VOD或VD精炼炉中，根据不同钢种在精炼炉处理结束对氮含量的要求，在VOD精炼炉还原结束或在VD精炼炉脱氢结束后，钢液温度不低于该钢种液相线以上30℃，底吹气体改为氮气，将真空度调至40kPa-60kPa、底吹压力大于0.5MPa、底吹总流量大于500L/min，往钢液中吹入一定量的氮气，用氮气在钢液中进行氮合金化，从而达到增氮的目的。

本发明在VOD或VD精炼炉内、真空下增氮方法的步骤特征是：

(一)在VOD精炼炉还原结束或在VD精炼炉脱氢结束后，钢液温度不低于该钢种液相线温度以上30℃，将真空度调到40kPa-60kPa，通过钢包的底吹装置，往钢液中吹入压力不小于0.5MPa、底吹总流量不小于500L/min的氮气。

(二)用公式(1)和(2)计算增氮时间，确保钢液在精炼炉中处理结束后的氮含量。

1、求出钢液需增氮量ΔN。

针对每个钢种在VOD或VD精炼炉处理结束后要求钢液达到的目标氮含量，结合增氮前钢液中氮含量，用公式(1)求出钢液需增氮量ΔN。

ΔN＝[N]-[N]_前 (1)

(1)式中：ΔN-钢液需增氮量(％)

[N]-每个钢种在VOD或VD精炼炉处理结束后要求钢液

达到的目标氮含量(％)

[N]_前-增氮前钢液中氮含量(％)

2、计算出增氮时间。

在增氮过程中钢液温降按y为1.2℃/min-2.0℃/min计算，一般按1.5℃/min计算，用公式(2)计算出增氮时间，但在确定增氮时间时要确保增氮后钢液温度不低于其液相线温度，以防止钢液凝固。

ΔN＝1.25×Q×t×10^{-188/(T-yt+273)-1.25+0.5lgP-lgf} (2)

(2)式中：ΔN-钢液需增氮量(％)

Q-底吹总流量(L/min)

t-增氮时间(min)

T-增氮前钢液的温度(℃)

P-炉内真空度(10⁵Pa)

y-增氮过程中钢液的温降(℃/min)

lgf＝0.13[％C]-0.047[％Cr]+0.01[％Ni]-0.02[％Mn]

+0.047[％Si]+0.011[％Co]-0.011[％Mo]-0.1[％V]

-0.06[％Nb]-0.028[％Al]+0.045[％P]+0.007[％S]

注：[]括号内为增氮前钢液中各元素的质量分数。

本发明在VOD或VD精炼炉内、真空下增氮方法的有益效果

1、用廉价的氮气替代氮化锰或氮化铬等氮化合金进行氮合金化，可减少氮化合金中的杂质给钢带来的污染，可降低吨钢生产成本。

2、在真空下进行氮合金化，可避免钢水二次氧化，提高钢水纯净度。

3、在真空下通过钢包底吹向钢液中吹入氮气进行氮合金化，可将钢液中的氮含量增加到0.110％以上。

具体实施方式

下面结合实施例详细说明在VOD精炼炉内、真空下增氮方法的具体实施方式，但本在精炼炉中增氮的方法的具体实施方式不局限于下述的实施例。

实施例一

本实施例是在90吨双工位VOD炉上进行的，所用钢包底部装有2个底吹供气装置，单底供气流量最大为600L/min，VOD最高真空度为67Pa。

冶炼钢种0Cr18Ni9，液相线温度1460℃，钢种成品化学成分的质量百分配比见表2：

表2

元素

C

Si

Mn

P

S

Cr

Ni

N

标准

≤0.07

≤1.00

≤2.00

≤0.035

≤0.030

18.00-19.00

8.00-11.00

≤0.100

目标

0.05

0.50

1.20

≤0.030

≤0.003

18.10

8.05

0.040-0.060

注：在VOD精炼炉处理结束后要求钢液达到的目标氮含量为0.050％。

到站钢水温度1630℃，钢包空间1350mm(炉渣液面到钢包上沿的距离)，渣厚40mm，钢水量84.3吨，钢水成分的质量百分配比为：

C 0.245％ Si 0.13％ Mn 1.20％ P 0.015％ S 0.015％

Cr 18.15％ Ni 8.06％ N 0.1707％其余为Fe与不可避免的杂质。

抽真空3min后开底吹，钢包底吹N₂，底吹总流量为600L/min，真空度为12kPa时降顶枪吹氧347m³，之后抽真空至67Pa，底吹总流量调到1000L/min沸腾脱碳13min，加石灰2.0吨，萤石0.6吨，硅铁0.65吨(硅铁中硅含量75％)，还原15min，测温、取样，温度为1553℃，钢水量84.6吨，钢水成分的质量百分配比为：

C 0.053％ Si 0.41％ Mn 1.19％ P 0.015％ S 0.001％

Cr 18.16％ Ni 8.05％ N 0.0322％其余为Fe与不可避免的杂质。

之后将真空度调到45kPa，通过钢包2个底吹装置，吹入压力0.63MPa、底吹总流量为1200L/min的氮气给钢水增氮，增氮6min后，测温、取样，温度为1545℃，钢水成分的质量百分配比为：

C 0.051％ Si 0.40％ Mn 1.19％ P 0.015％ S 0.001％

Cr 18.15％ Ni 8.05％ N 0.0491％其余为Fe与不可避免的杂质。

下面以本实施例为例说明计算增氮量与含氮量的过程。

第一步：求出钢液需增氮量ΔN。

已知：[N]＝0.050％，[N]_前＝0.0322％。

用公式ΔN＝[N]-[N]_前，

求出钢液需增氮量ΔN＝0.0178％。

第二步：计算出增氮时间。

已知：ΔN＝0.0178％，Q＝1200L/min，T＝1553℃，

P＝45kPa＝0.45×10⁵Pa，y＝1.5℃/min。

Lgf＝0.13[％C]-0.047[％Cr]+0.01[％Ni]-0.02[％Mn]

+0.047[％Si]+0.011[％Co]-0.011[％Mo]-0.1[％V]

-0.06[％Nb]-0.028[％Al]+0.045[％P]+0.007[％S]

＝0.13×0.053-0.047×18.16+0.01×8.05-0.02×1.19+0.047×

0.41+0.011×0-0.011×0-0.1×0-0.06×0-0.028×0+0.045×

0.015+0.007×0.001＝-0.77

用公式ΔN＝1.25×Q×t×10^{-188/(T-yt+273)-1.25+0.5lgP-lgf}

即：0.0178＝1.25×1200×t×10^{-188/(1553-1.5t+273)-1.25+0.5lg0.45-(-0.77)}

通过解方程计算出增氮时间t＝6min。

实施例二

本实施例是在90吨双工位VD上进行的，所用钢包底部装有2个底吹供气装置，单底供气流量最大为600L/min，VD最高真空度为67Pa。冶炼钢种S30432，液相线温度1440℃，钢种成品化学成分的质量百分配比见表3：

表3

元素	C	Si	Mn	P	S	N
							标准	0.07-0.13	≤0.30	≤1.00	≤0.030	≤0.025	0.050-0.120
目标	0.075	0.20	0.80	≤0.015	≤0.001	0.110
							元素	Cr	Ni	Mo	Co	Cu	Nb
标准	17.00-19.00	7.50-10.50	-	-	2.50-3.50	0.20-0.60
							目标	18.50	9.00	0.31	0.13	3.00	0.50

注：在VD精炼炉处理结束后要求钢液达到的目标氮含量为0.110％。

到站钢水温度1629℃，钢包空间1290mm(炉渣液面到钢包上沿的距离)，渣厚50mm，钢水量83.5吨，钢水成分的质量百分配比为：

C 0.081％ Si 0.13％ Mn 0.82％ P 0.013％ S 0.016％

Cr 18.43％ Ni 9.02％ Mo 0.31％ Co 0.13％ Cu 3.01％

Nb 0.53％ N 0.1975％其余为Fe与不可避免的杂质。

抽真空3min后开底吹，钢包底吹N₂，底吹总流量为600L/min，真空度为20kPa时加石灰1.2吨，萤石0.4吨，铝粒80公斤；抽真空至67Pa，底吹总流量调到1200L/min强搅拌脱氢16min，测温、取样，温度为1575℃，钢水成分的质量百分配比为：

C 0.076％ Si 0.14％ Mn 0.82％ P 0.013％ S 0.001％

Cr 18.42％ Ni 9.06％ Mo 0.31％ Co 0.13％ Cu 3.01％

Nb 0.53％ N 0.0232％其余为Fe与不可避免的杂质。

之后将真空度调到45kPa，通过钢包2个底吹装置，吹入压力0.65MPa、底吹总流量为1200L/min的氮气给钢水增氮，增氮26min后，测温、取样、定氢，温度为1530℃，钢水成分的质量百分配比为：

C 0.073％ Si 0.15％ Mn 0.83％ P 0.013％ S 0.001％

Cr 18.43％ Ni 9.05％ Mo 0.31％ Co 0.13％ Cu 3.01％

Nb 0.53％ N 0.1126％ H 0.00012％其余为Fe与不可避免的杂质。

实施例三

本实施例是在90吨双工位VD上进行的，所用钢包底部装有2个底吹供气装置，单底供气流量最大为600L/min，VD最高真空度为67Pa。

冶炼钢种T91，液相线温度1505℃，钢种成品化学成分的质量百分配比见表4：

元素

C

Si

Mn

P

S

Cr

Mo

Nb

V

Al

N

标准

0.08-0.12

0.20-0.50

0.30-0.60

≤0.020

≤0.010

8.00-9.50

0.85-1.05

0.06-0.10

0.18-0.25

≤0.015

0.030-0.070

目标

0.09

0.30

0.40

≤0.012

≤0.003

8.30

0.95

0.08

0.20

0.010

0.040

注：在VD精炼炉处理结束后要求钢液达到的目标氮含量为0.040％。

到站钢水温度1663℃，钢包空间1260mm(炉渣液面到钢包上沿的距离)，渣厚50mm，钢水量84吨，钢水成分的质量百分配比为：

C 0.109％ Si 0.30％ Mn 0.43％ P 0.011％ S 0.002％

Cr 8.24％ Ni 0.06％ Mo 0.95％ Al 0.035％ V 0.20％

Nb 0.083％ N 0.075％其余为Fe与不可避免的杂质。

抽真空3min后开底吹，钢包底吹N₂，抽真空至67Pa，底吹总流量调到1200L/min强搅拌脱氢18min测温、取样，温度为1615℃，钢水成分的质量百分配比为：

C 0.106％ Si 0.28％ Mn 0.42％ P 0.011％ S 0.002％ Cr 8.23％

Ni 0.06％ Mo 0.95％ Al 0.016％ V 0.20％ Nb 0.083％ N 0.0183％

其余为Fe与不可避免的杂质。

之后将真空度调到45kPa，通过钢包2个底吹装置，吹入压力0.65MPa、底吹总流量为1200L/min的氮气给钢水增氮，增氮16min后，测温、取样、定氢，温度为1589℃，钢水成分的质量百分配比为：

C 0.105％ Si 0.27％ Mn 0.42％ P 0.011％ S 0.0015％

Cr 8.23％ Ni 0.06％ Mo 0.95％ Al 0.01％ V 0.20％

Nb 0.083％ N 0.0390％ H 0.0001％其余为Fe与不可避免的杂质。

注：在精炼炉中脱碳或脱氢后的钢液中的氮含量均会降低，为达到精炼炉处理结束后要求钢液的目标氮含量，必须在VOD精炼炉还原结束或在VD精炼炉脱氢结束后用氮气给钢液增氮。

Claims

1.一种在精炼炉中增氮的方法，其步骤特征是：

(一)在VOD精炼炉还原结束或在VD精炼炉脱氢结束后，钢液温度不低于该钢种液相线温度以上30℃，将真空度调到40kPa-60kPa，通过钢包的底吹装置，往钢液中吹入压力不小于0.5MPa、底吹总流量不小于500L/min的氮气；

(二)用公式(1)和(2)计算增氮时间，确保钢液在精炼炉中处理结束后的氮含量；

a、求出钢液需增氮量ΔN

针对每个钢种在VOD或VD精炼炉处理结束后要求钢液达到的目标氮含量，结合增氮前钢液中氮含量，用公式(1)求出钢液需增氮量ΔN；

ΔN＝[N]-[N]_前(1)

(1)式中：ΔN-钢液需增氮百分量

[N]-每个钢种在VOD或VD精炼炉处理结束后要求钢液

达到的目标氮百分含量

[N]_前-增氮前钢液中氮百分含量

b、计算出增氮时间，

钢液在增氮过程中温降按y为1.2℃/min-2.0℃/min计算，用公式(2)计算出增氮时间，但在确定增氮时间时要确保增氮后钢液温度不低于其液相线温度，以防止钢液凝固；

ΔN＝1.25×Q×t×10^{-188/(T-yt+273)-1.25+0.5lgP-lgf}(2)

(2)式中：ΔN-钢液需增氮百分量，

Q-底吹总流量，单位为L/min，

t-增氮时间，单位为min，

T-增氮前钢液的温度，单位为℃，

P-炉内真空度，单位为10⁵Pa，

y-增氮过程中钢液的温降，单位为℃/min，

lgf＝0.13[％C]-0.047[％Cr]+0.01[％Ni]-0.02[％Mn]

+0.047[％Si]+0.011[％Co]-0.011[％Mo]-0.1[％V]

-0.06[％Nb]-0.028[％Al]+0.045[％P]+0.007[％S]

上式中[]括号内为增氮前钢液中各元素的质量分数。

2.一种在精炼炉中增氮的方法，其特征是：在计算出增氮时间时，钢液在增氮过程中温降按y为1.5℃/min计算。