專利名稱：：鋼包爐用氮氣進行氮合金化工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及不銹鋼的冶煉技術(shù)，特別涉及鋼包爐(LF)冶煉含氮不銹鋼生產(chǎn)的鋼包爐用氮氣進行氮合金化工藝。
背景技術(shù)：
：不銹鋼是指具有抵抗大氣、酸、堿和鹽等腐蝕作用的合金鋼的總稱。通常所說的"不銹鋼"是指其抗腐蝕性能，可歸因于在氧化的環(huán)境中，形成一層氧化鉻表面膜，這層薄膜具有不溶解、能自行恢復和無氣孔的特點。氬氧脫碳爐(AOD)是生產(chǎn)不銹鋼的主要精煉手段之一。目前世界上88%不銹鋼采用二步法生產(chǎn)，其中76。/。是通過AOD爐生產(chǎn)。鋼包爐(LF爐)是設(shè)置在AOD爐與連鑄之間的精煉設(shè)備之一，它順暢地連接這兩個生產(chǎn)過程，提高兩個過程的生產(chǎn)率，在提高鋼質(zhì)量、擴大品種、優(yōu)化工藝、降低消耗等方面發(fā)揮著巨大作用，是現(xiàn)代不銹鋼煉鋼不可缺少的重要工序。不銹鋼的分類通常以金相組織進行分類鐵素體不銹鋼；奧氏體不銹鋼；馬氏體不銹鋼；奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼，奧氏體-馬氏體雙相不銹鋼；沉淀硬化不銹鋼。而奧氏體不銹鋼又根據(jù)氮含量不同，可分為控氮型、中氮型、高氮型三種含氮奧氏體不銹鋼。氮在含氮奧氏體不銹鋼中的有益作用(1)氮是最有效的固溶強化元素。氮在奧氏體不銹鋼中的有利作用主要是由固溶在鋼中的氮元素產(chǎn)生。(2)氮在擴大奧氏體區(qū)和穩(wěn)定奧氏體的作用相當Ni的25倍左右。目前有些鋼種開始采用廉價的氮，錳來代替貴重的鎳來生產(chǎn)奧氏體不銹鋼。(3)氮可以細化晶粒。在熱處理過程中氮化物粒子可以阻止了奧氏體的長大，還有利于鋼的表面滲碳、碳氮共滲，可以改善鋼的表面性能。(4)氮可以明顯提高不銹鋼耐一般腐蝕、點蝕、應力腐蝕和晶間腐3蝕性能。(5)氮作為奧氏體形成元素對雙相不銹鋼有重要作用。AOD爐冶煉含氮不銹鋼的氮合金化工藝主要有兩種1)吹氮氣進行合金化；2)加入氮化合金進行合金化。后一種工藝在AOD的應用有成本高、氮含量不易控制的缺點。而完全氮氣合金化工藝的開發(fā)與應用，同AOD可以靈活用氣的冶金特性相一致，具有生產(chǎn)成本低、可生產(chǎn)高氮含量產(chǎn)品的顯著優(yōu)點，但其難點是在AOD爐中精確控制氮含量。目前，國內(nèi)外用氮氣進行氮合金化工藝都只是在AOD爐里，在冶煉過程中氮氣/氧氣混吹的氣相合金化。中國專利CN02135251.8公開的"AOD爐用氮氣進行氮合金化工藝"，其包括下列兩個步驟(l)氮氣在不銹鋼中的溶解過程，即在整個冶煉過程吹氬氣前一直往AOD爐中吹入氮氣進行冶煉，使氮在不銹鋼中達到飽和；(2)—部分氮原子的脫除過程，即應用氬氣氣泡精煉理論，脫除一部分氮含量，使鋼中溶解的氮含量達到鋼種所要求的范圍之內(nèi)，也就是根據(jù)鋼種不同，在出鋼前往AOD爐中吹入不同時間(或吹入量)的氬氣。應用氮氣在AOD爐中溶解與脫除理論，調(diào)節(jié)氮、氬氣吹入量，生產(chǎn)含氮不銹鋼和雙相鋼，代替原氮化合金增氮的工藝，降低了含氮不銹鋼的生產(chǎn)成本。但是AOD爐內(nèi)反應動力學條件非常好，很短的時間內(nèi)吹一定量的氬氣或氮氣，就會導致鋼水中的氮急劇變化，要想精確控制氮含量在士50ppm還是比較困難。LF爐(爐外精煉設(shè)備)具有如下功能(1)攪拌功能，均勻鋼水成分和溫度，促進夾雜物上浮和鋼渣反應；(2)鋼水升溫和控溫功能，精確控制鋼水溫度；(3)精煉功能，包括渣洗、脫氧、脫氣、脫硫，去除夾雜物和夾雜物變性處理等；(4)合金化功能(包括喂線)，對鋼水進行窄成分控制；(5)生產(chǎn)調(diào)節(jié)功能，均衡煉鋼一連鑄生產(chǎn)。LF爐都是用各種相應的合金來進行合金化，有如下弊端(1)氮化合金不是純金屬，含有雜質(zhì)，添加較多的氮化合金會污染不銹鋼鋼水，影響鋼水純凈度，因而會影響鋼水質(zhì)量。(2)如果冶煉初始，離氮含量目標值較大，需添加較多的氮化合金，這會造成其他合金成分的波動而超標，導致不銹鋼成分不合格。(3)氮化合金價格比較貴，添加較多的氮化合金，成本明顯增加。(4)由于不銹鋼渣殼很硬，添加氮化合金時，部分氮化合金常常加在渣殼上，不能熔入鋼水，導致氮的收得率不穩(wěn)定，而且氮成分不均勻。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于開發(fā)一種鋼包爐用氮氣進行氮合金化工藝，對現(xiàn)有不銹鋼生產(chǎn)工藝中鋼包爐(LF)增加底吹氮氣進行氮合金化功能，替代氮化合金，使含氮不銹鋼在LF爐能持續(xù)穩(wěn)定地進行氮合金化，提高鋼水純凈度，從而提高鋼水質(zhì)量，提高含氮不銹鋼煉成率，降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明是在鋼包爐(LF爐)工位，增設(shè)一路氮氣管，平行于原有鋼包爐底吹氬氣管，增加相應的氮氣管控制系統(tǒng)，可以切換氮氣、氬氣，利用鋼包爐原有的透氣塞，在冶煉含氮不銹鋼時底吹氮氣，使LF爐能持續(xù)穩(wěn)定地進行氮的合金化，提高鋼水純凈度，從而提高鋼水質(zhì)量，提高含氮不銹鋼煉成率，降低生產(chǎn)成本。具體地，本發(fā)明的技術(shù)方案是鋼包爐用氮氣進行氮合金化工藝，其包括如下步驟a)冶煉含氮不銹鋼，在鋼包爐中控制除氮以外的鋼水成分到目標成分，鋼包爐鋼水處理量110t130t;吹氮起始溫度控制在精煉處理出站溫度以上30°C50°C;b)LF爐冶煉含氮不銹鋼底吹氮氣時，每標準立方氮氣可增氮120ppm;其中，不銹鋼鋼水吹氮處理前氮含量在3001000ppm時，氮氣增氮系數(shù)為100800ppm/m3t;不銹鋼鋼水吹氮處理前氮含量在1001~2000ppm時，氮氣增氮系數(shù)為200900ppm/m3t;不銹鋼鋼水吹氮處理前氮含量在20015000ppm時，氮氣增氮系數(shù)為3001200ppm/m3t;不銹鋼鋼水吹氮處理前氮含量在50018000ppm時，氮氣增氮系數(shù)為4002000ppm/m3t;c)底吹氮氣進行微合金化處理，處理氣壓為大氣狀態(tài)，氮氣流量在6120m3/h，吹氮壓力0.60Mpa0.80Mpa;d)底吹氮氣結(jié)束后，底吹氬氣軟攪拌46分鐘，氬氣流量在2~20m3/h，充分攪拌，均勻不銹鋼成分和溫度。為實現(xiàn)精確控制冶煉過程的氮含量，利用氮含量計算軟件計算底吹氮氣量。實際操作中采用設(shè)定吹氮量，時間與吹氮量、氮氣流量有關(guān)。吹氮量和氣-鋼液界面積、鋼的質(zhì)量、鋼液密度、表觀正反應速率常數(shù)、時刻鋼液內(nèi)部氮濃度、時刻鋼液內(nèi)部氮濃度、氮的溶解度、氮在鋼液中的傳質(zhì)系數(shù)、氮的活度系數(shù)、吹氮流量、初始氮含量及與目標氮含量的差值有關(guān)系。滲氮百分量隨吹氣量增大而增大，同時Cr對其影響較大，滲氮素率隨Cr含量的增大而增大。溫度對不銹鋼的溶解度影響較大，隨溫度的升高，溶解度變小。冶煉含氮不銹鋼，在LF爐用氮氣進行合金化前，把除氮以外的成分控制到目標成分，鋼水處理量110t130t。由于LF爐底吹氮氣時鋼水有溫降，溫降有兩部分組成，一部分是鋼包吸熱，每分鐘降0.30.6。C;氮氣熔入鋼水是吸熱過程，底吹氮氣每分鐘降0.61.TC;所以吹氮起始溫度控制在精煉處理出站溫度以上30~50°C。由于滲氮百分量隨吹氮量增大而增大，同時鉻對其影響較大，滲氮速率隨鉻含量的增大而增大。溫度對不銹鋼的溶解度影響較大，隨溫度的升高，溶解度變小。LF爐冶煉含氮不銹鋼底吹氮氣時，每標準立方氮氣可增氮lppm20ppm，其中不銹鋼鋼水吹氮處理前氮含量在3001000ppm時，氮氣增氮系數(shù)為100800ppm/m3t;不銹鋼鋼水吹氮處理前氮含量在10012000ppm時，氮氣增氮系數(shù)為200~900ppm/m3t;不銹鋼鋼水吹氮處理前氮含量在2001~5000ppm時，氮氣增氮系數(shù)為3001200ppm/m3t;不銹鋼鋼水吹氮處理前氮含量在50018000ppm時，氮氣增氮系數(shù)為楊2000ppm/m3t。因此根據(jù)吹氮處理前的不銹鋼鋼水的成分、溫度、處理后不銹鋼目標氮含量，計算出氮氣噴吹量。底吹氮氣進行微合金化處理。底吹氮氣流量控制在鋼水不嚴重裸露為宜；處理氣壓為大氣狀態(tài)，氮氣流量在6120m3/h，吹氮壓力0.60Mpa0.80Mpa。底吹氮氣結(jié)束后，底吹氬氣軟攪拌46分鐘，氬氣流量在220mVh，充分攪拌，均勻不銹鋼成分和溫度。氮氣在AOD的主要作用是降低CO分壓從而脫碳保鉻，攪拌鋼水，改善冶金動力學條件，AOD冶煉后期用氮氣進行吹煉，在技術(shù)上不能滿足含氮不銹鋼在冶煉過程中氮的精確控制。而LF爐在底部通過透氣塞吹入氮氣，進行氮合金化，可以彌補AOD氮含量控制精度不高，可以替代和降低氮化合金(用于調(diào)整氮含量)的消耗，提高鋼水純凈度，從而提高鋼水質(zhì)量，提高含氮不銹鋼煉成率，降低成本。國外含氮不銹鋼冶煉基本采用AOD氮含量爐內(nèi)控制，精煉工位(LF、VOD)用氮化合金微調(diào)氮含量操作。本發(fā)明的有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(1)在LF爐，采用底吹氮氣進行合金化，根據(jù)處理前的奧氏體不銹鋼的氮成分和目標成分，由控氮軟件計算出噴吹流量和時間，計算機控制噴吹流量和時間。操作簡單、方便，從而使含氮不銹鋼在LF能持續(xù)穩(wěn)定地進行氮的合金化。(2)LF爐用氮氣進行氮合金化工藝可以使氮含量控制精度比原來LF用氮化合金控制精度提高2030ppm，精確控制氮含量在目標值士50ppm。(3)氮氣增氮與氮化合金增氮相比，每增氮200ppm可降低成本100150元/噸，經(jīng)濟效益顯著。(4)采用底吹氮氣進行合金化與添加氮化合金相比，底吹氮氣的重量可以忽略不計，不會造成其他鋼水成分的波動而超標，含氮不銹鋼煉成率可以得到保證。(5)采用底吹氮氣進行合金化與添加氮化合金相比，由于氮氣純度99.9%，不含有雜質(zhì)，不會污染不銹鋼鋼水，不影響鋼水純凈度，鋼水質(zhì)量明顯改善。(6)底吹氮氣，氮能完全熔入鋼水，氮收得率穩(wěn)定。(7)由于底吹氮氣，可以攪拌鋼水，氮成分比較均勻。(8)氮氣價格低廉，成本可以忽略不計。具體實施方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步說明實施例11、LF鋼水起始條件(1)起始氮含量0.036%0.040%(2)起始處理溫度1575。C1585。C(3)鋼水量110t130t2、LF處理實績大氣狀態(tài)0.69Mpa0.71Mpa59.5min6Q.7min39m3/h41m3/hh39.8Nm340.2Nm33、鋼種一在LF的氮氣微合金化成分刀、(1)處理氣壓<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實施例21、LF鋼水起始條件(1)起始氮含量0.143%~0.144%(2)起始處理溫度1535°C1545°C(3)鋼水量110t130t2、LF處理實績大氣狀態(tài)0.68Mpa0.70Mpa5.7min6.4min119m3/h121m3/hh9.8Nm310.2Nm3的氮氣微合金化實績(1)處理氣壓(2)吹氮壓力(3)吹氮時間(4)吹氮流量(5)底吹氮氣』3、鋼種二在LF成分分析元素cSiMnSpCrNiMoCuN處理起始0.01700.5101.340.0010.02717.406.600.150.140.1435處理終點0.01680.5081.350.0010.02717.426.610.150.140.1450實施例31、LF鋼水起始條件(1)起始氮含量0.118%0.122%(2)起始處理溫度1585°C1595°C(3)鋼水量110t130t2、LF處理實績(1)處理氣壓大氣狀態(tài)(2)吹氮壓力0.69Mpa0.71Mpa(3)吹氮時間49.8min50.2min(4)吹氮流量35m3/h38m3/h(5)底吹氮氣量29.8Nm3~30.2Nm33、鋼種三在LF的氮氣微合金化實績成分分析元素cSiMnSPCrNiMoN處理起始0.0220.571.40.0050.02021.525.072.860.120處理終點0.0210.581.40.0040.02121.535.072.860.150實施例41、LF鋼水起始條件(1)起始氮含量0.236%~0.240%(2)起始處理溫度1535°C1545°C(3)鋼水量110t130t92、LF處理實績(1)處理氣壓大氣狀態(tài)(2)吹氮壓力0.70Mpa0.71Mpa(3)吹氮時間19.8min~20.2min(4)吹氮流量28m3/h31m3/h(5)底吹氮氣量9.8Nm310.2Nm33、鋼種四在LF的氮氣微合金化實績<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>實施例51、LF鋼水起始條件(1)起始氮含量0.430%0.440%(2)起始處理溫度1545°C1555°C(3)鋼水量110t130t2、LF處理實績(1)處理氣壓大氣狀態(tài)(2)吹氮壓力0.72Mpa0.74Mpa(3)吹氮時間21.4min21.8min(4)吹氮流量27m3/h29m3/h(5)底吹氮氣量9.8Nm310.2Nm:3、鋼種五在LF的氮氣微合金化實績<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>實施例61、LF鋼水起始條件(1)起始氮含量0.6卯％0.700%(2)起始處理溫度1625。C1635。C(3)鋼水量110t130t2、LF處理實績(1)處理氣壓大氣狀態(tài)(2)吹氮壓力0.79Mpa0.81Mpa(3)吹氮時間89.6min~90.3min(4)吹氮流量19.8m3/h20.3m3/h(5)底吹氮氣量29.8Nm3~30.2Nm33、鋼種六在LF的氮氣微合金化實績成分分析元素cSiMnSPCrNiN處理起始0.1250.4314.960.0030.02722.560.30.696處理纟冬點、0.1250.4214.960.0030馬22.570.30.750從上述實施例可以看出，不同含量的奧氏體不銹鋼冶煉采用本發(fā)明的方法可以達到增氮效果。綜上所述，本發(fā)明對現(xiàn)有不銹鋼生產(chǎn)工藝中鋼包爐(LF)增加底吹氮氣進行氮合金化功能，替代氮化合金，使含氮不銹鋼在LF爐能持續(xù)穩(wěn)定地進行氮合金化，提高鋼水純凈度，從而提高鋼水質(zhì)量，提高含氮不銹鋼煉成率，降低生產(chǎn)成本。ii權(quán)利要求1.鋼包爐用氮氣進行氮合金化工藝，其包括如下步驟a)冶煉含氮不銹鋼，在鋼包爐中控制除氮以外的鋼水成分到目標成分，鋼包爐鋼水處理量110t～130t；吹氮起始溫度控制在精煉處理出站溫度以上30℃～50℃；b)LF爐冶煉含氮不銹鋼底吹氮氣時，每標準立方氮氣可增氮1～20ppm；其中，不銹鋼鋼水吹氮處理前氮含量在300～1000ppm時，氮氣增氮系數(shù)為100～800ppm/m3·t；不銹鋼鋼水吹氮處理前氮含量在1001～2000ppm時，氮氣增氮系數(shù)為200～900ppm/m3·t；不銹鋼鋼水吹氮處理前氮含量在2001～5000ppm時，氮氣增氮系數(shù)為300～1200ppm/m3·t；不銹鋼鋼水吹氮處理前氮含量在5001～8000ppm時，氮氣增氮系數(shù)為400～2000ppm/m3·t；c)底吹氮氣進行微合金化處理，處理氣壓為大氣狀態(tài)，氮氣流量在6～120m3/h，吹氮壓力0.60Mpa～0.80Mpa；d)底吹氮氣結(jié)束后，底吹氬氣軟攪拌4～6分鐘，氬氣流量在2～20m3/h，充分攪拌，均勻不銹鋼成分和溫度。全文摘要鋼包爐用氮氣進行氮合金化工藝，其包括如下步驟a)冶煉含氮不銹鋼，在鋼包爐中控制除氮以外的鋼水成分到目標成分；吹氮起始溫度控制在精煉處理出站溫度以上30℃～50℃；b)LF爐冶煉含氮不銹鋼底吹氮氣時，每標準立方氮氣可增氮1～20ppm；c)底吹氮氣進行微合金化處理，氮氣流量在6～120m³/h，吹氮壓力0.60～0.80MPa；d)底吹氮氣結(jié)束后，底吹氬氣軟攪拌4～6分鐘，氬氣流量在2～20m³/h，均勻不銹鋼成分和溫度。本發(fā)明對現(xiàn)有不銹鋼生產(chǎn)工藝中鋼包爐(LF)增加底吹氮氣進行氮合金化功能，替代氮化合金，使含氮不銹鋼在LF爐能持續(xù)穩(wěn)定地進行氮合金化，提高鋼水純凈度，從而提高鋼水質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。文檔編號C21C7/00GK101538636SQ20081003482公開日2009年9月23日申請日期2008年3月19日優(yōu)先權(quán)日2008年3月19日發(fā)明者竑劉,姜周華,鍔常,陽李,沈春飛,蔣興元,黃俊霞申請人:寶山鋼鐵股份有限公司;東北大學