[发明专利]一种加压电渣重熔用高氮钢自耗电极及其制备方法

说明书

本发明一方面提供一种加压电渣重熔高氮钢用自耗电极，包括自耗电极母材和至少两个嵌入自耗电极母材内部的包芯管；包芯管包括铁管和填充于铁管内的氮化合金，包芯管的第一端位于自耗电极母材插入渣池的一端，包芯管的第二端位于自耗电极母材远离渣池的一端。避免了电渣重熔过程中氮化合金的渗漏，改善了重熔钢锭心部到边部的成分分布。本发明另一方面提供一种加压电渣重熔高氮钢用自耗电极的制备方法，避免了焊接带来钢液增氧的发生，并且制备工艺简单、成本低。

技术领域

本发明涉及高氮钢的冶炼技术领域，尤其涉及一种加压电渣重熔用高氮钢自耗电极及其制备方法。

背景技术

高氮钢是指材料中的实际氮含量超过了常压下制备材料所能达到极限值的钢。氮作为钢中的间隙原子元素，通过与其它合金元素(锰、铬、钼、钒、铌和钛等)的协同作用，能改善钢的多种性能，例如氮可以有效提高钢的强度、硬度和耐腐蚀性能，尤其是提高钢的耐晶界腐蚀性。由于高氮钢具有优异的性能和可观的应用前景，目前，实现高氮钢生产过程中氮含量分布均匀，实现高氮钢中氮含量的精准控制，研究低成本大批量稳定地制备高氮钢的设备和工艺技术已成为该领域最前沿的研究方向之一。

加压电渣重熔工艺能够有效避免高氮钢生产过程中因氮含量较高引起的疏松、缩孔等问题，同时能有效的提高氮在钢中的均匀度，减少氮偏析程度。该工艺不仅仅能实现快速凝固，同时可以显著降低钢中的夹杂物，改善其在组织中的分布，从而实现提高材料的强度、韧性和耐腐蚀性。加压电渣重熔工艺通过控制自耗电极的熔化速率等手段来改善重熔钢锭的凝固组织和偏析分布，这一优点是其他特种冶金技术所无法实现的，因此加压电渣重熔工艺是目前商业上生产高氮钢的有效方法。

氮合金化技术是加压电渣重熔的核心技术之一。传统工艺中，添加剂多在重熔过程中分多个批次依次人工加入，例如德国研制的加压电渣炉上设有合金添加装置，可以在保持炉内压力条件下，向渣中添加氮化合金颗粒，如Si₃N₄(25-30％N)、FeCrN(8-10％N)和CrN(4-12％N)等以实现高氮钢的生产，而自耗电极采用常规方法制备。其中采用Si₃N₄进行氮合金化，容易使钢中Si含量超标，在高压下熔炼，在渣中添加氮化物时也会因形成氮气而使渣沸腾，扰乱了熔炼过程，使重熔钢锭中氮含量分布不均匀，为此就需要再次重熔改善氮的均匀性。另一种添加剂加入方法是在自耗电极母材周围焊接多个合金管，合金管内装入合金添加剂和脱氧剂，这种方法易造成重熔钢锭心部到边部成分不均匀，并且焊接部位造成钢液增氧，及焊接造成的其他成分污染；同时，自耗电极制备过程复杂且工作量大，电极直径增加也使电极与结晶器之间的间隙减小影响安全操作，难以实现工业化生产。

因此，亟需一种加压电渣重熔用高氮钢自耗电极及其制备方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术中存在的问题，本发明至少从一定程度上进行解决。为此，本发明的一个目的在于提出了一种加压电渣重熔高氮钢用自耗电极，避免了电渣重熔过程中氮化合金的渗漏，改善了重熔钢锭心部到边部的成分分布。

本发明的第二个目的在于提出了一种加压电渣重熔高氮钢用自耗电极的制备方法，避免了焊接带来钢液增氧的发生，并且制备工艺简单、成本低。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明一方面提供一种加压电渣重熔高氮钢用自耗电极，包括自耗电极母材和至少两个嵌入自耗电极母材内部的包芯管；包芯管包括铁管和填充于铁管内的氮化合金，包芯管的第一端位于自耗电极母材插入渣池的一端，包芯管的第二端位于自耗电极母材远离渣池的一端。

进一步地，自耗电极母材为圆柱状，铁管为圆筒状；铁管的轴向平行于自耗电极母材的轴向进行设置，铁管在距离自耗电极母材中心轴预定距离的圆周上均匀分布。

进一步地，预定距离为自耗电极母材直径的1/5～1/3，铁管的直径为自耗电极母材直径的1/6～1/5。