專利名稱：一種不銹鋼的增氮方法
技術領域：
本發明涉及一種不銹鋼的增氮方法。
背景技術：
氮作為合金化元素加入鋼中能起穩定 奧氏體，改善鋼的力學性能和耐蝕性等作用。為此，部分不銹鋼將鋼中氮含量增至O. 20%以上。用廉價的氮氣替代氮化錳或氮化鉻等氮化合金進行氮合金化，可降低生產成本，減少氮化合金中的雜質帶來的污染。目前，在生產控氮不銹鋼時，不同精煉爐有各自的優劣勢
在K-OBM-S和AOD爐生產控氮不銹鋼時，對控制鋼中氮含量具有一定的優勢，但將鋼中碳含量脫到O. 015%以下有一定難度，尤其是雙相不銹鋼，冶煉周期比碳含量大于O. 02%鋼種高出一倍多，不但影響爐襯壽命而且還影響產能；在VOD精煉爐可將鋼中碳含量脫到O. 015%以下、氫含量脫到O. 00025%以下，但是鋼中氮含量在脫碳和脫氫的同時也被脫至300ppm左右，不能滿足一些低碳或低氫鋼種對氮含量的要求，還需要增氮，但僅憑VOD精煉爐處理結束后的溫度，將鋼中氮含量增到O. 20%以上很困難，因長時間增氮鋼液溫度低于液相線溫度會導致鋼液凝固。
發明內容
為解決不銹鋼在增氮方面的問題，本發明提供一種不銹鋼的增氮方法，本發明能使不銹鋼中碳含量控制在O. 003 O. 015%、氫含量控制在O. 00005 O. 00025%、氮含量控制在O. 20%以上。本發明的技術方案是在VOD處理結束和LF精煉爐升溫后，鋼包扣蓋，將氮氣通過鋼包底吹裝置吹入鋼液中增氮。增氮時部分氮氣未被鋼液吸收會浮出液面，若長時間連續增氮，鋼液與渣間及鋼包空間內會充滿氮氣，可起到隔絕空氣阻止鋼液與空氣接觸被二次氧化的作用；另外，用廉價的氮氣替代氮化合金，通過鋼包底吹供氣裝置吹入鋼中氮氣進行氮合金化，可降低生產成本，提高鋼質純凈度，同時還能縮短K-OBM-S和AOD精煉爐冶煉時間，提聞不鎊鋼廣能。本不銹鋼的增氮方法的步驟依次是
第一步、在VOD精煉爐處理結束，用公式(a)求出鋼液需增氮總量 ΣΛΝ，再用公式
(b)計算出在VOD精煉爐最長增氮時間。Σ Λ N = Λ Nv + Λ Nl = [N] - [N]前(a) tM= [T前一(T液 + 20)]/ΛΤ (b)
(a)式中
[N]—鋼種要求達到的氮含量(%)
Δ隊一鋼液在VOD精煉爐增氮量(%)
Δ Nl 一鋼液在LF精煉爐增氮量(%)[N] u—VOD精煉爐增氮前鋼液中氮含量(%)
ΣΔΝ 一達到鋼種要求氮含量鋼液需增氮總量(%)
(b)式中
tM —最長增氮時間(min)
Tw —增氮前鋼液溫度(V )
Ta—液相線溫度(V )
Δ T 一鋼液在增氮過程中的溫降(V Mn )
鋼包扣蓋，用壓強O. 80-1. 2MPa的氮氣通過鋼包底供氣裝置吹入鋼液中進行增氮。為 防止鋼液凝固，增氮后鋼液溫度不低于液相線溫度，在VOD精煉爐處理結束，增氮時間不能超過最長增氮時間tM [見公式(b)]。VOD增氮結束，取樣經化學分析做出在VOD增氮后的
氮含量，求出Λ Νν。第二步、將鋼液吊到LF爐。用公式(a)計算出鋼液在LF精煉爐需增氮量Λ Nl,用公式(c)求出在LF精煉爐增氮時間t，再用公式(d)求出在LF精煉爐增氮前至少需要的溫
度Tl前。ΣΛ N=ANv+ANl= [N]-[Nilfi(a)
Δ Nl = (I. 25XQXtX a )/ff(c)
t = [TL前一( +20)]/ΛΤ(d)
(c)式中
Δ Nl 一鋼液在LF的增氮量(%)
Q 一鋼包底吹總流量(L/min) t 一在LF的增氮時間(min)
W 一鋼液重量(g)、 α —氮在鋼液中的溶解度(%)
(d)式中
Tlw- LF精煉爐增氮前至少需要的溫度 Ta—液相線溫度(V )
Δ T 一鋼液在增氮過程中的溫降(V Mn )。升溫達到增氮所需要的溫度后，鋼包扣蓋，用壓強O. 80-1. 2MPa氮氣通過鋼包底吹供氣裝置吹入鋼液中增氮。對于增氮量大的鋼種，若增氮前鋼液溫度超過1650°C，考慮到鋼包包襯耐材壽命，可用同樣方式在LF精煉爐升溫在不超過1650°C前提下，進行多次升溫增氮，直到達到氮含量要求。鋼液在精煉爐扣蓋增氮，過程溫降按1_3°C /min計算，氮溶解度按75-95%計算；在LF精煉爐弱攪拌前底吹氣體全部用氮氣，弱攪拌時底吹氣體用氬氣。本發明解決了控氮不銹鋼在生產中對碳、氮、氫含量控制的問題，利用VOD精煉爐脫碳和脫氫及LF精煉爐升溫優勢，可使不銹鋼中碳含量控制在O. 015%以下、氫含量控制在O. 00025%以下、氮含量控制在O. 20%以上；用廉價的氮氣替代氮化合金，通過鋼包底吹供氣裝置吹入鋼液中氮氣進行氮合金化，可降低生產成本，提高鋼質純凈度，同時還能縮短K-OBM-S和AOD精煉爐冶煉時間，提高不銹鋼產能。
具體實施例方式下面結合實施例詳細說明不銹鋼的增氮方法的具體實施方式
，但本發明的具體實施方式
不局限于下述的實施例。實施例一
本實施例是在90噸VOD和90噸LF精煉爐上進行組合增氮，鋼包底部裝有2個底吹供氣裝置，單個底吹供氣流量最大為900L/min，鋼種00Cr25Ni7Mo4N，液相線1450°C，成品化學成分要求的質量百分配比
C 彡 O. 03 ；Si ( O. 80 ；Mn ( I. 20 ；P ( O. 035 ；S ( 0. 020 ；Cr 24. 00-26. 00 ；Ni 6.00-8. 00 ；Mo 3. 00-5. 00 ；N 0. 240-0. 320 (鋼種要求達到的氮含量[N]為 O. 290%)；H^O. 00025 ;其余為Fe與不可避免的雜質。VOD精煉爐處理結束，鋼液重量85t，鋼液溫度1565°C，鋼液化學成分質量百分配比
C O. 013 ；Si O. 48 ；Mn O. 60 ；P O. 016 ；S 0. 002 ；Cr 24. 86 ；Ni 7. 29 ； Mo 4. 08 ；N0. 059 (即V0D精煉爐增氮前鋼液中氮含量[N]前為O. 059%)；H O. 00013 ;其余為Fe與不可避免的雜質。第一步、用公式(a)求出鋼液需增氮總量ΣΛ N，再用公式(b)計算出在VOD精煉爐最長增氮時間。ΣΛ N=ANv+ANl= [N]-[Nilfi(a) tM= [T前一(T液 + 20)]/ΛΤ (b)
已知[N] = O. 290%, [N]前=O. 059%, Δ T = I. 2°C /min, Tti= 1565 ，T液=1450°C求得ΣΛ N = Λ Nv +Λ Nl = [Ν]-[Ν]前=O. 290% — O. 059% = O. 231%tM = [Tw— ( ^+20)]/ΛΤ = [1565 一 (1450 + 20)]/l. 2 = 79 (min)
在VOD精煉爐，鋼包扣蓋，通過鋼包2個底吹裝置，吹入壓強O. 83MPa、總流量1800L/min氮氣給鋼液增氮，增氮79min，過程鋼液溫降I. 2V /min，增氮結束鋼液溫度1470°C，鋼液化學成分的質量百分配比為
C O. 013 ；Si O. 46 ；Mn O. 60 ；P O. 016 ；S 0. 002 ；Cr 24. 83 ；Ni 7. 27 ； Mo 4. 08 ；N0. 222 ；H 0. 00016 ;其余為Fe與不可避免的雜質。第二步、用公式(a)計算出鋼液在LF精煉爐增氮量Λ隊，用公式(C)求出在LF精煉爐需要增氮時間t，再用公式(d)求出在LF精煉爐增氮前至少需要的溫度1^。Σ Λ N = Λ Nv + Λ Nl = [N] - [N]前(a)
Δ Nl = (I. 25XQXtX α )/ff(c)
t = [TL前一( +20)]/ΛΤ(d)
已知Σ Λ N = O. 231%, Δ Nv = O. 222% — O. 059% = O. 163%, α = 83%,
Δ T = 2. TC /min, Q = 1800L/min, W = 85XlO6g, Ta= 1450°C求得Λ Nl = Σ Λ N — Λ Nv = O. 231% — O. 163% = O. 068%t = ( Δ NlXW)/(I. 25XQX α )
=(O. 068 X 85 X IO6) / (I. 25 X 1800 X 83) = 31 (min)
Tlw= tX Δ T + (Ta+20) = 31X2. I + (1450 + 20) = 1535 (°C )
將鋼液吊到LF精煉爐，升溫至1535°C，鋼包扣蓋，通過鋼包2個底吹裝置，吹入壓強O. 9MPa、總流量1800L/min的氮氣給鋼液增氮，氮溶解度83%，增氮31min，過程鋼液溫降
2.I0C /min，鋼液溫度1470°C，鋼液化學成分的質量百分配比為
C O. 012 ；Si O. 45 ；Mn O. 60 ；P O. 015 ；S 0. 002 ；Cr 24. 83 ；Ni 7. 27 ； Mo 4. 08 ；N0. 290 ；H 0. 00019 ;其余為Fe與不可避免的雜質。在LF精煉爐弱攪拌前底吹氣體全部用氮氣，弱攪拌鋼包底吹氣體用氬氣，鋼包底吹壓強O. 85MPa，流量分別為60L/min和80L/min，弱攪拌時間8min。實施例二
本實施例是在180噸VOD和180噸LF精煉爐上進行組合增氮，鋼包底部裝有2個底吹供氣裝置，單個底供氣最大流量1500L/min，鋼種S32101，液相線1460°C，成品化學成分要求的質量百分配比
C ^ O. 03 ； Si ^ I. 00 ； Mn 4. 00-6. 00 ； P 彡 O. 040 ; S 彡 O. 030 ；
Cr 21. 00-22. 00 ； Ni I. 35-1. 70 ； Mo O. 10-0. 80 ；
Cu O. 10-0. 80 ； NO. 200-0. 250 (鋼種要求達到的氮含量[N]為 O. 230%)；HS 0. 00025;其余為Fe與不可避免的雜質。VOD處理結束，鋼液重量186t，鋼液溫度1553°C，鋼液化學成分的質量百分配比
C O. 012 ；Si O. 50 ；Mn 4. 56 ；P O. 020 ；S 0. 001 ；Cr 21. 49 ；Ni I. 50 ； Mo 0. 20 ；Cu
0.22 ；N 0. 033(即V0D精煉爐增氮前鋼液中氮含量
[N]前為O. 033%) ；H O. 0001 ;其余為Fe與不可避免的雜質。第一步、用公式(a)求出鋼液需增氮總量Σ Λ N，再用公式(b)計算出在VOD精煉爐最長增氮時間。Σ Λ N = Λ Nv + Λ Nl = [N] - [N]前(a) tM= [T前一(T液 + 20)]/ΛΤ (b)
已知[N] = O. 230%, [N]前=O. 033%, Δ T = I. 1°C /min, Tti= 1553 ，T液=1460°C求得ΣΛ N = Λ Nv + Λ Nl = [Ν]-[Ν]前=O. 230% — O. 033% = O. 197%tM = [Τ 前一( ^+20)]/ΛΤ = [1553 — (1460 + 20)]/1· I = 66 (min)
在VOD精煉爐，鋼包扣蓋，通過鋼包2個底吹裝置，吹入壓強O. 9MPa、總流量2800L/min氮氣給鋼液增氮，增氮66min，過程鋼液溫降I. 1°C /min，增氮結束鋼液溫度1480°C，鋼液化學成分的質量百分配比為
C O. 012 ； Si O. 47 ； Mn 4. 55 ； P O. 020 ； S O. 001 ； Cr 21. 48 ； Ni I. 49 ； Mo O. 20 ； Cu O. 22 ； N O. 127 ； H O. 00015 ；
其余為Fe與不可避免的雜質。第二步、用公式(a)計算出鋼液在LF精煉爐增氮量Λ隊，用公式(C)求出在LF精煉爐需要增氮時間t，再用公式(d)求出在LF精煉爐增氮前至少需要的溫度IYlitjΣΛ N=ANv+ANl= [N]-[N]前(a)
Δ N = (I. 25XQXtX a )/ff(c)
t = [TL前一( +20)]/ΛΤ(d)
已知Σ Λ N = O. 197%, Δ Nv = O. 127% — O. 033% = O. 094%, α = 81%,
Δ T = I. 60C /min, Q = 3000L/min, W = 186XlO6g, Ta= 1460°C求得Λ Nl = Σ Λ N — Λ Nv = O. 197% — O. 094% = O. 103%t = ( Δ NlXW)/(I. 25XQX α )
=(O. 103X 186X IO6)/(I. 25X3000X81) = 63 (min)
Tlw= tX Δ T + (Τ液+20) = 63X1. 6 + (1460 + 20) = 1580 (°C )
將鋼液吊到LF精煉爐，升溫至1580°C，鋼包扣蓋，過鋼包2個底吹裝置，吹入壓強
0.95MPa、總流量3000L/min的氮氣給鋼液增氮，氮溶解度81%，增氮63min，過程鋼液溫降
1.6°C /min，鋼液溫度1480°C，鋼液化學成分的質量百分配比為
C O. Oil ；Si O. 46 ；Mn 4. 55 ；P O. 020 ； S O. 001 ； Cr 21. 48 ；Ni I. 48 ； Mo 0. 20 ；Cu
0.22 ；N 0. 230 ；H 0. 0002 ； 其余為Fe與不可避免的雜質。在LF精煉爐弱攪拌前底吹氣體全部用氮氣，弱攪拌鋼包底吹氣體用氬氣，鋼包底吹壓強O. 90MPa，流量分別為80L/min和100L/min，弱攪拌時間lOmin。本申請文件的溶解度與鋼種中成分有關，若鋼中提高溶解度元素含量高，溶解度就聞
提高溶解度元素=Ti V Nb Cr Ta Al Mn Mo (由強到弱)
降低溶解度元素C O Si P Co Ni S Cu。
權利要求
1.一種不銹鋼的增氮方法，它包括下述依次的步驟 第一步、在VOD精煉爐處理結束，用公式(a)求出鋼液需增氮總量 ΣΛΝ，再用公式(b)計算出在VOD精煉爐最長增氮時間； EAN=ANV+ANL= [N]-[N]前(a) tM= [T前一(T液 + 20)]/ΛΤ(b) (a)式中 [N]—鋼種要求達到的氮含量(%) Δ隊一鋼液在VOD精煉爐增氮量(%) Δ Nl 一鋼液在LF精煉爐增氮量(%) [N] ,j—VOD精煉爐增氮前鋼液中氮含量(%) ΣΔΝ 一達到鋼種要求氮含量鋼液需增氮總量(%) (b)式中 tM —最長增氮時間(min) Tw —增氮前鋼液溫度(V ) Ta—液相線溫度(V ) Δ T 一鋼液在增氮過程中的溫降(V Mn ) 鋼包扣蓋，用壓強O. 80-1. 2MPa的氮氣通過鋼包底供氣裝置吹入鋼液中進行增氮；為防止鋼液凝固，增氮后鋼液溫度不低于液相線溫度，在VOD精煉爐處理結束，增氮時間不能超過最長增氮時間tM ；V0D增氮結束，取樣經化學分析做出在VOD增氮后的氮含量，求出ANv ； 第二步、將鋼液吊到LF爐；用公式(a)計算出鋼液在LF精煉爐需增氮量Λ隊，用公式(c)求出在LF精煉爐增氮時間t，再用公式(d)求出在LF精煉爐增氮前至少需要的溫度IY前； EAN=ANV+ANL= [N]-[N]前(a) Δ Nl = (I. 25XQXtX a )/ff(c) t = [TL前一( +20)]/ΛΤ(d) (c)式中 Δ Nl 一鋼液在LF的增氮量(%) Q 一鋼包底吹總流量(L/min) t 一在LF的增氮時間(min) W 一鋼液重量(g) α —氮在鋼液中的溶解度(%) (d)式中 Tlw- LF精煉爐增氮前至少需要的溫度 Ta—液相線溫度(V ) Δ T 一鋼液在增氮過程中的溫降(V Mn )； 升溫達到增氮所需要的溫度后，鋼包扣蓋，用壓強O. 80-1. 2MPa氮氣通過鋼包底吹供氣裝置吹入鋼液中增氮； 鋼液在精煉爐扣蓋增氮，過程溫降按1_3°C /min計算，氮溶解度按75-95%計算；在LF精煉爐弱攪拌前底吹氣體全部用氮氣，弱攪拌時底吹氣體用氬氣。
2.根據權利要求I的述的不銹鋼的增氮方法，其特征是對于增氮量大的鋼種，若增氮前鋼液溫度超過1650°C，考慮到鋼包包襯耐材壽命，可用同樣方式在LF精煉爐升溫在不超過1650°C前提下，進行多次升溫增氮，直到達到氮含量要求。
全文摘要
本來明涉及一種不銹鋼的增氮方法，它包括的步驟第一步、在VOD精煉爐處理結束，用公式(a)求出鋼液需增氮總量∑△N，用公式(b)計算在VOD精煉爐最長增氮時間；∑△N＝△NV＋△NL＝[N]-[N]前 (a)；tM＝[T前－(T液＋20)]/△T(b)；第二步、將鋼液吊到LF爐；計算出鋼液在LF精煉爐需增氮量△NL，用公式(c)求出在LF精煉爐增氮時間t，用公式(d)求出在LF精煉爐增氮前至少需要的溫度TL前；t＝[TL前－(T液＋20)]/△T(d)升溫達到增氮所需要的溫度后，鋼包扣蓋，用壓強0.80-1.2MPa氮氣通過鋼包底吹供氣裝置吹入鋼液中增氮。本不銹鋼的增氮方法可使不銹鋼中氮含量控制在0.20％以上；用廉價的氮氣替代氮化合金。
文檔編號C21C7/00GK102719611SQ201210213878
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月27日 優先權日2012年6月27日
發明者侯東濤, 劉亮, 張增武, 陳景鋒 申請人:山西太鋼不銹鋼股份有限公司