[发明专利]一种增氮析氮法去除钢液中显微非金属夹杂物的方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及一种钢液中夹杂物去除技术，具体是一种增氮析氮法去除钢液中显微非金属夹杂物的方法，可显著促进钢液中显微夹杂物的去除，提高钢水洁净度。 

背景技术

钢中夹杂物常常对钢材性能产生危害，尽管近年来冶金技术进步迅速，钢材洁净度已有快速进步，但钢中夹杂物的控制还常常不能完全满足高品质钢材的要求，尤其是钢中尺寸细小(≤10μm)的显微夹杂物控制，一直是部分高品质钢材生产的难点。 

大量研究表明，通过钢包底吹元件向钢液吹入惰性氩气，可实现对钢液的搅拌，促进钢液成分和温度的均匀化，同时也可促进夹杂物的碰撞长大，从而促进夹杂物的上浮。吹入的氩气在钢液中形成气泡，也可在气泡表面粘附钢中夹杂物，促进夹杂物的上浮。但由于通过钢包底吹元件吹入气体在钢液中形成的气泡尺寸较大，一般大于5mm，通过气泡直接粘附夹杂物去除的效果并不明显。 

专利“一种在中间包钢液中产生弥散微小气泡的方法”(CN1456405)，表明钢中弥散微小气泡粘附夹杂物的几率高，可显著促进钢中夹杂物、特别是显微夹杂物的去除。一些文献研究也表明钢液中弥散微小气泡可显著促进夹杂物的去除。 

但在钢液中形成弥散微小气泡较为困难，本发明通过在钢液中溶解大量的氮；再在真空条件下使钢中氮析出，由于钢中夹杂物可作为氮气析出时非均质形核的核心，氮气优先在夹杂物表面形成微小气泡；该气泡和夹杂物一起上浮，并在上浮过程中进一步捕捉其他夹杂物，从而促进夹杂物的上浮去除。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种增氮析氮法去除钢液中显微非金属夹杂物的方法，以解决现有技术在钢液中形成弥散小气泡较为困难的问题。 

为了解决上述技术问题，本发明公开一种增氮析氮法去除钢液中显微非金属夹杂物的方法，包括：向钢液中通入可溶性气体N₂，或使钢液处于氮分压较高的环境，使钢液中氮含量增高；然后在真空条件下，使钢液中氮气以显微非金属夹杂物为核析出，形成气泡；气泡携带该夹杂物上浮，并在上浮过程中不断捕捉细小夹杂物，显著促进钢中显微非金属夹杂物的去除。 

具体工艺步骤为： 

步骤1.在吹氩站、或CAS处理站、或RH处理站、或VD、或VOD处理工位向钢液通入氮气，或在VD、VOD处理工位向真空罐通入氮气，使氮气溶解于钢液，钢液中氮含量显著增高，钢液中氮含量大于100×10^-6。 

步骤2.在真空处理工位，包括RH处理、VD或VOD处理工位，对钢液进行真空处理，使RH真空室真空度低于120Pa，VD和VOD真空室真空度最终小于100Pa，使钢液中氮气以钢中显微夹杂物为核析出，形成大量弥散微小气泡，促进钢中显微夹杂物上浮。 

更详细技术方案为： 

(1)增氮处理 

钢液增氮处理方法包括直接通过钢包底吹装置向钢包中钢液吹入氮气、通过RH浸渍管向钢液中吹入氮气、或将装有钢液的钢包放置在真空罐或其他密封罐中并向罐中充入氮气，使钢液显著增氮。 

钢包底吹氮气时，供氮压力大于钢包底部钢水静压力和钢水上部气氛压力的总和，一般为(2-4)×10⁵Pa，流量为100L/min-1000L/min。 

通过RH浸渍管向钢液吹入氮气时，供气流量范围较宽，可设置为500L/min-5000L/min。 

在VD或VOD处理工位进行增氮操作时，可通过在钢包底部的底吹装置增氮，供气流量一般为100L/min-1000L/min；如出现钢包渣从钢包溢出，需降低供气流量；也可通过向罐内通入氮气，使罐内氮气压力大于0.2×10⁵Pa； 也可同时结合底部供气和罐内充气，使钢液增氮。 

增氮时间大于10分钟。确保钢中氮含量较高，大于100×10^-6，以备后续真空析氮处理时能快速产生大量气泡。 

(2)析氮处理 

钢液增氮处理是将已增氮处理的钢液置于真空条件下进行真空析氮处理，包括采用RH、VD、VOD进行真空处理。真空处理时须迅速抽真空、使真空室和真空罐的真空度尽快达到极限真空，以便氮气自钢液内部以夹杂物为核心析出；如果抽真空速度太慢，氮气有可能只从钢液表面析出，此种状况对夹杂物去除没有促进作用。真空析氮处理时，RH真空室极限真空度应低于120Pa，VD和VOD真空室极限真空度应小于100Pa。 

VD和VOD真空处理时，如果气泡析出过于迅速，可适当调高真空罐压力，降低气体析出速度，防止溢渣。