[发明专利]一种含氮钢种的RH脱氢增氮工艺

说明书

技术领域

本发明属于RH精炼技术领域，涉及一种含氮钢种的RH脱氢增氮工艺，它能够在RH精炼过程中既能脱氢，同时也可增氮。

背景技术

通过RH真空精炼手段冶炼高品质含氮钢种，向钢液增氮的方式通常有以下三种：一是真空处理过程中向钢液加入含氮合金，如氮化铬铁、氮化锰铁等；二是真空处理结束后通过喂丝机向钢液喂入含氮丝线，如氮化铬丝、氮化锰丝等；三是真空处理过程中向钢液吹入氮气。

向钢液中加入合金增氮，操作简单方便，但由于真空处理过程中有脱氮趋势，氮的收得率低，氮含量不易控制。氮化铬铁、氮化锰铁一般杂质含量较高，污染钢液。含氮合金价格昂贵，生产成本高。

在真空处理结束后向钢液中喂入丝线，目的是提高氮的收得率，稳定增氮效果。但与加入合金增氮相比，两者并无本质区别。此外，冶炼氮含量较高的钢种时，丝线喂入量较大，喂丝时间过长，喂丝过程中钢包内钢液翻滚剧烈，易引起钢液二次氧化，钢包表面的钢渣也容易卷入钢液造成污染，钢液温降过大不易控制。

在真空处理过程中，将氮气取代氩气作为环流提升气体，不仅为钢液在真空槽内的环流提供了动力源，而且将氮气作为了合金化的原料向钢液增氮。氮气资源丰富、价格低廉，不但大幅度降低含氮钢的生产成本，且操作简便，钢的纯净度高。弥散的氮气泡会大大改善气体氮合金化的动力学条件，使钢液快速增氮。整个生产过程调控手段灵活，是一种理想的增氮方式。

申请（专利）号为CN201110235702.4《一种低成本RH钢水增氮控氮工艺》中介绍了一种将RH炉提升气体设置为氮气，对钢液进行真空处理，以此增氮控氮的方法。但该方法未涉及增氮同时又要脱氢的问题。

根据气体在钢液中溶解的热力学原理，氮在钢液中的溶解遵守Sivert定律。其溶解度的相应表达式为：

………………………………………………………（1）

……………………………（2）

……………………………………………（3）

由式(2)和(3)可计算出，在1atm及温度为1600℃时，氮在纯铁中溶解度或氮的平衡常数K[N]=0.045％(或450ppm)

故式(2)可写为：

………………………………………………（4）

由式(4)可计算出在同一温度1600℃，压力分别为1.000kPa及0.l00kPa时氮的溶解度：

1kPa

0.1kPa

就钢液中的溶解氮而言，与氢相同，其溶解度也遵守Sivert定律，相应的表达式为：

………………………………………………………………………（5）

…………………………………………………（6）

……………………………………………………………（7）

……………………………………………………………（8）

式(6)即为sivert定律，由该定律可定量确定在不同温度和压力下钢中的氢含量。例如，在温度为1600℃、1atm条件下，由上式(7)、(8)可算出氢的溶解度为0.00268％(即27ppm)。由此在1600℃，式(7)也可改写为：

……………………………（9）

由式(9)可计算出在同一温度1600℃，压力分别为1.000kPa及0.l00kPa时氮的溶解度：

1kPa：[%H]=2.66ppm

0.1kPa：[%H]=0.27ppm

下表为1600℃，不同压力条件下，氮、氢在钢液中的溶解度。

表11600℃，不同压力条件下，氮、氢在钢液中的溶解度