CN112226580A - 一种梯形吹氮控氮方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种梯形吹氮控氮方法，包括LF精炼工序和VD真空脱气工序；其中，LF精炼工序包括向钢水中依次吹氩气、氮气；VD真空脱气工序包括抽真空阶段、真空保持阶段和常压阶段，钢水在抽真空阶段进行第一次吹氮气，真空保持阶段依次进行第二次吹氮气、第一次吹氩气，常压阶段进行第二次吹氩气；最终得到含氮钢。本发明可以实现精准控制氮元素，可解决钢水中氮精准控制、钢水二次污染难题，且不影响钢水中氢、氧的控制。

Description

一种梯形吹氮控氮方法

技术领域

本发明涉及冶金领域的一种控氮方法，特别是涉及一种梯形吹氮控氮方法。

背景技术

含氮钢的控氮十分重要，目前，常规的增氮方式是用氮化合金或丝线增氮，这些方式增氮通常是在钢水经真空处理后添加，对钢水会造成二次污染；且添加后氮的均匀需要一段时间，对生产的连续性和高效化不利。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种梯形吹氮控氮方法，解决含氮钢的精准控氮难题，同时匹配生产顺行，不影响钢种氢、氧的控制。

技术方案：本发明提供一种梯形吹氮控氮方法，包括LF精炼工序和VD真空脱气工序；其中，LF精炼工序包括向钢水中依次吹氩气、氮气；VD真空脱气工序包括抽真空阶段、真空保持阶段和常压阶段，钢水在抽真空阶段进行第一次吹氮气，真空保持阶段依次进行第二次吹氮气、第一次吹氩气，常压阶段进行第二次吹氩气；最终得到含氮钢。

本发明中的控氮方法可适用于C38N2、C70S6、30MnVS等汽车用非调质钢。

本发明通过上述梯形吹氮控氮工艺，钢水在吹氮起始阶段的氮含量约为30-40ppm，氢含量5-10ppm，氧含量60-80ppm。在LF阶段提高氮含量至约200ppm左右，在VD阶段进行脱氧、脱氢，最终实现氮元素的精准控氮，并且不影响钢水中的氢、氧的控制。

其中，进入LF精炼工序，控制两路透气塞进行吹氩气，吹氩气流量为80～120Nl/min，吹氩气时间为9～11min；吹氩气完毕后切换两路透气塞进行吹氮气工序，吹氮气流量为180～220Nl/min，吹氮气时间为50～100min。并且，氩气吹气完毕后立即切换为吹氮气工序。

进入VD真空脱气工序，控制两路透气塞进行第一次吹氮气的流量为40～60Nl/min，吹氮时间为10～15min。

VD真空脱气工序中，在高真空保持阶段，两路透气塞进行第二次吹氮气的流量为130～170Nl/min，吹氮时间为15～18min；第二次吹氮完毕后切换两路透气塞进行第一次吹氩工序，第一次吹氩气的流量为25～35Nl/min，时间为1～3min。且第二次氮气吹气结束后立即切换为第一次氩气吹气工序。

VD真空脱气工序中，控制两路透气塞第二次吹氩气的流量为10～20Nl/min，时间为15～45min。

上述方案中，真空保持阶段的真空度≤1mbar；所述含氮钢为C38N2、C70S6或30MnVS。C38N2钢种氮元素控制的目标值为140ppm，C70S6钢种氮元素控制的目标值为135ppm，30MnVS钢种氮元素控制的目标值为160ppm。

不同成分的钢种采用的控氮工艺不同，而本发明针对汽车钢，采用LF和VD两种工序，采用梯形吹氮控氮工艺实现了含氮钢的精准控氮，同时匹配生产顺行，且不影响钢种氢、氧的控制。本发明的技术难点在于：向高温的钢液中吹氮合金化从理论上来说可以实现增氮，但是钢水成分中对氮成分有明确范围要求，为达到氮元素在钢种的效果往往是氮和其他元素的比例也有要求，需要把氮含量稳定控制在一定的窄小范围内，且钢铁企业都是流程化的连续生产，生产的节奏和效率要有保证，同时，增氮还不能影响钢水中氢、氧的控制；而本发明可以同时解决上述难题。

若采用加入合金元素来控氮，首先加入合金元素会带来污染，同时由于加入合金元素，会导致夹杂物含量增大，因此钢中的氧含量偏高。

本发明可以在钢铁冶金过程的LF、VD炉使用，氮气替代氩气实现搅拌功能的同时降低冶炼成本，吨钢可节约成本1.0元左右。另外，氮气替代合金增氮实现对钢中氮的精准控制，可避免在VD后加入含氮合金或者丝线对钢水的二次污染。使用此工艺生产的钢水，可以稳定的控制钢中的氮含量，且不影响钢水中氢、氧的控制，钢水中氮含量控制精度可以达到预期目标值±10ppm范围内，具体钢水中氮达到多少需根据钢种成分、LF工序吹氮时间、VD炉高真空下保持时间综合计算确定。试验发现吹氮时间过长会导致氮元素超标，而时间过短会导致氢氧含量超标，因此不同阶段的工艺参数尤为关键。

有益效果：本发明提供了一种含氮钢在LF、VD冶炼过程中的一种控氮工艺，采用本发明的梯形吹氮控氮方法，可以同时实现精准控制氮元素，1吨钢降低生产成本1元/吨左右，可解决钢水中氮精准控制、钢水二次污染难题，且不影响钢水中氢、氧的控制；钢水中氮含量控制精度可以达到预期目标值±10ppm范围内。

附图说明

图1是本发明的控氮工艺路线图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步地详细描述。

实施例：

本实施例以钢种C38N2为例，该钢种需达到的目标元素含量为：氮含量为140ppm，氢含量为2.0ppm以下，氧含量为10ppm以下。

采用本发明的梯形吹氮控氮方法进行生产，工艺实施分为两个工序，需按时序完成，工艺控制示意图如图1所示；其中，图1中每一段吹气段的两个数据表示的含义分别是吹气流量和吹气时间，每段上一行的数据表示吹气流量，下一行的数据表示吹气时间。

其中，钢水进入LF工序前没有固定要求，根据电炉终点和待炼时间波动很大，实际生产过程中钢水的冶炼可通过现有技术轻易实现，在此不进行赘述。本实施例中钢水的起始阶段元素含量为：氮含量35ppm，氢含量7.5ppm，氧含量70ppm。

控氮的具体步骤如下：

(1)将钢水到LF工位后底搅拌两路透气塞分别吹氩气，吹氩气两路透气塞流量为(100±20)Nl/min，10±1min之后切换为氮气，控制两路透气塞氮气流量为(200±20)Nl/min，吹氮气时间50～100min；

(2)LF工序结束后进入VD工序，前期抽真空阶段时间两路透气塞均吹氮气，氮气流量为(50±10)Nl/min，时间为10～15min；之后进入高真空保持阶段(真空度≤1mbar)，控制两路透气塞氮气流量为(150±20)Nl/min，时间为15～18min，同样在高真空保持状态下，将两路透气塞由吹氮气切换为吹氩气，氩气流量分别控制在(30±5)Nl/min，保持时间固定为1～3min，之后破除高真空保持状态至常压下，控制两路透气塞氩气流量分别为(15±5)Nl/min，时间为15～45min。

分别设置五组实施例，采用同上述实施例类似的吹氮控氮工艺，但具体参数略有不同；具体的吹气流量和时间参数见下表1，其中两路透气塞的流量和时间相同。

表1、实施例1的工艺参数汇总

将上述实施例和对比例1～4中不同阶段钢水中的氮、氢、氧元素进行检测，检测结果见表2。可以看出实施例1-1～1-5采用梯形吹氮控氮的工艺参数，可将N含量控制在±10ppm以内，氢含量在2.0ppm以下，氧含量在10ppm以下。而对比例1-3会导致氮、氢、氧元素含量超标。

表2、元素检测汇总表

其中，LF终点表示的是进真空时的元素含量，VD终点表示的是完成控氮过程后，最终检测得到的元素含量；例如实施例1中，进真空时氮含量225ppm，氢含量为6.8ppm，氧含量为12.3ppm；最终检测氮含量135ppm，氢含量为1.7ppm，氧含量为6.5ppm。

对比例4：

本对比例以钢种C38N2为例，吹氮控氮方法和步骤与实施例1-1中的工艺参数基本相同，不同之处在于VD工序中的高真空保持阶段的真空度为5mbar。检测发现本对比例的氧、氢元素含量超标严重，氮元素含量在临界范围，未实现精准控氮。

Claims (7)

1.一种梯形吹氮控氮方法，其特征在于：包括LF精炼工序和VD真空脱气工序；其中，LF精炼工序包括向钢水中依次吹氩气、氮气；VD真空脱气工序包括抽真空阶段、真空保持阶段和常压阶段，钢水在抽真空阶段进行第一次吹氮气，真空保持阶段依次进行第二次吹氮气、第一次吹氩气，常压阶段进行第二次吹氩气；最终得到含氮钢。

2.根据权利要求1所述的梯形吹氮控氮方法，其特征在于：进入LF精炼工序，控制两路透气塞进行吹氩气，吹氩气流量为80～120Nl/min，吹氩气时间为9～11min；吹氩气完毕后切换两路透气塞进行吹氮气工序，吹氮气流量为180～220Nl/min，吹氮气时间为50～100min。

3.根据权利要求1所述的梯形吹氮控氮方法，其特征在于：进入VD真空脱气工序，控制两路透气塞进行第一次吹氮气的流量为40～60Nl/min，吹氮时间为10～15min。

4.根据权利要求1所述的梯形吹氮控氮方法，其特征在于：VD真空脱气工序中，两路透气塞进行第二次吹氮气的流量为130～170Nl/min，吹氮时间为15～18min；第二次吹氮完毕后切换两路透气塞进行第一次吹氩工序，第一次吹氩气的流量为25～35Nl/min，时间为1～3min。

5.根据权利要求1所述的梯形吹氮控氮方法，其特征在于：VD真空脱气工序中，控制两路透气塞进行第二次吹氩气的流量为10～20Nl/min，时间为15～45min。

6.根据权利要求1所述的梯形吹氮控氮方法，其特征在于：真空保持阶段的真空度≤1mbar。

7.根据权利要求1所述的梯形吹氮控氮方法，其特征在于：所述含氮钢为C38N2、C70S6或30MnVS。

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