一種用鉻精礦粉制造高氮鋼的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種冶煉高強(qiáng)度不銹鋼的方法，是一種冶煉高氮不銹鋼的方法，屬于鋼鐵冶煉領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]高氮奧氏體不銹鋼(以下稱高氮鋼)以其節(jié)鎳、耐蝕、高強(qiáng)度、高塑性等優(yōu)異性能受到制造行業(yè)和應(yīng)用領(lǐng)域矚目，已逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍并可在更寬闊應(yīng)用領(lǐng)域和更復(fù)雜環(huán)境條件中獲得應(yīng)用。
[0003]高氮鋼主要由鐵(Fe)、鉻(Cr)、錳(Mn)、氮(N)等化學(xué)元素組成，其中氮含量一般在0.6wt%? 1.0wt%o在常壓冶煉高氮鋼時(shí)氮較難加入并易從熔體中逸出形成氮?dú)?，因此一般采用高壓力下冶煉，限制了產(chǎn)量。一些文獻(xiàn)提出了可在常壓或近常壓下冶煉高氮鋼的方法，如CN103451508A提出了將高氮合金熔體限流兌入Fe-Cr-Mn熔體，CN103436768A提出了將Fe-Cr-Mn熔體緩慢兌入高氮合金熔體，CN103451509A提出了向高氮合金熔體中添加基礎(chǔ)鋼材料等，其加Cr加N的主原料都是氣化絡(luò)鐵及少量聞氣絡(luò)鐵，而這種氣化絡(luò)鐵和聞氮鉻鐵原料產(chǎn)量較小，價(jià)格較高，尤其是不能保證穩(wěn)定的有用化學(xué)成分要求及雜質(zhì)元素限制要求，不能適應(yīng)高氮鋼批量生產(chǎn)的需要，也不能保證高氮鋼高質(zhì)量大批量生產(chǎn)。采用降碳氧化鉻原料制備含氮鉻鐵直接制造高氮鋼，可以有穩(wěn)定的原料來源和較低的制造成本并使其產(chǎn)品質(zhì)量得到保證，但降碳氧化鉻一般要用高碳鉻鐵焙燒來制備，需要耗能及存在煙塵污染和原料損失。
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種用鉻精礦粉制造高氮鋼的方法，使高氮鋼大批量生產(chǎn)的原料得到保障，明顯降低高氮鋼制造成本并可保證產(chǎn)品質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供的一種用鉻精礦粉制造高氮鋼的方法，其特征在于:先用鉻精礦粉和聞碳絡(luò)鐵粉及滲氣氣體制備聞氣絡(luò)鐵中間體，再用聞氣絡(luò)鐵中間體制取聞氣鋼，其具體步驟如下:
1)用鉻精礦粉和高碳鉻鐵粉制備脫碳鉻鐵:將鉻精礦粉和與高碳鉻鐵粉按碳與氧摩爾比1:1?1: 1.5進(jìn)行計(jì)算配比，再添加粘結(jié)劑并進(jìn)行均勻混合，然后將混合的粉體壓成塊狀或球狀體并低溫干燥制成含碳含氧的混合鉻鐵料塊；把混合鉻鐵料塊裝入真空加熱爐，開始升溫到900?1200°C以上時(shí)，使?fàn)t內(nèi)壓力彡800Pa,再繼續(xù)升溫至1200?1500°C范圍內(nèi)，使?fàn)t內(nèi)壓力< 500Pa，保持混合鉻鐵料塊不發(fā)生熔化；經(jīng)5?80小時(shí)，控制爐內(nèi)壓力降至(10Pa,再停留O?5小時(shí)后，即完成脫碳工序，得到脫碳鉻鐵塊；繼續(xù)保持溫度為1200?ΙδΟΟ?和爐內(nèi)壓力彡10Pa ；
2)用脫碳鉻鐵塊直接制備高氮鉻鐵中間體:經(jīng)脫碳工序得到的脫碳鉻鐵塊，在保持爐溫1200?1500°C和爐內(nèi)壓力彡10Pa下，直接向爐內(nèi)通入滲氮?dú)怏w對(duì)脫碳鉻鐵塊進(jìn)行滲氮，滲氮?dú)怏w通入流量按每噸脫碳鉻鐵塊0.01?2.0m3/min，滲氮過程的爐溫從1200?1500°C控制降溫至300?1200°C，滲氮過程的爐內(nèi)壓力由彡10Pa逐漸增加并保持滲氮爐內(nèi)壓力在0.1?0.5MPa范圍內(nèi)，滲氮時(shí)間為2?20小時(shí)，當(dāng)不再補(bǔ)充滲氮?dú)怏w情況下爐內(nèi)壓力穩(wěn)定不變時(shí)，即完成滲氮工序，出爐得到高氮鉻鐵中間體；檢測(cè)獲得的高氮鉻鐵中間體主要元素含量(wt%)為:氮含量7?10，碳0.005?0.05，鉻50?65 ；
3)用高氮鉻鐵中間體熔煉高氮合金熔體:將塊狀高氮鉻鐵中間體加入熔化爐內(nèi)熔化為熔體，保持熔體溫度在1450?1750°C范圍內(nèi)，除去熔體表面的浮渣，當(dāng)檢驗(yàn)熔體氮含量降到2?6wt%時(shí)，得到高氮合金熔體，保持其熔體在1450?1600°C的能夠維持熔體狀態(tài)的較低溫度范圍；
4)熔煉高氮鋼與澆注:將金屬錳和金屬鐵及其它合金元素加入到高氮合金熔體中，其金屬錳含量(wt%)占高氮鋼熔體總量的5?30，金屬鐵含量(wt%)占高氮鋼熔體總量的25?60，高氮合金熔體量(wt%)占高氮鋼熔體總量的20?50，其它合金元素含量(wt%)包括鑰、鈮、鎳、銅、鈦、釩、稀土等共占高氮鋼熔體總量不大于10，加入各金屬及合金過程中保持熔體溫度為1400?1600°C ;待熔體中固態(tài)物完全熔化后繼續(xù)加熱O?30min并保持熔體溫度為1400?1600°C，進(jìn)行脫氧、硫、磷及除渣，再升溫至1500?1680°C出爐澆注。
[0006]所述的鉻精礦粉可以是經(jīng)重選、磁選、浮選的鉻礦粉，其化合物含量(wt%)為:Cr2O3 35 ?80，F(xiàn)eO 8 ?25，Al2O3 5 ?15，CaO 0.1 ?5，MgO I ?22，S12 2 ?4 ;粉體粒度為150?250目。
[0007]所述的高碳鉻鐵粉的鉻含量(wt%)為50?75，碳含量(wt%) 4?10，粉體粒度主要為150?250目。
[0008]所述的碳與氧摩爾比1:1?1: 1.5是根據(jù)含碳鉻鐵粉中的實(shí)際碳含量和鉻精礦中實(shí)際參與反應(yīng)的氧含量，可簡(jiǎn)化用2C + O2 = 2 CO反應(yīng)式中C與O的摩爾質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算。
[0009]所述的粘結(jié)劑為已知技術(shù)，常采用硅酸鹽、膨潤土、紙漿等。
[0010]所述的滲氮過程的爐溫從1200?1500°C控制降溫至300?1200°C是指:把脫碳鉻鐵塊在爐內(nèi)自然降溫。
[0011]所述的滲氮過程的爐溫從1200?1500°C控制降溫至300?1200°C是指:把脫碳鉻鐵塊在爐內(nèi)自然降溫至800?1250°C并在該溫度區(qū)任意溫度下保溫不超過5小時(shí)，然后再自然降溫至300?500°C。
[0012]所述的滲氮過程的爐溫從1200?1500°C控制降溫至300?1200°C是指:把脫碳鉻鐵塊在爐內(nèi)自然降溫至500?800°C并在該溫度區(qū)任意溫度下保溫不超過8小時(shí)，然后再自然降溫至300?500°C。
[0013]所述的滲氮過程的爐溫從1200?1500°C控制降溫至300?1200°C是指:把脫碳鉻鐵塊在爐內(nèi)自然降溫至800?1250°C并在該溫度區(qū)任意溫度下保溫不超過5小時(shí)，然后再自然降溫至500?800°C并在該溫度區(qū)任意溫度下保溫不超過8小時(shí)，然后再自然降溫至300 ?500。。。
[0014]所述的滲氮過程的爐溫從1200?1500°C控制降溫至300?500°C是指:把脫碳鉻鐵塊在爐內(nèi)自然降溫至500?800°C并在該溫度區(qū)任意溫度下保溫不超過8小時(shí)，然后再升溫至800?1250°C并在該溫度區(qū)任意溫度下保溫不超過5小時(shí)，然后再自然降溫至300?500。。。
[0015]試驗(yàn)得出，脫碳鉻鐵塊在滲氮過程中，在800?1250°C內(nèi)任意溫度保溫可以大量增加高氮鉻鐵中間體中Cr2N的數(shù)量，而Cr2N的高溫穩(wěn)定性及在高氮合金熔體中的抗熔解能力明顯好于CrN，從而可提高高氮鋼熔煉時(shí)的保氮能力，而滲氮過程中將脫碳鉻鐵塊在爐內(nèi)500?800 °C內(nèi)任意溫度保溫可以明顯加快滲氮速度。
[0016]所述的保持滲氮爐內(nèi)壓力在0.1?0.5MPa范圍內(nèi)是指該范圍內(nèi)的爐內(nèi)壓力在一任意壓力一直保持不變。
[0017]所述的保持滲氮爐內(nèi)壓力在0.1?0.5MPa范圍內(nèi)是指爐內(nèi)壓力在該范圍內(nèi)一次或多次調(diào)整從高壓降到低壓再升到高壓的壓力變化，從而達(dá)到置換爐內(nèi)滲氮?dú)怏w的目的。
[0018]所述的熔體表面的浮渣是用鉻精礦粉制備的高氮鉻鐵中間體熔化后從熔體中分離出來并漂浮在熔體表面的氧化物形成的混合渣,該混合渣中主要含有A1203、CaO、MgO,S12等，含量(wt%)約占高氮鉻鐵中間體中的20?30。
[0019]所述的滲氮?dú)怏w可為氮?dú)饣虬睔饣騼烧叩幕旌蠚狻?br>[0020]所述的金屬錳是碳含量(wt%) ( 0.1金屬錳或錳鐵合金，包括電解金屬錳、電解重熔法金屬錳、電硅熱法金屬錳、微碳錳鐵及氮含量(wt%) ( 7的含氮金屬錳。
[0021]所述的金屬錳可以是熔化態(tài)金屬錳或者是固態(tài)金屬錳，其中:
I)熔化態(tài)金屬錳包括:①將金屬錳在無氧化氣氛下重熔的熔體；②將金屬錳在無氧化氣氛下重熔再吹入滲氮?dú)怏w后得到的含氮金屬錳熔體將金屬錳經(jīng)真空熔煉的熔體將金屬錳經(jīng)真空熔