CN110541060A - 一种不锈钢aod冶炼控氮的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种不锈钢AOD冶炼控氮的方法，涉及金属冶炼领域，步骤包括：AOD兑钢，根据兑钢成分和目标成分配加合金材料、石灰，吹氧升温脱碳，吹氧量结束测温、取样，碳含量达到钢种目标后加入20～30kg/t硅铁还原，根据钢种成分、温度计算还原时钢水中氮的饱和溶解度，利用氮氩混吹降低氮气分压调整氮溶解度至钢种目标含量，还原5～8min后测温、取样、扒渣。扒渣完毕后加入400～600kg石灰，200～300kg萤石重新造渣，根据取样的化学成分，测量的温度，再次计算钢水中氮的饱和溶解度，再次氮氩混吹5～8min进行氮含量微调，使氮含量能精准命中钢种目标范围。本发明利用低成本的氮气和氩气，能够精准的将氮含量控制在钢种目标范围内，命中率能达到99％以上。

Description

一种不锈钢AOD冶炼控氮的方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金工艺领域，尤其涉及不锈钢AOD控氮方法。
背景技术
随着低碳，超低碳奥氏体不锈钢管，双相不锈钢的大量生产，降碳后强度不足成为限制此类钢使用的主要问题。氮作为合金元素加入不锈钢中，可提高奥氏体稳定性，平衡双相钢中的相比例。在不影响钢韧性和塑性的情况下提高钢的强度。氮是强烈形成和稳定奥氏体、扩大奥氏体相区的元素，其能力远超过镍元素。与不含氮的双相不锈钢比较，加入0.1％以上的氮可以改善钢的力学性能。例如022Cr25Ni7Mo4钢的厚截面铸件很脆，延伸率接近于0，但是加入适量的氮后，延伸率可提高至20％。
以022Cr25Ni7Mo4氮为例，其氮含量要求在0.24～0.32％，传统的控氮方式是在AOD还原之后加入价格昂贵的氮化铬控氮，此方法成本高，成分波动较大，钢水会大幅度降温，而且氮化铬还可能会将其他有害元素带入钢水，造成产品质量水平不高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种不锈钢AOD控氮的方法，以提供一种成本低、氮含量命中率高的新工艺。
根据亨利定律，气体在溶液中的饱和溶解度与该气体的分压成正比，本发明主要通过利用氩气改变氮气的分压，从而调整氮在特定化学成分和温度的钢液中的饱和溶解度，使钢水氮含量在钢种目标范围内，利用廉价的氮气和氩气实现AOD控氮操作。
本发明是通过以下技术方案实现的：
(1)兑钢：电弧炉冶炼的钢水通过兑钢包加入到AOD炉内，取AOD第一个样并测温；
(2)配合金、造渣：根据AOD第一个样和钢种目标成分配入相应合金，加入2500～3500kg石灰造渣；
(3)吹氧冶炼：吹氧分三个阶段，第一阶段氧气比例100％，快速升温，温度达到1630～1680℃，进行第二阶段吹炼，调整氧气和氮气比例1:1～1：2，快速脱碳，第二阶段吹炼结束测温、取样AOD第二个样，根据碳含量计算第三阶段氧气吹入量，调整氧气和氮气比例1:3～1:8；
(4)预还原：加入20～30kg/t硅铁，采用氮、氩混吹搅拌还原，根据钢水温度，化学成分计算氮在钢水中的饱和溶解度，调整氮气和氩气的比例，使钢水中氮的饱和溶解度在钢种目标要求范围内，还原5～8min后测温、取AOD第三个样，扒渣；
(5)还原：扒渣完毕加入400～600kg石灰，200～300kg萤石造新渣，根据钢水成分、温度再次计算氮在钢水中的饱和溶解度，调整氮气和氩气比例，使氮含量能精确命中钢种目标要求。
(6)出钢：氮气、氩气混吹5～8min之后出钢至钢包内。
所述步骤(1)中按35吨AOD炉容量计，AOD兑钢温度在1480℃以上，碳含量1.5％～2.5％。
所述步骤(2)按35吨AOD炉容量计，根据控制炉渣CaO/SiO2在2.0～2.5范围内计算石灰的加入量。
所述步骤(3)按35吨AOD炉容量计，第一阶段氧气流量1400～1600Nm3/h，第二阶段、第三阶段，氧气、氮气的总流量1400～1600Nm3/h
所述步骤(4)按35吨AOD炉容量计，利用氮气：氩气＝(钢种目标氮含量：氮在钢水中的饱和溶解度)2计算当前温度下的氮氩比，氮气和氩气的总流量1300～1400Nm3/h。
所述步骤(5)按35吨AOD炉容量计，利用氮气：氩气＝(钢种目标氮含量：氮在钢水中的饱和溶解度)2计算当前温度下的氮氩比，氮气和氩气的总流量1300～1400Nm3/h。
本发明相比现有技术具有以下优点：
1、该方法与传统技术相比无需增加投资，利用廉价的氮气和氩气代替价格高昂的氮化铬合金，大大降低了AOD控氮成本；
2、成分命中率高，利于控制，无须考虑熔化氮化铬合金带来的温降，有利于温度控制，节约能源；
3、直接利用气体可以避免有害元素进入钢水，提升钢水质量。
具体实施方式
下面将结合本发明具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例，对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“包括”，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤的方法不必限于清楚地列出的那些步骤，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些方法固有的其它步骤。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考实施例来详细说明本申请。
实施例1
本实施例以022Cr25Ni7Mo4N奥氏体-铁素体双相不锈钢的冶炼工艺为例，提供了一种不锈钢AOD控氮的方法，按35吨AOD炉容量计，包括以下步骤：
兑钢：电弧炉冶炼的钢水通过兑钢包加入到AOD炉内，钢水重量28.5t，钢水温度1490℃，取AOD第一个样，成分如表1所示；
表1 AOD第一个样成分
(2)配合金、造渣：加入高碳铬铁1500kg，纯镍300kg，钼铁1100kg，石灰3200kg；
(3)吹氧冶炼：第一阶段氧气比例100％，流量1500Nm3/h，吹氧量850Nm3，第一阶段结束钢水温度1680℃；第二阶段氧气：氮气＝1:1，氧气流量700Nm3，吹氧量220m3，第二阶段结束取AOD第二个样，成分如表2所示，测量钢水温度1710℃，根据碳含量计算第三阶段氧气吹入量50Nm3，调整第三阶段氧气：氮气1:5，氧气流量230Nm3。
表2 AOD第二个样成分
(4)预还原：根据钢水温度和钢种目标成分，计算出氮的饱和溶解度，利用公式氮气：氩气＝(钢种目标氮含量：氮在钢水中的饱和溶解度)2计算出氮气：氩气＝0.84，调整氮气流640Nm3，氩气流量750Nm3，加入硅铁28kg/t，搅拌5min之后测温1690℃，取AOD第三个样，成分如表3所示。
表3 AOD第三个样成分
(5)还原：扒渣完毕加入500kg石灰，250kg萤石造新渣，加入20kg纯镍、60kg钼铁微调成分，根据温度计算氮气：氩气＝0.62，调整氮气流量490Nm3，氩气流量780Nm3，氮氩混吹搅拌还原。
(6)出钢：氮氩混吹6min之后出钢至钢包，在钢包内取钢水成品样，成分如表4所示。
表4成品成分
实施例2
本实施例以022Cr25Ni7Mo4N奥氏体-铁素体双相不锈钢的冶炼工艺为例，提供了一种不锈钢AOD控氮的方法，按35吨AOD炉容量计，包括以下步骤：
(1)兑钢：电弧炉冶炼的钢水通过兑钢包加入到AOD炉内，钢水重量29.3t，钢水温度1485℃，取AOD第一个样，成分如表5所示；
表5 AOD第一个样成分
(2)配合金、造渣：加入高碳铬铁3300kg，纯镍420kg，钼铁1100kg，石灰3500kg；
(3)吹氧冶炼：第一阶段氧气比例100％，流量1500Nm3/h，吹氧量930Nm3，第一阶段结束钢水温度1670℃；第二阶段氧气：氮气＝1:1，氧气流量700Nm3，吹氧量250m3，第二阶段结束取AOD第二个样，成分如表6所示，测量钢水温度1705℃，根据碳含量计算第三阶段氧气吹入量45Nm3，调整第三阶段氧气：氮气1:5，氧气流量230Nm3。
表6 AOD第二个样成分
(4)预还原：根据钢水温度和钢种目标成分，计算出氮的饱和溶解度，利用公式氮气：氩气＝(钢种目标氮含量：氮在钢水中的饱和溶解度)2计算出氮气：氩气＝0.83，调整氮气流625Nm3，氩气流量750Nm3，加入硅铁30kg/t，搅拌5min之后测温1680℃，取AOD第三个样，成分如表7所示。
表7 AOD第三个样成分
(5)还原：扒渣完毕加入500kg石灰，250kg萤石造新渣，加入15kg纯镍微调成分，根据温度计算氮气：氩气＝0.62，调整氮气流量510Nm3，氩气流量850Nm3，氮氩混吹搅拌还原。
(6)出钢：氮氩混吹6min之后出钢至钢包，在钢包内取钢水成品样，成分如表8所示。
表8成品成分
实施例3
本实施例以022Cr17Ni12Mo2N奥氏体不锈钢的冶炼工艺为例，提供提供了一种不锈钢AOD控氮的方法，按35吨AOD炉容量计，包括以下步骤：
兑钢：电弧炉冶炼的钢水通过兑钢包加入到AOD炉内，钢水重量29.8t，钢水温度1500℃，取AOD第一个样，成分如表9所示；
表9 AOD第一个样成分
(2)配合金、造渣：加入高碳铬铁751kg，纯镍472kg，钼铁522kg，石灰2500kg；
(3)吹氧冶炼：第一阶段氧气比例100％，流量1500Nm3/h，吹氧量640Nm3，第一阶段结束钢水温度1650℃；第二阶段氧气：氮气＝1:1，氧气流量700Nm3，吹氧量190m3，第二阶段结束取AOD第二个样，成分如表10所示，测量钢水温度1720℃，根据碳含量计算第三阶段氧气吹入量20Nm3，调整第三阶段氧气：氮气1:5，氧气流量220Nm3。
表10：AOD第二个样成分
(4)预还原：根据钢水温度和钢种目标成分，计算出氮的饱和溶解度，利用公式氮气：氩气＝(钢种目标氮含量：氮在钢水中的饱和溶解度)2计算出氮气：氩气＝0.61，调整氮气流660Nm3，氩气流量750Nm3，加入硅铁22kg/t，搅拌5min之后测温1690℃，取AOD第三个样，成分如表11所示。
表11：AOD第三个样成分
(5)还原：扒渣完毕加入500kg石灰，250kg萤石造新渣，根据温度计算氮气：氩气＝0.58，调整氮气流量570Nm3，氩气流量860Nm3，氮氩混吹搅拌还原。
(6)出钢：氮氩混吹6min之后出钢至钢包，在钢包内取钢水成品样，成分如表12所示。
表12：成品成分
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
本发明不限于以上对实施例的描述，本领域技术人员根据本发明揭示的内容，在本发明基础上不必经过创造性劳动所进行的改进和修改，都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种不锈钢AOD控氮的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)兑钢
电弧炉冶炼的钢水通过兑钢包加入到AOD炉内，取AOD第一个样并测温；
(2)配合金、造渣
根据AOD第一个样和钢种目标成分配入相应合金，加入2500～3500kg石灰造渣；
(3)吹氧冶炼
吹氧分三个阶段，第一阶段氧气比例100％，快速升温，温度达到1630～1680℃，进行第二阶段吹炼，调整氧气和氮气比例1:1～1:2，快速脱碳，第二阶段吹炼结束测温、取样AOD第二个样，根据碳含量计算第三阶段氧气吹入量，调整氧气和氮气比例1:3～1:8；
(4)预还原
加入20～30kg/t硅铁，采用氮、氩混吹搅拌还原，根据钢水温度计算氮在钢水中的饱和溶解度，调整氮气和氩气的比例，使钢水中氮的饱和溶解度在钢种目标要求范围内，还原5～8min后测温、取AOD第三个样，扒渣；
(5)还原
扒渣完毕加入400～600kg石灰，200～300kg萤石造新渣，根据钢水温度再次计算氮在钢水中的饱和溶解度，调整氮气和氩气比例，是氮含量能精确命中钢种目标要求；
(6)出钢
氮气、氩气混吹5～8min之后出钢至钢包。
2.根据权利要求1所述的一种不锈钢AOD控氮的方法，其特征在于，按35吨AOD炉容量计，所述步骤(1)中AOD兑钢温度在1480℃以上，碳含量1.5％～2.5％。
3.根据权利要求2所述的一种不锈钢AOD控氮的方法，其特征在于，步骤(2)根据控制炉渣CaO/SiO2在2.0～2.5范围内计算石灰的加入量。
4.根据权利要求3所述的一种不锈钢AOD控氮的方法，其特征在于，步骤(3)第一阶段氧气流量1400～1600Nm3/h，第二阶段、第三阶段，氧气、氮气的总流量1400～1600Nm3/h。
5.根据权利要求4所述的一种不锈钢AOD控氮的方法，其特征在于，步骤(4)利用氮气：氩气＝(钢种目标氮含量：氮在钢水中的饱和溶解度)2计算当前温度下的氮氩比，氮气和氩气的总流量1300～1400Nm3/h。
6.根据权利要求5所述的一种不锈钢AOD控氮的方法，其特征在于，步骤(5)利用氮气：氩气＝(钢种目标氮含量：氮在钢水中的饱和溶解度)2计算当前温度下的氮氩比，氮气和氩气的总流量1300～1400Nm3/h。
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