本發(fā)明涉及一種鋼水增氮方法，適用于lf高氮鋼冶煉，屬于鋼鐵冶金技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氮作為耐蝕性元素其使用價(jià)值己經(jīng)得到了人們的重視。目前，氮在不銹鋼生產(chǎn)領(lǐng)域得到了較好的應(yīng)用和推廣，其加入量己高達(dá)1％以上。由于氮在低合金鋼中具有較低的固溶度，而且氮含量增加會(huì)產(chǎn)生時(shí)效硬化作用，因此，氮在耐候鋼領(lǐng)域應(yīng)用并不廣泛。然而，高氮-釩聯(lián)合合金化以vn析出物形式改變氮的賦存狀態(tài)，不但消除氮的時(shí)效硬化不利影響，同時(shí)亦能改善釩的高溫析出行為，這對(duì)拓展氮在耐候鋼中的應(yīng)用具有十分重要的意義。
然而高氮鋼液的增氮一直難度較大，尤其是氮在低合金鋼液中的溶解度低，底吹氮?dú)獬杀镜停窃龅俾实秃偷€(wěn)收得率差；氮合金增氮雖然收得率高且穩(wěn)定，但成本高。因此提高增氮速率、穩(wěn)定收得率并且降低成本非常重要。
博士論文文獻(xiàn)(采用中空電極噴吹氣體的新型lf爐內(nèi)冶金行為的基礎(chǔ)研究.東北大學(xué),2010.)，主要是針對(duì)低氮鋼，通過(guò)lf的中空電極噴吹ar-h2、ar-ch4、ar-co2、ar-液化氣和ar-天然氣，生成等離子體，產(chǎn)生復(fù)雜物理化學(xué)反應(yīng)，以降低熔池內(nèi)w[c]、w[n]和w[h]含量，使鋼中氮含量處于合理范圍。然而，該文獻(xiàn)的中空電極是為了降低鋼中的氮含量。
專(zhuān)利文獻(xiàn)“一種rh真空處理過(guò)程中的脫氫增氮控制方法”，包括以下步驟：在lf精煉將鋼水合金成分調(diào)整至目標(biāo)值后，在通過(guò)底吹n2或者喂入氮化硅絲線(xiàn)的方式將氮含量提高至150ppm～250ppm之間；鋼包到rh工位進(jìn)行真空脫氣，使用n2作為提升氣體，使真空室的真空度維持在<100pa的條件下；在真空度<100pa條件下保持10min～20min后，關(guān)閉部分真空泵組，使用n2進(jìn)行填充真空室，將真空室的真空度穩(wěn)定控制在10kpa～30kpa之間，并提高n2流量，使鋼液中的氮含量增加到400ppm～600ppm。
該專(zhuān)利在lf中采用底吹氮?dú)獾姆椒?，氮?dú)馍细〉诫姌O位置產(chǎn)生等離子體進(jìn)而增氮，由于氮?dú)馀c電極的接觸時(shí)間短，并且氮?dú)庠趌f中的分布范圍大，造成等離子體產(chǎn)生量較少，增氮速率和幅度不大。
專(zhuān)利文獻(xiàn)“一種根據(jù)鋼種要求對(duì)鋼水進(jìn)行穩(wěn)定增氮的新方法”，針對(duì)不同鋼種類(lèi)別進(jìn)行增氮，a類(lèi)：鋼種氮含量≤0.0060％；b類(lèi)：鋼種氮含量0.0060～0.0120％；c：鋼種氮含量>0.012％，對(duì)不同氮含量要求的鋼種進(jìn)行不同操作，達(dá)到均勻成分、增氮、經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性。
該專(zhuān)利在對(duì)氮含量較高的鋼種增氮時(shí)，采用底吹氬氣并添加固氮合金元素，增氮速率慢并且成本較高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種增氮速率快、成本低的鋼水增氮方法，適用于lf高氮鋼冶煉。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：鋼水增氮方法，采用lf精煉，lf電極為貫穿的中空結(jié)構(gòu)，使得氮?dú)饽軌驈碾姌O頂端通過(guò)電極中心，由電極底部噴入鋼液面；lf電極的中空直徑優(yōu)選為5mm～30mm；電極的中空結(jié)構(gòu)頂部密封連接地設(shè)置有氮?dú)夤艿?，氮?dú)夤艿揽刹捎媚蜔嵯鹉z管；精煉時(shí)，通過(guò)電極頂部的氮?dú)夤艿劳鵯f通入氮?dú)膺M(jìn)行增氮。
在通過(guò)電極頂部的氮?dú)夤艿劳鵯f通入氮?dú)鈺r(shí)，優(yōu)化工藝參數(shù)為：lf采用三相電弧加熱，冶煉初期，每支電極氮?dú)饬髁繛?l/min～10l/min；冶煉中期，每支電極氮?dú)饬髁繛?5l/min～20l/min；增氮結(jié)束，電極內(nèi)氮?dú)饬髁繛榱恪?/p>
為進(jìn)一步提高增氮效率，在通過(guò)電極頂部的氮?dú)夤艿劳鵯f通入氮?dú)膺M(jìn)行增氮的同時(shí)，在lf中采用底吹氮?dú)狻?/p>
底吹氮?dú)獾膬?yōu)化工藝為：底吹氮?dú)饬髁繛?0l/min～80l/min；增氮結(jié)束后，底吹氮?dú)馇袚Q為底吹氬氣，底吹氬氣流量為50l/min～80l/min。
此外，每分鐘增氮總量控制為10ppm～40ppm，根據(jù)每分鐘增氮總量，確定吹氮時(shí)間。
本發(fā)明的有益效果是：研究表明，在熱力學(xué)角度氮在低合金鋼中的溶解度可達(dá)400ppm，但是由于氮的化學(xué)特性穩(wěn)定，難以溶解到鋼水中，一般低合金鋼的氮含量100ppm。動(dòng)力學(xué)研究表明，鋼液中氮的溶解分為三步：(1)氣體吸附在液體表面；(2)氣-液界面化學(xué)反應(yīng)，生成氮離子；(3)反應(yīng)產(chǎn)物向液體內(nèi)部擴(kuò)散。由于lf內(nèi)攪拌效果好，一般認(rèn)為第二步為氮溶解的限制性環(huán)節(jié)。
本發(fā)明采用lf中空電極吹氮，通過(guò)電弧物理作用，直接使氮?dú)庑纬傻入x子體，避免了上述的限制性環(huán)節(jié)，提高增氮速率、降低生產(chǎn)成本。同時(shí)與底吹氮?dú)庀啾?，從中空電極吹氮，可以加大氮?dú)馀c電弧的接觸面積，并且合理控制氮?dú)獾牧髁?，更加有效的利用電弧的能量，產(chǎn)生更多的等離子體，促進(jìn)氮的溶解。
本發(fā)明能顯著降低高氮鋼的冶煉時(shí)間和生產(chǎn)成本。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例1：
本實(shí)施例為采用某鋼廠(chǎng)120lf爐，生產(chǎn)耐候鋼q450nqr1，要求終點(diǎn)氮含量為150ppm～180ppm。
實(shí)施時(shí)，lf電極中空直徑為10mm；lf采用三相電弧加熱，lf冶煉初期，每支電極吹入氮?dú)饬髁繛?l/min；冶煉中期，每支電極吹入氮?dú)饬髁繛?5l/min；14分鐘后，增氮結(jié)束，電極內(nèi)氮?dú)饬髁繛榱恪?/p>
在通過(guò)電極頂部的氮?dú)夤艿劳鵯f通入氮?dú)膺M(jìn)行增氮的同時(shí)，在lf中采用底吹氬氣，底吹氬氣流量為50l/min。
最終lf出鋼氮含量為160ppm。
該方法與lf加含氮合金相比，冶煉時(shí)間相當(dāng)，但是噸鋼成本降低1.2元。
實(shí)施例2：
本實(shí)施例為采用某鋼廠(chǎng)120lf爐，生產(chǎn)耐候鋼q450nqr1，要求終點(diǎn)氮含量為150ppm～180ppm。
實(shí)施時(shí)，lf電極中空直徑為5mm；lf采用三相電弧加熱，lf冶煉初期，每支電極吹入氮?dú)饬髁繛?l/min；冶煉中期，每支電極吹入氮?dú)饬髁繛?5l/min；16分鐘后，增氮結(jié)束，電極內(nèi)氮?dú)饬髁繛榱恪?/p>
在通過(guò)電極頂部的氮?dú)夤艿劳鵯f通入氮?dú)膺M(jìn)行增氮的同時(shí)，在lf中采用底吹氬氣，底吹氬氣流量為50l/min。
最終lf出鋼氮含量為170ppm。
該方法與lf加含氮合金相比，冶煉時(shí)間相當(dāng)，但是噸鋼成本降低1.0元。
實(shí)施例3：
本實(shí)施例為采用某鋼廠(chǎng)120lf爐，生產(chǎn)耐候鋼q450nqr1，要求終點(diǎn)氮含量為150ppm～180ppm。
實(shí)施時(shí)，lf電極中空直徑為30mm；lf采用三相電弧加熱，lf冶煉初期，每支電極吹入氮?dú)饬髁繛?0l/min；冶煉中期，每支電極吹入氮?dú)饬髁繛?0l/min；17分鐘后，增氮結(jié)束，電極內(nèi)氮?dú)饬髁繛榱恪?/p>
在通過(guò)電極頂部的氮?dú)夤艿劳鵯f通入氮?dú)膺M(jìn)行增氮的同時(shí)，在lf中采用底吹氬氣，底吹氬氣流量為80l/min。
最終lf出鋼氮含量為172ppm。
該方法與lf加含氮合金相比，冶煉時(shí)間相當(dāng)，但是噸鋼成本降低0.8元。
實(shí)施例4：
本實(shí)施例為采用某鋼廠(chǎng)120lf爐，生產(chǎn)耐候鋼q450nqr1，要求終點(diǎn)氮含量為150ppm～180ppm。
實(shí)施時(shí)，lf電極中空直徑為10mm；lf采用三相電弧加熱，lf冶煉初期，每支電極吹入氮?dú)饬髁繛?l/min；冶煉中期，每支電極吹入氮?dú)饬髁繛?5l/min；11分鐘后，增氮結(jié)束，電極內(nèi)氮?dú)饬髁繛榱恪?/p>
在通過(guò)電極頂部的氮?dú)夤艿劳鵯f通入氮?dú)膺M(jìn)行增氮的同時(shí)，在lf中采用底吹氮?dú)?，底吹氮?dú)饬髁糠€(wěn)定在60l/min；增氮結(jié)束后，底吹氮?dú)馇袚Q為底吹氬氣，底吹氬氣流量為50l/min。
最終lf出鋼氮含量為160ppm。
該方法與lf加含氮合金相比，冶煉時(shí)間相當(dāng)，但是噸鋼成本降低1.5元。
實(shí)施例5：
本實(shí)施例為采用某鋼廠(chǎng)120lf爐，生產(chǎn)耐候鋼q450nqr1，要求終點(diǎn)氮含量為150ppm～180ppm。
實(shí)施時(shí)，lf電極中空直徑為5mm；lf采用三相電弧加熱，lf冶煉初期，每支電極吹入氮?dú)饬髁繛?l/min；冶煉中期，每支電極吹入氮?dú)饬髁繛?5l/min；13分鐘后，增氮結(jié)束，電極內(nèi)氮?dú)饬髁繛榱恪?/p>
在通過(guò)電極頂部的氮?dú)夤艿劳鵯f通入氮?dú)膺M(jìn)行增氮的同時(shí)，在lf中采用底吹氮?dú)?，底吹氮?dú)饬髁糠€(wěn)定在60l/min；增氮結(jié)束后，底吹氮?dú)馇袚Q為底吹氬氣，底吹氬氣流量為50l/min。
最終lf出鋼氮含量為155ppm。
該方法與lf加含氮合金相比，冶煉時(shí)間相當(dāng)，但是噸鋼成本降低1.5元。
實(shí)施例6：
本實(shí)施例為采用某鋼廠(chǎng)120lf爐，生產(chǎn)耐候鋼q450nqr1，要求終點(diǎn)氮含量為150ppm～180ppm。
實(shí)施時(shí)，lf電極中空直徑為10mm；lf采用三相電弧加熱，lf冶煉初期，每支電極吹入氮?dú)饬髁繛?l/min；冶煉中期，每支電極吹入氮?dú)饬髁繛?0l/min；10分鐘后，增氮結(jié)束，電極內(nèi)氮?dú)饬髁繛榱恪?/p>
在通過(guò)電極頂部的氮?dú)夤艿劳鵯f通入氮?dú)膺M(jìn)行增氮的同時(shí)，在lf中采用底吹氮?dú)猓状档獨(dú)饬髁糠€(wěn)定在60l/min；增氮結(jié)束后，底吹氮?dú)馇袚Q為底吹氬氣，底吹氬氣流量為50l/min。
最終lf出鋼氮含量為165ppm。
該方法與lf加含氮合金相比，冶煉時(shí)間相當(dāng)，但是噸鋼成本降低1.5元。