CN1389575A - Aod炉用氮气进行氮合金化工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种AOD炉用氮气进行氮合金化工艺,该工艺包括下列两个步骤:(1)氮气在不锈钢中的溶解过程,即在整个冶炼过程吹Ar气前一直往AOD炉中吹入N2气进行冶炼,使N2气在不锈钢中达到饱和;(2)一部分氮原子的脱除过程,即应用氩气气泡精炼理论,脱除一部分氮含量,使钢中溶解的氮含量达到钢种要求的范围之内,也就是根据钢种不同在出钢前往AOD炉中吹入不同时间的Ar气。本发明应用氮气在不锈钢中溶解与脱除理论,调节N2、Ar气吹入量,生产含氮不锈钢,代替原氮化合金增氮的工艺,实现了AOD炉简便、灵活的控制氮含量工艺,降低了含氮不锈钢的生产成本,并且其工艺移植性强。
Description
技术领域
本发明涉及AOD炉冶炼含氮不锈钢过程中的氮合金化工艺。
背景技术
氮在奥氏体、奥氏体-铁素体等不锈钢钢种中可以作为有益元素加入,可以改善钢的耐蚀性能、机械性能。国内外的标准中含氮不锈钢有1Cr17Mn6Ni5N、1Cr18Mn8Ni5N、1Cr18Mn10Ni5Mo3N、0Cr19Ni9N、00Cr18Ni10N、0Cr19Ni10NbN、0Cr17Ni12Mo2N、00Cr17Ni13Mo2N、00Cr22Ni5Mo3N等钢种,具有广阔的使用市场。AOD炉是主要的不锈钢冶炼设备,世界上大约70%的不锈钢是通过AOD炉冶炼的,而在AOD炉中冶炼含氮不锈钢时,目前是使用氮化合金如Fe-Mn-N、Fe-Cr-N进行氮元素合金化的,这些合金价格较贵,如Fe-Cr-N4价格约在24500元/吨,同时,使用这些合金,对冶炼的要求较高,如冶炼中必须有较高的温度等,给冶炼操作带来困难。
发明内容
本发明的目的旨在克服上述缺点,提供一种AOD炉用氮气进行氮合金化工艺。此工艺是在AOD炉冶炼含氮不锈钢时,应用N2在不锈钢中溶解、脱除的理论,调节N2、Ar气吹入量,生产含氮不锈钢,代替原氮化合金增氮的工艺,从而实现AOD炉简便、灵活的控制氮含量工艺,降低含氮不锈钢的生产成本。
本发明采用的解决方案是:一种AOD炉用氮气进行氮合金化工艺,其特征在于:该工艺包括下列两个步骤:(1)氮气在不锈钢中的溶解过程,即在整个冶炼过程吹Ar气前一直往AOD炉中吹入N2气进行冶炼,使N2气在不锈钢中达到饱和;(2)一部分氮原子的脱除过程,即应用氩气气泡精炼理论,脱除一部分氮含量,使钢中溶解的氮含量达到钢种要求的范围之内,也就是根据钢种不同在出钢前往AOD炉中吹入不同时间的Ar气,吹Ar气的时间由下述方法确定:根据不锈钢中氮溶解度公式log[%N]B=-188/T-1.25-∑ej N[%j]+1/2logPN2和不锈钢吹氩脱除氮含量公式VAr=8×f×kN 2×PN2×(1/[%N]-1/[%N]B)
式中T----K氏温度;
ej N----溶解在不锈钢中的j元素对氮活度的作用系数;
[%j]----溶解在不锈钢中的j元素百分含量,单位%
f----修正系数,实际取1.1~1.3;
VAr---吨钢消耗氩气量,单位m3/t;
kN----氮的脱除反应平衡常数;
PN2---氮在大气中的分压;
[%N]----最终产品的氮含量;
[%N]B----氮在该钢种中一定温度下的溶解度值;计算出一定含氮量的含氮不锈钢冶炼中需吹入的Ar气量,再根据AOD炉实际精炼Ar气流量,算出吹Ar时间。
AOD炉冶炼含氮不锈钢总的冶炼工艺如下:
(1)氧化期用N2、O2气吹炼。氧化期调整钢中Cr、Mn、Ni成分,成分达到控制值范围。
(2)氧化期后纯吹气搅拌按≥5分钟控制。
(3)予还原时间≥6分钟。
(4)予还原后冶炼1~3分钟后出钢。
控制钢中氮含量实际上是要控制冶炼过程中N2、Ar气吹入量。氧化期后根据计算的吹Ar时间,使实际冶炼中出钢前的吹Ar时间(实际吹Ar量与计算吹Ar量一至)与其相同,在预计的时间把N2切换Ar进行冶炼,如40吨AOD冶炼0Cr19Ni9N时,计算吹Ar流量1000m3/h,吹Ar时间3~5分钟,可以控制钢中氮含量为1000~1300pmm,那么实际冶炼中由上面总的冶炼过程描述推得,N2、Ar气切换时间在予还原进行5分钟后(实际予还原时间按6分钟控制的情况下),实际冶炼中吹Ar流量是1000m3/h,时间是3~4分钟(予还原期吹1分钟,出钢前吹3分钟)。
与现有技术相比,本发明具有如下优点:
1、由于本发明是根据N2在不锈钢中溶解、脱除的原理,用N2气代替氮化合金进行含氮不锈钢冶炼过程中的氮合金化,而N2气的价格与这些氮化合金的价格相比低很多,所以本发明可以显著地降低含氮不锈钢的生产成本。
2、用N2气进行氮合金化工艺要求简单且容易控制钢中氮含量。
具体实施方式
实施例一:用40吨AOD炉冶炼钢种为1Cr17Mn6Ni5N的含氮不锈钢,其成分要求如下:
成分 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | N |
成品 | 0.075 | 0.38 | 6.5 | 0.029 | 0.006 | 17.28 | 4.80 | 0.122 |
冶炼温度预计在1610℃(即1923K),那么应用模型先计算出:
(1)氮在钢中的饱和度值:
即:log[%N]B=-188/T-1.25-∑ej N[%j]+1/2logPN2
=-188/1883-1.25-(3280/1883-0.75)×(0.13
×0.075+0.047×0.38+0.01×4.8-0.01×0.025
-0.025×6.5-0.045×17.28)+1/2lg0.78
=-0.5461
即1610℃时钢中氮含量饱和度为0.2844%。
(2)计算吹Ar时间
控制钢中氮含量为0.12%,吹Ar流量为1000m3/h时的吹Ar时间计算如下:
VAr=8×f×kN 2×PN2×(1/[%N]-1/[%N]B) (logkN=-634/T-1.06)
=8×1.1×0.04×(1/0.12-1/0.2844)
=1.70m3/t
40吨AOD炉出钢量是39吨,出钢前吹Ar流量是1000m3/h,所以出钢前吹Ar时间计算如下:
所以出钢前吹Ar时间=1.70×39÷(1000÷60)
=3.98分钟
即要达到钢中氮含量为0.12%,出钢前吹Ar流量是1000m3/h时的吹Ar时间为3.98分钟。
用40吨AOD炉冶炼钢种为1Cr17Mn6Ni5N的含氮不锈钢的氮合金化工艺是:(1)氮气在不锈钢中的溶解过程,即吹Ar气前一直往AOD炉中吹入N2气进行冶炼,使N2气在不锈钢中达到饱和;(2)一部分氮原子的脱除过程,使钢中的氮含量为0.12%,即在出钢前往AOD炉中吹4分钟Ar气。
用40吨AOD炉冶炼钢种为1Cr17Mn6Ni5N的含氮不锈钢的总的冶炼过程如下:
炉号YCD05321;钢种:1Cr17Mn6Ni5N;40吨AOD;C#30次。
时间 操作内容
17:31 兑钢,测温1473℃。
17:35 O2∶N2=0∶800m3/h,
17:42 O2∶N2=1500∶500m3/h,加HFeCr800公斤,JFeMn200
公斤。
18:19 MgO粉200公斤,CaO600公斤,Ni250公斤。
测温1683℃。
18:20 O2∶N2=800∶1200m3/h。
18:31 加Fe-Mn1200公斤。
O2∶N2=600∶1200m3/h。
18:41 测温1660℃
18:42 加J-Mn1000公斤,中-Mn500公斤,加FeSi(75%)
400公斤,CaO350公斤,Al一条。纯吹N21500m3/h,
测温1666℃。
O2∶N2=1010∶1000m3/h,测温1690℃。
18:49 纯吹N2970m3/h
18:52 扒渣95%。加CaO650公斤。
19:00 纯吹N21024m3/h。
19:01 测温1655℃
19:02 纯吹Ar894m3/h(吹4)。
19:06 出钢,包中温度1618℃。
YCD05321冶炼过程成分%
成分 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | N |
电炉 | 2.10 | 0.26 | 2.84 | 0.029 | 0.014 | 17.68 | 4.18 | |
兑钢 | 1.97 | 0.19 | 2.42 | 0.029 | 0.013 | 17.34 | 4.07 | |
予还原 | 0.07 | 0.45 | 6.35 | 0.028 | 0.013 | 17.21 | 4.70 | |
成品 | 0.075 | 0.38 | 6.5 | 0.029 | 0.006 | 17.28 | 4.80 | 0.122 |
实施例二:用18吨AOD炉冶炼钢种为00Cr22Ni5Mo3N的含氮不锈钢。首先根据不锈钢中氮溶解度公式log[%N]B=-188/T-1.25-∑ej N[%j]+1/2logPN2和不锈钢吹氩脱除氮含量公式VAr=8×f×kN 2×PN2×(1/[%N]-1/[%N]B)计算出冶炼中需吹入的Ar气量,再根据18吨AOD炉实际冶炼中吹Ar气的流量,得出吹Ar时间,计算方法同实施例一。本实施例在出钢前的吹Ar时间为5分钟。
用18吨AOD炉冶炼钢种为00Cr22Ni5Mo3N的含氮不锈钢的氮合金化工艺是:(1)氮气在不锈钢中的溶解过程,即吹Ar气前一直往AOD炉中吹入N2气进行冶炼,使N2气在不锈钢中达到饱和;(2)一部分氮原子的脱除过程,使钢中的氮含量为0.158%,即在出钢前往AOD炉中吹5分钟Ar气。
用18吨AOD炉冶炼钢种为00Cr22Ni5Mo3N的含氮不锈钢的总的冶炼过程如下:
炉号YD93002;钢种:00Cr22Ni5Mo3N;18吨AOD;B#15次。
时间 操作内容
12:01 兑钢,O2∶N2=0∶400,测温1548℃,未扒渣。
12:06 O2∶N2=725∶244,加HFeCr300公斤,Fe-Mo50
公斤,HFeMn260公斤。
12:48 测温1698℃。
12:50 O2∶N2=401∶598。
13:15 测温1742℃。
13:17 O2∶N2=219∶601。13:32 纯吹N2601m3/h。13:35 测温1740℃,纯吹N2601m3/h 6分钟,测温1704℃
还原,加FeSi(75%)320公斤,CaO300公斤、
AL25公斤。13:47 回炉,纯吹N2485m3/h。13:51 停吹,测温1660℃,扒渣90%,加CaO300公斤、
CaF230公斤,分析试样。13:58 纯吹Ar490m3/h(吹2‘30“)。14:01 测温1609℃,加微碳Fe-Cr100公斤。14:11 纯吹Ar476m3/h(吹2‘30“)。出钢,包中温度1586℃。
(总吹Ar5)
YD93002冶炼过程成分%
成分 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Mo | N |
电炉 | 1.60 | 0.29 | 0.51 | 0.026 | 0.025 | 21.27 | 4.78 | 2.10 | |
兑钢 | 1.61 | 0.25 | 0.57 | 0.025 | 0.023 | 21.43 | 4.71 | 2.73 | |
予还原 | 0.023 | 0.56 | 1.20 | 0.036 | 0.020 | 21.73 | 4.79 | 2.88 | |
成品 | 0.025 | 0.49 | 1.32 | 0.035 | 0.014 | 21.99 | 4.79 | 2.88 | 0.1580 |
实施例三:用18吨AOD炉冶炼钢种为0Cr19Ni9N的含氮不锈钢。首先根据不锈钢中氮溶解度公式log[%N]B=-188/T-1.25-∑ej N[%j]+1/2logPN2和不锈钢吹氩脱除氮含量公式VAr=8×f×kN 2×PN2×(1/[%N]-1/[%N]B)计算出冶炼中需吹入的Ar气量,再根据18吨AOD炉实际冶炼中吹Ar气的流量,得出吹Ar时间,计算方法同实施例一。本实施例在出钢前的吹Ar时间为3分钟。
用18吨AOD炉冶炼钢种为0Cr19Ni9N的含氮不锈钢的氮合金化工艺是:(1)氮气在不锈钢中的溶解过程,即吹Ar气前一直往AOD炉中吹入N2气进行冶炼,使N2气在不锈钢中达到饱和;(2)一部分氮原子的脱除过程,使钢中的氮含量为0.12%,即在出钢前往AOD炉中吹3分钟Ar气。
用18吨AOD炉冶炼钢种为0Cr19Ni9N的含氮不锈钢的总的冶炼过程如下:
炉号YD92227;钢种:0Cr19Ni9N;18吨AOD;B#11次。
时间 操作内容
17:45 兑钢,O2∶N2=/∶400,测温1561℃。
17:47 未扒渣,O2∶N2=769∶192。
18:09 加HFeCr357公斤,Ni板100公斤,HFeMn260公
斤。
18:17 测温1627℃。
18:18 O2∶N2=760∶190。
18:24 O2∶N2=480∶482。
18:42 测温1726℃。
18:43 加FeSi(75%)370公斤,CaO350公斤、CaF230
公斤。
18:44 回炉,纯吹N2480m3/h。
18:47 停吹,测温1668℃,扒渣90%,加CaO350公斤、
CaF230公斤,分析试样。
18:55 测温1629℃。
19:01 纯吹Ar480m3/h(吹3’)。
19:04 补Ni板60公斤。出钢,包中温度1574℃。
YD92217冶炼过程成分%
成分 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | N |
电炉 | 1.49 | 0.30 | 0.42 | 0.021 | 0.025 | 17.29 | 8.40 | |
兑钢 | 1.57 | 0.21 | 0.50 | 0.021 | 0.022 | 17.72 | 8.20 | |
成品 | 0.048 | 0.78 | 1.35 | 0.023 | 0.008 | 18.48 | 8.94 | 0.1237 |
Claims (1)
1、一种AOD炉用氮气进行氮合金化工艺,其特征在于:该工艺包括下列两个步骤:(1)氮气在不锈钢中的溶解过程,即在整个冶炼过程吹Ar气前一直往AOD炉中吹入N2气进行冶炼,使N2气在不锈钢中达到饱和;(2)一部分氮原子的脱除过程,即应用氩气气泡精炼理论,脱除一部分氮含量,使钢中溶解的氮含量达到钢种要求的范围之内,也就是根据钢种不同在出钢前往AOD炉中吹入不同时间的Ar气,吹Ar气的时间由下述方法确定:根据不锈钢中氮溶解度公式log[%N]B=-188/T-1.25-∑ej N[%j]+1/2logPN2和不锈钢吹氩脱除氮含量公式VAr=8×f×kN 2×PN2×(1/[%N]-1/[%N]B)
式中T----K氏温度;
ej N----溶解在不锈钢中的j元素对氮活度的作用系数;
[%j]----溶解在不锈钢中的j元素百分含量,单位%
f----修正系数,实际取1.1~1.3;
VAr---吨钢消耗氩气量,单位m3/t;
kN----氮的脱除反应平衡常数;
PN2---氮在大气中的分压;
[%N]----最终产品的氮含量;
[%N]B----氮在该钢种中一定温度下的溶解度值;计算出一定含氮量的含氮不锈钢冶炼中需吹入的Ar气量,再根据AOD炉实际精炼Ar气流量,算出吹Ar时间。
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CN 02135251 CN1389575A (zh) | 2002-07-03 | 2002-07-03 | Aod炉用氮气进行氮合金化工艺 |
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- 2002-07-03 CN CN 02135251 patent/CN1389575A/zh active Pending
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