CN114367651A - 一种高氮钢冶炼装置及其冶炼方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高氮钢冶炼装置及其冶炼方法，炉体顶沿可拆卸连接有炉盖，炉体和炉盖共同围成封闭的炉腔，铸造炉、熔炼坩埚和加料斗均位于炉腔内，铸造炉呈顶端开口的筒形且其底端为圆形的水冷底板，铸造炉侧壁为层状结构且其内侧壁为水冷层，水冷层外侧包裹有耐火层，耐火层外侧环绕有电磁搅拌器，水冷层由多个横截面为圆弧形的水冷铜板围成筒形，水冷铜板之间的纵向间隙填充有楔形耐火板，水冷铜板底端向外侧弯折形成连接部，水冷底板边缘与水冷铜板的连接部密封连接且内部围成铸造腔，铸造腔纵截面呈倒置的锥形且其内部添加有冷钢颗粒。本发明的效果是能够有效提高高氮钢铸锭中的氮含量，减轻氮成分偏析，生产工艺简单，节约成本。

Description

一种高氮钢冶炼装置及其冶炼方法
技术领域
本发明涉及高氮钢冶炼技术领域，特别是涉及一种高氮钢冶炼装置及其冶炼方法。
背景技术
高氮钢是一种性能优异的特殊不锈钢，钢中的氮可以代替部分或全部战略元素镍，具有扩大和稳定奥氏体相区，不降低材料塑性前提下提高材料强度的能力，改善材料的耐点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀性能等。
根据组织结构不同，氮含量超过一定数值后，氮的有益作用才会在高氮钢中迅速凸显。高氮钢在凝固过程中要经过一个溶氮量特别低的δ-Fe区，导致钢液在凝固过程中会有大量气泡逸出。
目前，抑制氮逸出的主要方法有两种，一种是在凝固过程中加比冶炼压力更高的氮分压，这种方法对冶炼设备提出更高的要求，危险系数进一步增大，冶炼得到的高氮钢成分偏析的问题没有解决；另一种是采用加压电渣重熔的方法，即将冶炼好的初始高氮钢铸锭锻造成复合电极，在氮气气氛保护下进行加压电渣重熔，此方法制造复合电极成本昂贵，工艺复杂，生产效率低，成本较高。
高氮钢在生产过程中氮含量不高，氮成分偏析，生产成本过高，大大降低了高氮钢的性能及使用范围。因此，提供一种生产工艺相对简单，能够有效提高钢中氮含量并改善成分偏析的高氮钢生产方法是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高氮钢冶炼装置及其冶炼方法，能够有效提高高氮钢铸锭中的氮含量，减轻氮成分偏析，生产工艺简单，节约成本。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种高氮钢冶炼装置，包括：
炉体，所述炉体顶沿可拆卸连接有炉盖，所述炉体和所述炉盖共同围成封闭的炉腔；
铸造炉，所述铸造炉位于所述炉腔内，所述铸造炉呈顶端开口的筒形且其底端为圆形的水冷底板，所述铸造炉侧壁为层状结构且其内侧壁为水冷层，所述水冷层外侧包裹有耐火层，所述耐火层外侧环绕有电磁搅拌器，所述水冷层由多个横截面呈圆弧形的水冷铜板围成筒形，所述水冷铜板之间的纵向间隙填充有楔形耐火板，所述水冷铜板底端向外侧弯折形成连接部，所述水冷底板边缘与所述水冷铜板的连接部密封连接且内部围成铸造腔，所述铸造腔纵截面呈倒置的锥形且其内部添加有冷钢颗粒；
熔炼坩埚，所述熔炼坩埚位于所述铸造腔侧上方，所述熔炼坩埚呈顶端开口的圆筒形且其开口能够向靠近所述铸造腔的开口上方位置转动，所述熔炼坩埚外侧沿纵向环绕有水冷感应线圈；
加料斗，所述加料斗位于所述熔炼坩埚侧上方，所述加料斗呈顶端开口的圆筒形且其开口能够向靠近所述熔炼坩埚的开口上方位置转动。
本发明的有益效果是：在水冷铜板和水冷底板内通冷却水进行冷却，内通冷却水的铜模铸造可以加速钢液冷却，同时在铸造腔内添加有与冶炼钢成分相近钢材制成的冷钢颗粒，能够快速冷却钢液，降低钢种对凝固压力的要求，抑制凝固过程中氮的逸出，有效提高高氮钢铸锭中的氮含量；电磁搅拌器能够带动钢液以一定速度流动，可以改善钢水凝固过程中的流动、传热和迁移过程，促进未凝固钢水的混匀程度，增加等轴晶比率，减轻成分偏析，消除中心疏松，改善铸锭组织；在水冷铜板之间的纵向间隙填充楔形耐火板，楔形耐火板能够隔开相邻两块水冷铜板，防止对电磁搅拌器的磁场屏蔽，耐火层位于水冷层和电磁搅拌器之间，能够起到保护电磁搅拌器的作用；铸造炉、熔炼坩埚和加料斗均位于封闭的炉腔内，从而使整个冶炼铸造过程能够在氮气加压的环境中进行，生产工艺简单，节约成本。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述水冷铜板内部开设有第一水冷通道，所述水冷铜板连接部侧壁面开设有第一水冷入口，所述水冷铜板侧壁面靠近其顶端开设有第一水冷出口，所述第一水冷入口与所述第一水冷出口分别与所述第一水冷通道两端连通。
采用上述进一步方案的有益效果是：水冷铜板是由紫铜制成的且其内部为空腔结构，通过在第一水冷通道内通入高压冷却水实现对铸造腔侧壁的冷却，能够加快钢液的冷却速度。
进一步，所述耐火层顶端与所述水冷铜板顶端平齐，所述耐火层底端抵接在所述水冷铜板连接部顶端面，所述第一水冷出口沿径向凸出于所述水冷铜板侧壁面并穿过所述耐火层向外延伸。
采用上述进一步方案的有益效果是：耐火层由耐火材料制成且完全包裹住水冷铜板外侧壁，从而能够更加有效地保护位于耐火层外侧的电磁搅拌器。
进一步，所述水冷底板内部开设有第二水冷通道，所述水冷底板边缘侧壁面对称开设有第二水冷入口和第二水冷出口，所述第二水冷入口、所述第二水冷出口分别连通所述第二水冷通道的两端。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过在第二水冷通道内通入冷却水实现对铸造腔底端的冷却，能够快速冷却钢液。
进一步，所述楔形耐火板与所述水冷铜板数量相同，所述楔形耐火板靠近所述铸造腔一侧的周向厚度小于其远离所述铸造腔一侧的周向厚度。
采用上述进一步方案的有益效果是：楔形耐火板是由耐火材料制成且填充在两个水冷铜板之间缝隙中的楔形薄片，能够分隔相邻的水冷铜板，防止对电磁搅拌器的磁场屏蔽。
进一步，所述炉体侧壁开设有真空抽气口和加压进气口，所述真空抽气口与真空泵连通，所述加压进气口与加压装置连通。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过真空泵连通真空抽气口抽取真空，通过加压装置连通加压进气口通入氮气加压。
进一步，所述铸造腔内中心沿轴向设有铸锭吊环，所述铸锭吊环顶端可拆卸连接有升降装置，所述升降装置远离所述铸锭吊环的一端向上延伸并穿过所述炉盖。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过升降装置在钢液凝固过程中调整铸锭吊环高度，保证铸锭吊环插入钢液中，且方便钢液凝固后铸锭的取出。
进一步，所述炉盖呈拱形且其底端沿径向凸出有第一法兰盘，所述炉体顶端沿径向凸出有第二法兰盘，所述第一法兰盘和所述第二法兰盘通过螺栓密封连接且其连接处设有密封垫，所述炉盖顶面中心固定连接有炉盖吊环，所述炉盖顶面开设有与所述炉腔内部连通的放散阀和压力表。
采用上述进一步方案的有益效果是：炉盖与炉体密封连接，从而形成封闭的炉腔，使整个冶炼过程能够在氮气加压的环境中进行，炉盖吊环用于打开炉盖，压力表用于显示炉腔内的压力，放散阀为安全阀，当炉腔内压力大于预定值时，放散阀与大气连通。
进一步，所述电磁搅拌器为采用克兰姆绕组且内嵌铜管冷却的环形结构，所述电磁搅拌器与电控柜电连接。
采用上述进一步方案的有益效果是：克兰姆绕组为12个绕组全部套在一圈环形轭铁上，绕组中每根水管都能通水冷却，使电磁搅拌器自身冷却均匀无死角，冷却效果好；电控柜调节装置在线调节电磁搅拌器的磁感应强度，进而控制对钢液的搅拌速度。
本发明还提供一种高氮钢冶炼方法，使用上述的高氮钢冶炼装置，包括以下步骤：
S1：计算所需的冶炼钢重量，称量并加入所述熔炼坩埚中，计算所需氮化合金重量，称量并放入所述加料斗中，将所需冶炼钢质量1％-5％的所述冷钢颗粒预先加入所述铸造腔中；
S2：在所述炉腔内开始抽真空至真空度在10Pa以下，停止抽真空，在所述炉腔内充氮气至常压，再次开始抽真空至真空度在10Pa以下，调节所述水冷感应线圈的中频磁场频率为2500Hz-10000Hz并对所述熔炼坩埚进行加热，当所述熔炼坩埚内温度到1200℃-1300℃时，停止抽真空，在所述炉腔内通入氮气加压至0.1MPa-1.5MPa，继续加热，当所述熔炼坩埚内原料熔清后，转动所述加料斗将氮化合金加入所述熔炼坩埚，直到所有原料都熔化完毕；
S3：熔炼完毕后，在所述水冷铜板和所述水冷底板内通入冷却水，同时打开所述电磁搅拌器，使其处于工作状态；
S4：保证所述炉腔内氮气压力值不下降，缓慢转动所述熔炼坩埚，对准所述铸造腔开口上方进行浇铸，调节所述电磁搅拌器的磁感应强度为0.005T-0.08T，控制钢液流动速度为0.1m/s-0.15m/s，当钢液全部凝固后关闭所述电磁搅拌器；
S5：高氮钢冷却后，释放所述炉腔内的高压氮气，打开所述炉盖，吊起高氮钢铸锭，然后重新开展下一周期高氮钢的冶炼。
本发明提供了一种高氮钢冶炼方法，其有益效果是：冶炼前预先计算冶炼钢、氮化合金和冷钢颗粒的重量，能够使氮化合金与冶炼钢以合适的比例融合，并通过冷钢颗粒进行冷却；冶炼前还包括抽取真空并充入氮气洗炉一次，从而能够有效排出炉腔内的空气，使后续整个冶炼过程在氮气加压的环境中进行，能够提高高氮钢铸锭中的氮含量；冶炼中通过调节水冷感应线圈磁场频率进行中频感应加热，通过调节电磁搅拌器磁感应强度使钢液按一定速度流动，能够有效提高高氮钢铸锭冷却过程中氮成分的均匀性，减轻氮成分偏析。
经由上述技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种高氮钢冶炼装置及其冶炼方法，具有以下有益效果：
1、本发明通过在水冷铜板和水冷底板内通入冷却水，同时在铸造腔内填加有与冶炼钢成分相近钢材制成的冷钢颗粒，从而实现对钢液的快速冷却，抑制钢液凝固过程中氮的逸出，有效提高高氮钢铸锭中的氮含量；
2、本发明的电磁搅拌器能够带动钢液以一定速度流动，实现钢液的均匀冷却，可以改善钢水凝固过程中的流动、传热和迁移过程，促进未凝固钢水中氮成分的混匀程度，增加等轴晶比率，减轻氮成分偏析，消除中心疏松，改善铸锭组织；
3、本发明的在水冷铜板之间的纵向间隙填充楔形耐火板，通过楔形耐火板能够分隔相邻的两块水冷铜板，防止水冷层对电磁搅拌器的磁场屏蔽；
4、本发明的耐火层由耐火材料制成且位于水冷层和电磁搅拌器之间，能够起到保护电磁搅拌器的作用；
5、本发明的铸造炉、熔炼坩埚和加料斗均位于封闭的炉腔内，从而使整个冶炼铸造过程能够在氮气加压的环境中进行，不需要进行加压电渣重熔工艺也可以得到成分均匀，氮含量高的高氮钢铸锭，生产工艺简单，节约成本。
附图说明
图1为本发明高氮钢冶炼装置的整体结构示意图；
图2为本发明铸造炉的俯视图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1-放散阀；2-压力表；3-炉盖吊环；4-升降装置；5-炉盖；6-密封螺栓；7-密封垫；8-炉体；9-水冷铜板；10-耐火层；11-电磁搅拌器；12-水冷底板；13-第一水冷入口；14-第一水冷出口；15-熔炼坩埚；16-真空出气口；17-加压进气口；18-水冷感应线圈；19-加料斗；20-铸锭吊环；21-契形耐火板；22-铸造腔；23-炉腔；24-第二水冷入口；25-第二水冷出口。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1和图2所述，本发明实施例公开了一种高氮钢冶炼装置，包括：炉体8，炉体8顶沿可拆卸连接有炉盖，炉体8和炉盖5共同围成封闭的炉腔23，炉体8和炉盖5均采用耐高压钢制成；
铸造炉，所述铸造炉位于炉腔23内，铸造炉呈顶端开口的筒形且其底端为圆形的水冷底板12，铸造炉侧壁为层状结构且其内侧壁为水冷层，水冷层外侧包裹有耐火层10，耐火层10外侧环绕有电磁搅拌器11，水冷层由多个横截面呈圆弧形的水冷铜板9围成筒形，水冷铜板9之间的纵向间隙填充有楔形耐火板21，水冷铜板9底端向外侧弯折形成连接部，水冷底板12边缘与水冷铜板9的连接部密封连接且内部围成铸造腔22，铸造腔22纵截面呈倒置的锥形且其内部添加有冷钢颗粒，冷钢采用与冶炼钢成分相近钢材加工剩下的边角料，楔形耐火板21材质优选镁质耐火材料，耐火层10由耐火材料捣打而成，其材质优选镁质耐火泥；
熔炼坩埚15，熔炼坩埚15位于铸造腔22侧上方，熔炼坩埚15呈顶端开口的圆筒形且其开口能够向靠近铸造腔22的开口上方位置转动，熔炼坩埚15外侧沿纵向环绕有水冷感应线圈18，水冷感应线圈18为铜制中空管；
加料斗19，加料斗19位于熔炼坩埚15侧上方，加料斗19呈顶端开口的圆筒形且其开口能够向靠近熔炼坩埚15的开口上方位置转动，铸造炉、熔炼坩埚15和加料斗19均通过支架与炉腔23内壁连接。
为了进一步优化上述技术方案，水冷铜板9内部开设有第一水冷通道，水冷铜板9连接部侧壁面开设有第一水冷入口13，水冷铜板9侧壁面靠近其顶端开设有第一水冷出口14，第一水冷入口13与第一水冷出口14分别与第一水冷通道两端连通，水冷铜板9内部为空腔结构。
为了进一步优化上述技术方案，耐火层10顶端与所述水冷铜板9顶端平齐，耐火层10底端抵接在水冷铜板9连接部顶端面，第一水冷出口14沿径向凸出于水冷铜板9侧壁面并穿过耐火层10向外延伸。
为了进一步优化上述技术方案，水冷底板12内部开设有第二水冷通道，水冷底板12边缘侧壁面对称开设有第二水冷入口24和第二水冷出口25，第二水冷入口24、第二水冷出口25分别连通第二水冷通道的两端，水冷底板12内部为空腔结构。
为了进一步优化上述技术方案，楔形耐火板21与水冷铜板9数量相同，楔形耐火板21靠近铸造腔22一侧的周向厚度小于其远离铸造腔22一侧的周向厚度，所述水冷铜板9和所述楔形耐火板21数量优选9个或者18个或者27个。
为了进一步优化上述技术方案，炉体8侧壁开设有真空抽气口16和加压进气口17，真空抽气口16与真空泵连通，加压进气口17与加压装置连通。
为了进一步优化上述技术方案，铸造腔22中心沿轴向设有铸锭吊环20，铸锭吊环20顶端可拆卸连接有升降装置4，升降装置4远离铸锭吊环20的一端向上延伸并穿过炉盖5。
为了进一步优化上述技术方案，炉盖5呈拱形且其底端沿径向凸出有第一法兰盘，炉体8顶端沿径向凸出有第二法兰盘，第一法兰盘和第二法兰盘通过螺栓6密封连接且其连接处设有密封垫7，炉盖5顶面中心固定连接有炉盖吊环3，炉盖5顶面开设有与炉腔23内部连通的放散阀1和压力表2。
为了进一步优化上述技术方案，电磁搅拌器11为采用克兰姆绕组且内嵌铜管冷却的环形结构，电磁搅拌器11与电控柜电连接。
以上进一步优化的技术方案可以在合理情况下进行任意组合，形成不同的实施方式。
本发明实施例还公开了一种高氮钢冶炼方法，使用上述的高氮钢冶炼装置，包括以下步骤：
S1：计算所需的冶炼钢重量，称量并加入熔炼坩埚15中，计算所需氮化合金重量，称量并放入加料斗19中，将所需冶炼钢质量1％-5％的冷钢颗粒加入铸造腔22中；
S2：在炉腔23内开始抽真空至真空度在10Pa以下，停止抽真空，在炉腔23内充氮气至常压，再次开始抽真空至真空度在10Pa以下，调节水冷感应线圈18的中频磁场频率为2500Hz-10000Hz并对熔炼坩埚15进行加热，当熔炼坩埚15内温度到1200℃-1300℃时，停止抽真空，在炉腔23内通入氮气加压至0.1MPa-1.5MPa，优选为1.0MPa-1.3MPa，继续加热，当熔炼坩埚15内原料熔清后，转动加料斗19将氮化合金加入熔炼坩埚15，直到所有原料都熔化完毕，通过真空泵对炉腔23进行抽真空操作；
S3：熔炼完毕后，在水冷铜板9水冷底板12内通入冷却水，同时打开电磁搅拌器11，使其处于工作状态；
S4：保证炉腔23内氮气压力值不下降，缓慢转动熔炼坩埚15，对准铸造腔22开口上方进行浇铸，调节电磁搅拌器11的磁感应强度为0.005T-0.08T，控制钢液流动速度为0.1m/s-0.15m/s，当钢液全部凝固后关闭电磁搅拌器11；
S5：高氮钢冷却后，释放炉腔23内的高压氮气，打开炉盖5，吊起高氮钢铸锭，然后重新开展下一周期高氮钢的冶炼，钢液凝固过程中调整位于铸造腔22内的铸锭吊环20高度，保证铸锭吊环20插入钢液中，冷却后通过铸锭吊环20吊起高氮钢铸锭。
实施例1
本实施例适用于冶炼最大重量为3kg的高氮钢铸锭。
使用的高氮钢冶炼装置，水冷底板12厚度为20mm，其内部空腔间隙为10mm，直径为180mm；耐火层10厚度为10mm；铸造腔22大径为120mm，小径为80mm，高度为150mm；水冷铜板9厚度为20mm，其内部空腔间隙为10mm；契形耐火板21宽度为20mm，高度为150mm，周向厚度最大值为3mm，周向厚度最小值为1.5mm；水冷铜板9和楔形耐火板21数量均为9个。
冶炼高氮钢的方法包括以下步骤：
S1：计算所需的冶炼钢重量，称量并加入熔炼坩埚15中，计算所需的氮化合金重量，称重并放入加料斗19中，将所需冶炼钢质量2％的冷钢颗粒预先加入铸造腔22中；
S2：在炉腔23内开始抽真空至真空度在10Pa以下，停止抽真空，在炉腔23内充氮气至常压，再次开始抽真空至真空度在10Pa以下，调节水冷感应线圈18的中频磁场频率为2500Hz-8000Hz并对熔炼坩埚15进行加热，当熔炼坩埚15内温度到1200℃时，停止抽真空，在炉腔23内通入氮气加压至1.0MPa，继续加热至1600℃，当熔炼坩埚15内原料熔清后，转动加料斗19将氮化合金加入熔炼坩埚15，直到所有原料熔化完毕；
S3：熔炼完毕后，在水冷铜板9内通入高压冷却水，水压为0.8MPa-1.0MPa，优选为0.9MPa，水流量为13-18m3/h，优选为15m3/h，在水冷底板12中通入冷却水，冷却水流量为13-18m3/h，优选为15m3/h，同时打开电磁搅拌器11，使其处于工作状态；
S4：保证炉腔23内氮气压力不小于1.0MPa，缓慢转动熔炼坩埚15，对准铸造腔22开口上方进行浇铸，调节电磁搅拌器11磁感应强度为0.005T-0.03T，控制钢液搅动流速在0.1m/s，当钢液全部凝固后关闭电磁搅拌器11；
S5：高氮钢冷却后，释放炉腔23内高压氮气，打开炉盖5，吊起高氮钢铸锭，然后重新开展下一周期高氮钢的冶炼。
实施例2
本实施例适用于冶炼最大重量为100kg的高氮钢铸锭。
使用的高氮钢冶炼装置，水冷底板12厚度为40mm，其内部空腔间隙为20mm，直径为360mm；耐火层10厚度为20mm；铸造腔22大径为340mm，小径为260mm，高度为400mm；水冷铜板9厚度为40mm，其内部空腔间隙为20mm；契形耐火板21宽度为40mm，高度为400mm，周向厚度最大值为5mm，周向厚度最小值为2.5mm；水冷铜板9和楔形耐火板21数量均为18个。
冶炼高氮钢的方法包括以下步骤：
S1：计算所需的冶炼钢重量，称量并加入熔炼坩埚15中，计算所需的氮化合金重量，称重并放入加料斗19中，将所需冶炼钢质量3％的冷钢颗粒预先加入铸造腔22中；
S2：在炉腔23内开始抽真空至真空度在10Pa以下，停止抽真空，在炉腔23内充氮气至常压，再次开始抽真空至真空度在10Pa以下，调节水冷感应线圈18的中频磁场频率为5000Hz-10000Hz并对熔炼坩埚15进行加热，当熔炼坩埚15内温度到1250℃时，停止抽真空，在炉腔23内通入氮气加压至1.3MPa，继续加热至1620℃，当熔炼坩埚15内原料熔清后，转动加料斗19将氮化合金加入熔炼坩埚15，直到所有原料熔化完毕；
S3：熔炼完毕后，在水冷铜板9内通入高压冷却水，水压为0.8MPa-1.0MPa，优选为0.9MPa，水流量为60m3/h-80m3/h，优选为70m3/h，在水冷底板12中通入冷却水，冷却水流量为60m3/h-80m3/h，优选为70m3/h，同时打开电磁搅拌器11，使其处于工作状态；
S4：保证炉腔23内氮气压力不小于1.3MPa，缓慢转动熔炼坩埚15，对准铸造炉开口上方进行浇铸，调节电磁搅拌器11磁感应强度的磁感应强度为0.03T-0.08T，控制钢液搅动流速在0.1m/s，当钢液全部凝固后关闭电磁搅拌器11；
S5：高氮钢冷却后，释放炉腔23内高压氮气，打开炉盖5，吊起高氮钢铸锭，然后重新开展下一周期高氮钢的冶炼。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高氮钢冶炼装置，其特征在于，包括：
炉体(8)，所述炉体(8)顶沿可拆卸连接有炉盖(5)，所述炉体(8)和所述炉盖(5)共同围成封闭的炉腔(23)；
铸造炉，所述铸造炉位于所述炉腔(23)内，所述铸造炉呈顶端开口的筒形且其底端为圆形的水冷底板(12)，所述铸造炉侧壁为层状结构且其内侧壁为水冷层，所述水冷层外侧包裹有耐火层(10)，所述耐火层(10)外侧环绕有电磁搅拌器(11)，所述水冷层由多个横截面呈圆弧形的水冷铜板(9)围成筒形，所述水冷铜板(9)之间的纵向间隙填充有楔形耐火板(21)，所述水冷铜板(9)底端向外侧弯折形成连接部，所述水冷底板(12)边缘与所述水冷铜板(9)的连接部密封连接且内部围成铸造腔(22)，所述铸造腔(22)纵截面呈倒置的锥形且其内部添加有冷钢颗粒；
熔炼坩埚(15)，所述熔炼坩埚(15)位于所述铸造腔(22)侧上方，所述熔炼坩埚(15)呈顶端开口的圆筒形且其开口能够向靠近所述铸造腔(22)的开口上方位置转动，所述熔炼坩埚(15)外侧沿纵向环绕有水冷感应线圈(18)；
加料斗(19)，所述加料斗(19)位于所述熔炼坩埚(15)侧上方，所述加料斗(19)呈顶端开口的圆筒形且其开口能够向靠近所述熔炼坩埚(15)的开口上方位置转动。
2.根据权利要求1所述一种高氮钢冶炼装置，其特征在于，所述水冷铜板(9)内部开设有第一水冷通道，所述水冷铜板(9)连接部侧壁面开设有第一水冷入口(13)，所述水冷铜板(9)侧壁面靠近其顶端开设有第一水冷出口(14)，所述第一水冷入口(13)与所述第一水冷出口(14)分别与第一水冷通道两端连通。
3.根据权利要求2所述一种高氮钢冶炼装置，其特征在于，所述耐火层(10)顶端与所述水冷铜板(9)顶端平齐，所述耐火层(10)底端抵接在所述水冷铜板(9)连接部顶端面，所述第一水冷出口(14)沿径向凸出于所述水冷铜板(9)侧壁面并穿过所述耐火层(10)向外延伸。
4.根据权利要求1所述的一种高氮钢冶炼装置，其特征在于，所述水冷底板(12)内部开设有第二水冷通道，所述水冷底板(12)边缘侧壁面对称开设有第二水冷入口(24)和第二水冷出口(25)，所述第二水冷入口(24)、所述第二水冷出口(25)分别连通所述第二水冷通道的两端。
5.根据权利要求1所述的一种高氮钢冶炼装置，其特征在于，所述楔形耐火板(21)与所述水冷铜板(9)数量相同，所述楔形耐火板(21)靠近所述铸造腔(22)一侧的周向厚度小于其远离所述铸造腔(22)一侧的周向厚度。
6.根据权利要求1所述的一种高氮钢冶炼装置，其特征在于，所述炉体(8)侧壁开设有真空抽气口(16)和加压进气口(17)，所述真空抽气口(16)与真空泵连通，所述加压进气口(17)与加压装置连通。
7.根据权利要求1所述的一种高氮钢冶炼装置，其特征在于，所述铸造腔(22)中心沿轴向设有铸锭吊环(20)，所述铸锭吊环(20)顶端可拆卸连接有升降装置(4)，所述升降装置(4)远离所述铸锭吊环(20)的一端向上延伸并穿过所述炉盖(5)。
8.根据权利要求1所述的一种高氮钢冶炼装置，其特征在于，所述炉盖(5)呈拱形且其底端沿径向凸出有第一法兰盘，所述炉体(8)顶端沿径向凸出有第二法兰盘，所述第一法兰盘和所述第二法兰盘通过螺栓(6)密封连接且其连接处设有密封垫(7)，所述炉盖(5)顶面中心固定连接有炉盖吊环(3)，所述炉盖(5)顶面开设有与所述炉腔(23)内部连通的放散阀(1)和压力表(2)。
9.根据权利要求1所述的一种高氮钢冶炼装置，其特征在于，所述电磁搅拌器(11)为采用克兰姆绕组且内嵌铜管冷却的环形结构，所述电磁搅拌器(11)与电控柜电连接。
10.一种高氮钢冶炼方法，使用权利要求1-9任一项所述的高氮钢冶炼装置，包括以下步骤：
S1：计算所需的冶炼钢重量，称量并加入所述熔炼坩埚(15)中，计算所需氮化合金重量，称量并放入所述加料斗(19)中，将所需冶炼钢质量1％-5％的所述冷钢颗粒加入所述铸造腔(22)中；
S2：在所述炉腔(23)内开始抽真空至真空度在10Pa以下，停止抽真空，在所述炉腔(23)内充氮气至常压，再次开始抽真空至真空度在10Pa以下，调节所述水冷感应线圈(18)的中频磁场频率为2500Hz-10000Hz并对所述熔炼坩埚(15)进行加热，当所述熔炼坩埚(15)内温度到1200℃-1300℃时，停止抽真空，在所述炉腔(23)内通入氮气加压至0.1MPa-1.5MPa，继续加热，当所述熔炼坩埚(15)内原料熔清后，转动所述加料斗(19)将氮化合金加入所述熔炼坩埚(15)，直到所有原料都熔化完毕；
S3：熔炼完毕后，在所述水冷铜板(9)和所述水冷底板(12)内通入冷却水，同时打开所述电磁搅拌器(11)，使其处于工作状态；
S4：保证所述炉腔(23)内氮气压力值不下降，缓慢转动所述熔炼坩埚(15)，对准所述铸造腔(22)开口上方进行浇铸，调节所述电磁搅拌器(11)的磁感应强度为0.005T-0.08T，控制钢液流动速度为0.1m/s-0.15m/s，当钢液全部凝固后关闭所述电磁搅拌器(11)；
S5：高氮钢冷却后，释放所述炉腔(23)内的高压氮气，打开所述炉盖(5)，吊起高氮钢铸锭，然后重新开展下一周期高氮钢的冶炼。
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