CN102719611A - 一种不锈钢的增氮方法 - Google Patents
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Abstract
本来明涉及一种不锈钢的增氮方法，它包括的步骤：第一步、在VOD精炼炉处理结束，用公式(a)求出钢液需增氮总量∑△N，用公式(b)计算在VOD精炼炉最长增氮时间；∑△N＝△NV＋△NL＝[N]-[N]前 (a)； tM＝[T前－(T液＋20)]/△T(b)；第二步、将钢液吊到LF炉；计算出钢液在LF精炼炉需增氮量△NL，用公式(c)求出在LF精炼炉增氮时间t，用公式(d)求出在LF精炼炉增氮前至少需要的温度TL 前；t＝[TL 前－(T液＋20)]/△T(d)：升温达到增氮所需要的温度后，钢包扣盖，用压强0.80-1.2MPa氮气通过钢包底吹供气装置吹入钢液中增氮。本不锈钢的增氮方法可使不锈钢中氮含量控制在0.20％以上；用廉价的氮气替代氮化合金。
Description
技术领域
本发明涉及一种不锈钢的增氮方法。
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0.20％以上。
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，可降低生产成本，减少氮化合金中的杂质带来的污染。
目前，在生产控氮不锈钢时，不同精炼炉有各自的优劣势：
在K-OBM-S和 AOD炉生产控氮不锈钢时，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，尤其是双相不锈钢，冶炼周期比碳含量大于0.02％钢种高出一倍多，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，但是钢中氮含量在脱碳和脱氢的同时也被脱至300ppm左右，不能满足一些低碳或低氢钢种对氮含量的要求，还需要增氮，但仅凭VOD精炼炉处理结束后的温度，将钢中氮含量增到0.20％以上很困难，因长时间增氮钢液温度低于液相线温度会导致钢液凝固。
发明内容
为解决不锈钢在增氮方面的问题，本发明提供一种不锈钢的增氮方法，本发明能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0.20％以上。
本发明的技术方案是：在VOD处理结束和LF精炼炉升温后，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二次氧化的作用；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。
本不锈钢的增氮方法的步骤依次是：
第一步、在VOD精炼炉处理结束，用公式(a)求出钢液需增氮总量 ∑△N，再用公式(b)计算出在VOD精炼炉最长增氮时间。
∑△N＝△NV＋△NL＝[N]-[N]前 (a)
tM＝[T前－(T液＋20)]/△T (b)
(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(%)
△NL－钢液在LF精炼炉增氮量(%)
[N]前—VOD精炼炉增氮前钢液中氮含量(%)
∑△N－达到钢种要求氮含量钢液需增氮总量(%)
(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(℃/min )
钢包扣盖，用压强0.80-1.2MPa的氮气通过钢包底供气装置吹入钢液中进行增氮。为防止钢液凝固，增氮后钢液温度不低于液相线温度，在VOD精炼炉处理结束，增氮时间不能超过最长增氮时间tM［见公式(b)］。VOD增氮结束，取样经化学分析做出在VOD增氮后的氮含量，求出△NV。
第二步、将钢液吊到LF炉。用公式(a)计算出钢液在LF精炼炉需增氮量△NL，用公式(c)求出在LF精炼炉增氮时间t，再用公式(d)求出在LF精炼炉增氮前至少需要的温度TL前。
∑△N＝△NV＋△NL＝[N]-[N]前 (a)
△NL＝(1.25×Q×t×α)/W (c)
t＝[TL前－(T液＋20)]/△T (d)
(c)式中：
△NL－钢液在LF的增氮量(%)
Q－钢包底吹总流量(L/min)
t－在LF的增氮时间(min)
W－钢液重量(g)、
α－氮在钢液中的溶解度(%)
(d)式中：
TL前－LF精炼炉增氮前至少需要的温度
T液－液相线温度(℃)
△T－钢液在增氮过程中的温降(℃/min )。
升温达到增氮所需要的温度后，钢包扣盖，用压强0.80-1.2MPa氮气通过钢包底吹供气装置吹入钢液中增氮。对于增氮量大的钢种，若增氮前钢液温度超过1650℃，考虑到钢包包衬耐材寿命，可用同样方式在LF精炼炉升温在不超过1650℃前提下，进行多次升温增氮，直到达到氮含量要求。
钢液在精炼炉扣盖增氮，过程温降按1-3℃/min计算，氮溶解度按75-95％计算；在LF精炼炉弱搅拌前底吹气体全部用氮气，弱搅拌时底吹气体用氩气。
本发明解决了控氮不锈钢在生产中对碳、氮、氢含量控制的问题，利用VOD精炼炉脱碳和脱氢及LF精炼炉升温优势，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0.20％以上；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。
具体实施方式
下面结合实施例详细说明不锈钢的增氮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90吨VOD和90吨LF精炼炉上进行组合增氮，钢包底部装有2个底吹供气装置，单个底吹供气流量最大为900L/min，钢种00Cr25Ni7Mo4N，液相线1450℃，成品化学成分要求的质量百分配比：
C≤0.03；Si≤0.80；Mn≤1.20；P≤0.035；S≤0.020；Cr 24.00-26.00；Ni 6.00-8.00；Mo 3.00-5.00；N 0.240-0.320（钢种要求达到的氮含量[N]为0.290%）；H≤0.00025；其余为Fe与不可避免的杂质。
VOD精炼炉处理结束，钢液重量85t，钢液温度1565℃，钢液化学成分质量百分配比：
C 0.013；Si 0.48；Mn 0.60；P 0.016；S 0.002；Cr 24.86；Ni 7.29； Mo 4.08；N 0.059（即：VOD精炼炉增氮前钢液中氮含量[N]前为0.059%）；H 0.00013；其余为Fe与不可避免的杂质。
第一步、用公式(a)求出钢液需增氮总量∑△N，再用公式(b)计算出在VOD精炼炉最长增氮时间。
∑△N＝△NV＋△NL＝[N]-[N]前 (a)
tM＝[T前－(T液＋20)]/△T (b)
已知：[N]＝0.290%，[N]前＝0.059%，△T＝1.2℃/min，T前＝1565℃，T液＝1450℃
求得：∑△N＝△NV＋△NL＝[N]-[N]前＝0.290%－0.059%＝0.231%
tM＝[T前－(T液+20)]/△T＝[1565－(1450＋20)]/1.2＝79(min)
在VOD精炼炉，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79min，过程钢液温降1.2℃/min，增氮结束钢液温度1470℃，钢液化学成分的质量百分配比为：
C 0.013；Si 0.46；Mn 0.60；P 0.016；S 0.002；Cr 24.83；Ni 7.27； Mo 4.08；N 0.222；H 0.00016；其余为Fe与不可避免的杂质。
第二步、用公式(a)计算出钢液在LF精炼炉增氮量△NL，用公式(c)求出在LF精炼炉需要增氮时间t，再用公式(d) 求出在LF精炼炉增氮前至少需要的温度T前。
∑△N＝△NV＋△NL＝[N]-[N]前 (a)
△NL＝(1.25×Q×t×α)/W (c)
t＝[TL前－(T液＋20)]/△T (d)
已知：∑△N＝0.231%，△NV＝0.222%－0.059%＝0.163%，α＝83%，
△T＝2.1℃/min，Q＝1800L/min，W＝85×106g，T液＝1450℃
求得：△NL＝∑△N－△NV＝0.231%－0.163%＝0.068%
t＝(△NL×W)/(1.25×Q×α)
＝(0.068×85×106)/(1.25×1800×83)＝31(min)
TL前＝t×△T＋(T液+20)＝31×2.1＋(1450＋20)＝1535(℃)
将钢液吊到LF精炼炉，升温至1535℃，钢包扣盖，通过钢包2个底吹装置，吹入压强0.9MPa、总流量1800L/min的氮气给钢液增氮，氮溶解度83%，增氮31min，过程钢液温降2.1℃/min，钢液温度1470℃，钢液化学成分的质量百分配比为：
C 0.012；Si 0.45；Mn 0.60；P 0.015；S 0.002；Cr 24.83；Ni 7.27； Mo 4.08；N 0.290；H 0.00019；其余为Fe与不可避免的杂质。
在LF精炼炉弱搅拌前底吹气体全部用氮气，弱搅拌钢包底吹气体用氩气，钢包底吹压强0.85MPa，流量分别为60L/min和80L/min，弱搅拌时间8min。
实施例二
本实施例是在180吨VOD和180吨LF精炼炉上进行组合增氮，钢包底部装有2个底吹供气装置，单个底供气最大流量1500L/min，钢种S32101，液相线1460℃，成品化学成分要求的质量百分配比：
C≤0.03； Si≤1.00； Mn 4.00-6.00； P≤0.040； S≤0.030；
Cr 21.00-22.00； Ni 1.35-1.70； Mo 0.10-0.80；
Cu 0.10-0.80； N 0.200-0.250（钢种要求达到的氮含量[N]为0.230%）；H≤0.00025； 其余为Fe与不可避免的杂质。
VOD处理结束，钢液重量186t，钢液温度1553℃，钢液化学成分的质量百分配比：
C 0.012；Si 0.50；Mn 4.56；P 0.020；S 0.001；Cr 21.49；Ni 1.50； Mo 0.20；Cu 0.22；N 0.033(即：VOD精炼炉增氮前钢液中氮含量
[N]前为0.033%）；H 0.0001；其余为Fe与不可避免的杂质。
第一步、用公式(a)求出钢液需增氮总量∑△N，再用公式(b)计算出在VOD精炼炉最长增氮时间。
∑△N＝△NV＋△NL＝[N]-[N]前 (a)
tM＝[T前－(T液＋20)]/△T (b)
已知：[N]＝0.230%，[N]前＝0.033%，△T＝1.1℃/min，T前＝1553℃，T液＝1460℃
求得：∑△N＝△NV＋△NL＝[N]-[N]前＝0.230%－0.033%＝0.197%
tM＝[T前－(T液+20)]/△T＝[1553－(1460＋20)]/1.1＝66(min)
在VOD精炼炉，钢包扣盖，通过钢包2个底吹装置，吹入压强0.9MPa、总流量2800L/min氮气给钢液增氮，增氮66min，过程钢液温降1.1℃/min，增氮结束钢液温度1480℃，钢液化学成分的质量百分配比为：
C 0.012； Si 0.47； Mn 4.55； P 0.020； S 0.001； Cr 21.48；
Ni 1.49； Mo 0.20； Cu 0.22； N 0.127； H 0.00015；
其余为Fe与不可避免的杂质。
第二步、用公式(a)计算出钢液在LF精炼炉增氮量△NL，用公式(c)求出在LF精炼炉需要增氮时间t，再用公式(d)求出在LF精炼炉增氮前至少需要的温度TL前。
∑△N＝△NV＋△NL＝[N]-[N]前 (a)
△N＝(1.25×Q×t×α)/W (c)
t＝[TL前－(T液＋20)]/△T (d)
已知：∑△N＝0.197%，△NV＝0.127%－0.033%＝0.094%，α＝81%，
△T＝1.6℃/min，Q＝3000L/min，W＝186×106g，T液＝1460℃
求得：△NL＝∑△N－△NV＝0.197%－0.094%＝0.103%
t＝(△NL×W)/(1.25×Q×α)
＝(0.103×186×106)/(1.25×3000×81)＝63(min)
TL前＝t×△T＋(T液+20)＝63×1.6＋(1460＋20)＝1580(℃)
将钢液吊到LF精炼炉，升温至1580℃，钢包扣盖，过钢包2个底吹装置，吹入压强0.95MPa、总流量3000L/min的氮气给钢液增氮，氮溶解度81%，增氮63min，过程钢液温降1.6℃/min，钢液温度1480℃，钢液化学成分的质量百分配比为：
C 0.011；Si 0.46；Mn 4.55；P 0.020； S 0.001； Cr 21.48；Ni 1.48； Mo 0.20；Cu 0.22；N 0.230；H 0.0002；
其余为Fe与不可避免的杂质。
在LF精炼炉弱搅拌前底吹气体全部用氮气，弱搅拌钢包底吹气体用氩气，钢包底吹压强0.90MPa，流量分别为80L/min和100L/min，弱搅拌时间10min。
本申请文件的溶解度与钢种中成分有关，若钢中提高溶解度元素含量高，溶解度就高：
提高溶解度元素：Ti V Nb Cr Ta Al Mn Mo （由强到弱）
降低溶解度元素：C O Si P Co Ni S Cu 。
Claims (2)
1.一种不锈钢的增氮方法，它包括下述依次的步骤：
第一步、在VOD精炼炉处理结束，用公式(a)求出钢液需增氮总量 ∑△N，再用公式(b)计算出在VOD精炼炉最长增氮时间；
∑△N＝△NV＋△NL＝[N]-[N]前 (a)
tM＝[T前－(T液＋20)]/△T (b)
(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(%)
△NL－钢液在LF精炼炉增氮量(%)
[N]前—VOD精炼炉增氮前钢液中氮含量(%)
∑△N－达到钢种要求氮含量钢液需增氮总量(%)
(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(℃/min )
钢包扣盖，用压强0.80-1.2MPa的氮气通过钢包底供气装置吹入钢液中进行增氮；为防止钢液凝固，增氮后钢液温度不低于液相线温度，在VOD精炼炉处理结束，增氮时间不能超过最长增氮时间tM；VOD增氮结束，取样经化学分析做出在VOD增氮后的氮含量，求出△NV；
第二步、将钢液吊到LF炉；用公式(a)计算出钢液在LF精炼炉需增氮量△NL，用公式(c)求出在LF精炼炉增氮时间t，再用公式(d)求出在LF精炼炉增氮前至少需要的温度TL前；
∑△N＝△NV＋△NL＝[N]-[N]前 (a)
△NL＝(1.25×Q×t×α)/W (c)
t＝[TL前－(T液＋20)]/△T (d)
(c)式中：
△NL－钢液在LF的增氮量(%)
Q－钢包底吹总流量(L/min)
t－在LF的增氮时间(min)
W－钢液重量(g)
α－氮在钢液中的溶解度(%)
(d)式中：
TL前－LF精炼炉增氮前至少需要的温度
T液－液相线温度(℃)
△T－钢液在增氮过程中的温降(℃/min )；
升温达到增氮所需要的温度后，钢包扣盖，用压强0.80-1.2MPa氮气通过钢包底吹供气装置吹入钢液中增氮；
钢液在精炼炉扣盖增氮，过程温降按1-3℃/min计算，氮溶解度按75-95％计算；在LF精炼炉弱搅拌前底吹气体全部用氮气，弱搅拌时底吹气体用氩气。
2.根据权利要求1的述的不锈钢的增氮方法，其特征是：对于增氮量大的钢种，若增氮前钢液温度超过1650℃，考虑到钢包包衬耐材寿命，可用同样方式在LF精炼炉升温在不超过1650℃前提下，进行多次升温增氮，直到达到氮含量要求。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20121010 |