[发明专利]多孔塞、利用该多孔塞的高氮钢制造装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及氮素钢制造装置及方法，尤其涉及一种利用能够交替注入元素周期表的5族元素及惰性气体的多孔塞，提高钢水内部的氮固溶度的多孔塞、利用该多孔塞的高氮钢制造装置及方法。

背景技术

一般而言，极低碳高氮钢是为代替昂贵的镍合金元素，提高耐蚀性而开发的材料，具有能够同时赋予钢铁材料具有的强度及韧性的优点。这种极低碳高氮钢分为奥氏体钢、铁素体钢及马氏体钢，奥氏体钢的氮含量为0.40~0.45wt%左右，铁素体钢及马氏体钢为0.08wt%左右。

就奥氏体极低碳高氮钢而言，炼钢时，钢水内部的氮固溶度最小应为0.45wt%(4500ppm)左右。但是，就Fe系合金而言，在大气压(1atm)下，氮固溶度最大为0.045wt%(450ppm)左右。因此，就用于替代镍的奥氏体钢不锈钢，例如TP300系列而言，为了应用高氮钢材料，必然需要增加钢水内氮含量。

当对氮气加压不足1.8bar时，奥氏体极低碳高氮钢在钢水的凝固中形成δ铁素体初晶相(Primary phase)，在产品加工中，因外部应力(锻造、轧制、加工、热处理等)，引起应变诱导相变，从非磁体转化成顺/铁磁体，耐锈性、耐蚀性及耐腐蚀抵抗性低下。

作为向钢水内注入氮的方法，可以使用在容纳钢水的钢水包(ladle)的下部通过喷嘴注入加压了的氮气的方法。就所述方法而言，通过喷嘴从包底吹入氮气时，因钢水(1500℃)与氮气(沸点159.79℃)间的巨大温度差异及氮的较低的电离度而喷嘴堵塞，存在难以增加钢水内氮固溶度的问题。另外，即使把氮气的温度提高至约10℃并注入钢水内，当注入时间增长时，频繁发生喷嘴堵塞现象，由于钢水的自重，存在难以应用氮气的包底吹入法的问题。

发明内容

为解决如上所述问题，本发明的目的在于提供一种多孔塞、利用该多孔塞的高氮钢制造装置及方法，所述多孔塞是通过把多孔塞安装于钢水包下部，有选择地向钢水内部供应在元素周期表上属于互不相同族(group)的第1气体及第2气体，而能够防止喷嘴的堵塞现象，增加钢水内的氮固溶度。

另外，本发明的另一目的在于提供一种多孔塞、利用该多孔塞的高氮钢制造装置及方法，所述多孔塞是通过在钢水包下部安装多个多孔塞并注入氮气，从而提高氮固溶度，均匀地向钢水内部供应氮气，因而能够在钢锭内减小氮气的偏析率。

为达成所述目的，本发明的多孔塞具备：上部块，其安装于容纳钢水的钢水包，具备开口部；多孔性耐火物，其具备贯通所述上部块的所述开口部、用于向钢水内部引导气体的引导管；下部块，其以包围所述引导管方式连接于所述上部块的下部，把所述上部块固定于所述钢水包，用于支撑所述多孔性耐火物；以及气体吹入构件，其连接于所述引导管，能够通过所述多孔性耐火物，向钢水内部交替供应在元素周期表上属于互不相同族(group)的第1气体及第2气体。

另外，根据本发明的多孔塞，其特征在于，所述下部块具备：耐火物固定装置，其以包围所述引导管的方式位于所述多孔性耐火物的下部，能够固定所述多孔性耐火物；上部块固定装置，其以包围所述耐火物固定装置的方式位于所述上部块的下部，用于支撑安装于所述钢水包的上部块；安装架，其以包围所述引导管的方式位于所述上部块固定装置的下部，能够支撑所述耐火物固定装置；以及板，其以包围所述安装架的方式位于所述上部块固定装置的下部，安装于所述钢水包，从而在气体注入时，能够防止所述上部块的摇动。

另外，根据本发明的多孔塞，其特征在于：所述下部块具备调整键，其以包围所述引导管的方式位于所述上部块的下部，通过调节沿所述引导管供应的气体的压力，能够防止所述多孔性耐火物被钢水堵塞。

另外，根据本发明的多孔塞，其特征在于：所述下部块具备安装块，其以包围所述引导管的方式位于所述上部块的下部，与所述气体吹入构件连接，能够防止气体向所述引导管的侧面流出。

另外，根据本发明的多孔塞，其特征在于：所述气体吹入构件在内侧具备气体吹入口，从而通过所述安装块、所述引导管及所述多孔性耐火物向钢水内部供应气体。

另外，根据本发明的多孔塞，其特征在于：所述第1气体及第2气体分别是氩气及氮气。

为达成所述目的，本发明的高氮钢制造装置具备：容纳钢水的钢水包；多孔塞，其安装于所述钢水包的下部；以及气体供应系统，其能够从所述多孔塞向钢水内部交替供应在元素周期表中属于互不相同族的第1气体及第2气体。