CN102719610A - 一种不锈钢增氮的方法 - Google Patents

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刘亮
陈景锋
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Abstract

本发明涉及一种不锈钢增氮的方法，它的步骤依次是：（一）在VOD精炼炉处理结束，钢包扣盖；（二）用压强0.5～1.2MPa氮气通过钢包底吹入钢液中增氮；（三）根据钢种对氮含量要求和增氮过程温降，用下述公式(c)计算出增氮时间进行增氮，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；钢液在增氮过程中温降按1～3℃/min，氮溶解度按70～90％计算；用公式(a)求出钢液需增氮量：△NV＝[N]-[N]前(a)；用公式(b)计算出在VOD精炼炉增氮时间：tM＝[T前－(T液+20)]/△T(b)；用公式(c)计算出钢液在VOD精炼炉增氮量：△NV=(1.25×Q×t×α)/W (c)。本发明的不锈钢增氮的方法，解决了控氮不锈钢在生产中碳、氮、氢含量控制的问题。

Description

一种不锈钢增氮的方法
技术领域
本发明涉及一种不锈钢增氮的方法。
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蚀性等作用。为此，部分不锈钢将钢中氮含量增至0.08％-0.20％。
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，可降低吨钢生产成本，减少氮化合金中的杂质带来的污染。
目前，在生产含氮不锈钢时，不同精炼炉有各自的优劣势：
在K-OBM-S和 AOD炉生产含氮不锈钢时，对控制钢中氮含量具有一定的优势，但将钢中碳含量脱到0.015％以下有一定难度，特别是双相不锈钢，比碳含量大于0.015％钢种在冶炼周期65min高出一倍多，不但影响炉衬寿命而且还影响产能；在VOD精炼炉可将钢中碳含量脱到0.015％以下、氢含量脱到0.00025％以下是其强项，但是钢中氮含量在脱碳和脱氢的同时也被脱至300ppm左右，不能满足一些钢种对氮含量的要求。
发明内容
为满足不同控氮不锈钢对氮含量的要求，本发明提供一种不锈钢在VOD精炼炉增氮的方法，本方法可使不锈钢中碳含量控制在0.003～0.015％、氢含量控制在0.00005～0.00025％、氮含量控制在0.08～0.20％。
本发明的技术方案是：在VOD处理结束，钢包扣盖，将氮气通过钢包底吹装置吹入钢液中增氮，增氮时部分氮气未被钢液吸收会浮出液面，若长时间连续增氮，钢液与渣间及钢包空间内会充满氮气，可起到隔绝空气阻止钢液与空气接触被氧化的作用；另外，用廉价的氮气替代氮化合金，通过钢包底吹供气装置吹入钢中氮气进行氮合金化，可降低生产成本，提高钢质纯净度，同时还能缩短K-OBM-S和AOD精炼炉冶炼时间，提高不锈钢产能，本方法比在0.4～0.6atm下用氮气增氮提高钢液氮溶解度1.5倍。
本不锈钢增氮方法的步骤依次是：
（一）在VOD精炼炉处理结束，钢包扣盖；
（二）用压强0.5～1.2MPa氮气通过钢包底供气装置吹入钢液中增氮；
（三）根据钢种对氮含量要求和增氮过程温降，用下述公式(c)计算出增氮时间进行增氮，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； 
钢液在增氮过程中温降按1～3℃/min，氮溶解度按70～90％计算； 
用公式(a)求出钢液需增氮量：
△NV＝[N]-[N]前                                          (a)
(a)式中：[N]—钢种要求达到的氮含量(%)
△NV—钢液在VOD精炼炉增氮量(%)
[N]前—增氮前钢液中氮含量(%)
用公式(b)计算出在VOD精炼炉增氮时间：
tM＝[T前－(T液+20)]/△T                                 (b)
(b)式中： tM－最长增氮时间(min)
T前－增氮前钢液温度(℃)
T液－液相线温度(℃)
△T－钢液在增氮过程中的温降(℃)
用公式(c)计算出钢液在VOD精炼炉增氮量：
△NV = (1.25×Q×t×α)/W                                (c)
(c)式中：△NV —钢液在VOD精炼炉增氮量(%)
Q—钢包底吹总流量(L/min)
t－增氮时间(min)
W－钢液重量(g)
α－氮在钢液中的溶解度(%)
由(c)式求出增氮时间t。
本发明解决了控氮不锈钢在生产中碳、氮、氢含量控制的问题，利用VOD精炼炉脱碳和脱氢优势，可使不锈钢中碳含量控制在0.015％以下、氢含量控制在0.00025％以下、氮含量控制在0.08-0.20％。用廉价的氮气替代氮化合金，通过钢包底吹供气装置吹入钢液中氮气进行氮合金化，可降低生产成本，提高钢质纯净度，同时还能缩短K-OBM-S和AOD精炼炉冶炼时间，提高不锈钢产能，本方法比在0.4-0.6atm下用氮气增氮提高钢液氮溶解度约1.5倍。
具体实施方式
下面结合实施例详细说明一种不锈钢增氮的方法的具体实施方式，但本发明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180吨VOD精炼炉上进行，钢包底部装有2个底吹氮供气装置，单个底吹氮供气最大流量1500L/min，钢种022Cr22Ni5Mo3N，液相线1460℃，成品化学成分的质量百分配比：
C≤0.03；Si≤1.00；Mn≤2.00；P≤0.030；S≤0.020；
Cr 21.00-23.00；Ni 4.50-6.50；Mo 2.50-3.50；N 0.100-0.200；
其余为Fe与不可避免的杂质。
VOD处理结束，钢液重量183t，钢液温度1556℃，钢液化学成分的质量百分配比：
C 0.015； Si 0.45； Mn 1.20； P 0.020； S 0.001； Cr 22.30；Ni 5.40； Mo 3.23； N 0.032； 其余为Fe与不可避免的杂质。
在VOD钢包扣盖，通过钢包2个底吹装置，吹入压强0.91MPa、总流量2800L/min氮气给钢液增氮，增氮73min，钢液温度1483℃，钢液成分的质量百分配比为：
C 0.013； Si 0.43； Mn 1.21； P 0.020； S 0.001；Cr 22.31；
Ni 5.40；  Mo 3.23； N 0.159； H 0.00016；其余为Fe与不可避免的杂质。
以本实施例为例说明增氮时间：
Ⅰ 用公式(a)求出钢液需增氮量
△NV ＝[N]－[N]前＝0.150%－0.032%＝0.118%
Ⅱ 在VOD
已知：△T=1℃/min，Q=2800L/min，W=183×106g，α=85%，
T前=1556℃，T液=1460℃
用公式(b)计算，在VOD精炼炉tM＝76min；
用公式(c)计算，增氮0.118%，在VOD用时t＝73min。
实施例二
本实施例是在90吨VOD精炼炉上进行，钢包底部装有2个底吹氮供气装置，单个底氮供气最大流量900L/min，钢种S30432，液相线1443℃，成品化学成分的质量百分配比：
0.07≤C≤0.13； Si≤0.30；  Mn≤1.00；  P≤0.030；   S≤0.025；
Cr 17.00-19.00；  Ni 7.50-10.50；  Mo 0.20-0.40；  Co 0.10-0.20； 
Cu 2.50-3.50；   Nb 0.20-0.60；    N 0.080-0.120；  H≤0.00021；
其余为Fe与不可避免的杂质。
VOD处理结束，钢液重量85t，钢液温度1545℃，钢液化学成分的质量百分配比：
C 0.076；  Si 0.21； Mn 0.87； P 0.013； S 0.0015； Cr  18.32；
Ni 8.91； Mo 0.32； Co 0.13； Cu 2.93；  Nb 0.46；  N 0.027；
其余为Fe与不可避免的杂质。
在VOD钢包扣盖，通过钢包2个底吹装置，吹入压强0.83MPa、总流量1800L/min氮气给钢液增氮，增氮37min，钢液温度1504℃，钢液化学成分质量百分配比为：
C 0.075； Si 0.20； Mn 0.87； P 0.013；  S 0.0015； Cr 18.31； 
Ni 8.91； Mo 0.32； Co 0.13；  Cu 2.93； Nb  0.46； N 0.111；
H 0.00013；其余为Fe与不可避免的杂质。
以本实施例为例说明增氮时间：
Ⅰ 用公式(a)求出钢液需增氮量
△NV ＝[N]－[N]前＝0.110%－0.027%＝0.083%
Ⅱ 在VOD
已知：△T＝1.1℃/min，Q＝1800L/min，W＝85×106g，α＝85%，
T前＝1545℃，T液＝1443℃
用公式(b)计算，在VOD精炼炉tM＝75min；
用公式(c)计算，增氮0.083%，在VOD用时t＝37min。
 说明：在VOD精炼炉处理结束是指：在真空下吹氧、沸腾脱碳、脱氢和还原等项目操作完毕；处理结束的主要标志是：根据用户要求，其中1个或2个达到目标都可，如C或H等元素达到钢种目标要求即。

Claims (1)

1.一种不锈钢增氮的方法，它的步骤依次是：
（一）在VOD精炼炉处理结束，钢包扣盖；
（二）用压强0.5～1.2MPa氮气通过钢包底供气装置吹入钢液中增氮；
（三）根据钢种对氮含量要求和增氮过程温降，用下述公式(c)计算出增氮时间进行增氮，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； 
钢液在增氮过程中温降按1～3℃/min，氮溶解度按70～90％计算； 
用公式(a)求出钢液需增氮量：
△NV＝[N]-[N]前                                          (a)
(a)式中：[N]—钢种要求达到的氮含量(%)
△NV—钢液在VOD精炼炉增氮量(%)
[N]前—增氮前钢液中氮含量(%)
用公式(b)计算出在VOD精炼炉增氮时间：
tM＝[T前－(T液+20)]/△T                                 (b)
(b)式中： tM－最长增氮时间(min)
T前－增氮前钢液温度(℃)
T液－液相线温度(℃)
△T－钢液在增氮过程中的温降(℃)
用公式(c)计算出钢液在VOD精炼炉增氮量：
△NV = (1.25×Q×t×α)/W                                (c)
(c)式中：△NV —钢液在VOD精炼炉增氮量(%)
Q—钢包底吹总流量(L/min)
t－增氮时间(min)
W－钢液重量(g)
α－氮在钢液中的溶解度(%)
由(c)式求出增氮时间t。
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