[发明专利]高真空感应炉冶炼含氮钢增氮方法无效
申请号: | 200810079428.4 | 申请日: | 2008-09-19 |
公开(公告)号: | CN101372721A | 公开(公告)日: | 2009-02-25 |
发明(设计)人: | 赵鸿燕 | 申请(专利权)人: | 山西太钢不锈钢股份有限公司 |
主分类号: | C21C7/00 | 分类号: | C21C7/00 |
代理公司: | 太原市科瑞达专利代理有限公司 | 代理人: | 刘宝贤 |
地址: | 03000*** | 国省代码: | 山西;14 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 真空 感应炉 冶炼 含氮钢增氮 方法 | ||
技术领域
本发明涉及一种高真空感应炉冶炼含氮钢增氮方法,即高真空感应炉通过熔炼后期向炉内充入保护气后添加增氮合金冶炼含氮钢的方法。
背景技术
氮元素由于产生固溶强化作用,不仅可以提高钢材强度,提高耐磨性等,而且能改善其耐蚀性,所以不锈钢、取向硅钢、结构钢甚至一些新型工模具钢中也加入少量氮,以改善其性能。高真空感应炉由于真空度较高,氮分压非常低,冶炼含氮不锈钢和其它含氮钢种难度大。目前冶炼含氮钢的主要方法有气相渗氮和加入增氮合金两种方法。真空感应炉由于无顶吹、底吹系统,所以气相渗氮方法目前不适用。另一种方法是真空感应炉充氩气冶炼然后加入增氮合金,氮不能稳定回收,平均回收率在80%以下,且存在成分不易精确控制、加增氮合金后熔炼时间不宜过长等缺点。
发明内容
本发明目的是为克服上述现有技术的不足,提供一种钢水氧化程度小、氮回收率高而且稳定的高真空感应炉冶炼含氮钢增氮方法。
本发明在高真空感应炉冶炼含氮钢时根据钢中氮含量溶解原理,创造有利于增氮的工艺因素,在高真感应炉精炼后期充入氮气,提高钢中氮饱和溶解度高于氮控制含量上限值,控制合适的熔炼温度,加入氮化铬铁、氮化硅铁等增氮合金增氮,加增氮合金后的熔炼时间不受限制,使增氮合金充分熔化,氮完全溶解到钢中,不发生真空下氮溢出。在氮气氛下出钢浇铸,达到精确、低成本的增氮目的。
本发明方法是:
(1)装料:把清洁干燥的废钢或纯铁、铁合金装入高真空感应炉;并按钢中氮含量要求计算出所需增氮合金重量;
(2)合炉抽真空:合炉抽真空约15分钟后,当炉内压强<10Pa时,送电加热炉料;
(3)炉料熔化:熔化速度≤1/2炉最大容量/小时;
(4)精炼:真空度≤0.5Pa,在高真空下进行碳氧反应,充分脱除钢中氧;
(5)充气:向炉内充入氮气,充氮压力与一个大气压的比值PN2按下式计算:
lgPN2=2×(lg[%N]-lgKN+lgfN)
式中:KN为氮溶解反应平衡常数,fN为氮的活度系数,无量纲;[%N]为氮在钢中溶解度;KN、fN、[%N]根据冶炼钢种成分、温度等的不同,查相关文献得出;
(6)合金化:在充氮气保护气氛下,调整氮成分之外的其它成分符合冶炼钢种要求后,按计算出的增氮合金量加入氮化铬铁、氮化锰铁或其它增氮合金;
(7)出钢浇注:采用直接浇注方式。
本发明中的含氮钢指控制钢中氮含量大于一定数值或控制一定范围的钢铁材料。高真空感应炉所用氮气的纯度≥99%,氮气含氧量小于0.1%。增氮合金采用符合国家标准的氮化锰铁和氮化铬铁,或其它增氮合金。
炉料在熔化过程中由于真空的作用可以去除一部分气体、高蒸气压的微量有害元素和硫等。为使炉料在熔化过程中充分去气和熔化正常,不发生大喷溅,以保证炉内高的真空度,一般控制熔化速度≤1/2炉最大容量/小时。
在计算充氮压力与一个大气压的比值PN2时,钢液中氮的溶解过程可表示为1/2N2=[%N],取氮溶于钢液中浓度1%为标准态,可得[%N]=KN*PN21/2/fN,因此lg[%N]=lg KN-lgfN+1/2lg PN2。
出钢浇注时为避免注温下降和氧化膜混入注流中,通常采用带电浇注。
根据不同钢种成分和氮含量要求,计算出氮在钢中活度系数和熔炼温度下氮的饱和溶解度,根据目标氮含量确定充氮气压力和增氮合金加入量,使氮饱和溶解度高于目标氮含量,则氮回收率可达96%以上。
本发明适用于要求氮含量大于一定数值或控制范围的钢种冶炼。本发明通过选择合适的充氮气压力,可提高氮的饱和溶解度,并采用合适的浇注温度,使增氮合金充分溶解进入钢中,氮回收率较高,成份控制精确。
具体实施方式
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