一种提高含氮钢中氮含量的方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶炼技术领域，具体涉及一种提高含氮钢中氮含量的方法。

背景技术

通常情况下，氮被认为是钢中的有害杂质之一。虽然常压下氮在液态钢中的溶解度很低，但这些少量的氮却能导致钢材产生时效脆化，于是开发了各种减少液态钢中氮的二次精炼技术，并还在不断地改进。然而，氮作为合金元素可以和钢中的其他合金元素(如Mn、Cr、V、Nb、Ti等)交互作用，而赋予该钢种许多优异性能。例如，提高奥氏体的稳定性，使钢的力学性能大大提高，改善钢的耐腐蚀性等等。

对需要保证氮含量的钢种，控氮的关键是确保氮含量的稳定。国内大部分钢厂采用添加含氮铁合金的方式进行增氮，钒氮等合金价格昂贵，挤压了含氮钢的利润空间，降低了其市场竞争力。还有部分钢厂采用吹氮气的方式进行增氮，但初炼炉底吹氮气增氮效果不好、精炼或真空处理过程吹氮气增氮氮的回收率不稳定。底吹的氮气在钢液中上浮对钢液具有搅拌作用。上浮的气泡带动周围钢液向上循环运动，底吹气量越大，有利于钢液的混合和气泡在坩埚内的弥散。但底吹气量过大可能导致钢液喷溅，因此需合理控制底吹气量。能够在实现氮合金化的同时又能降低生产成本是含氮钢扩大市场占有率、提高效益的关键。

AD粉(炼钢促进剂)是在日本各大钢厂广泛应用的一种炼钢促进剂，其主要成分为Al

发明内容

针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种提高含氮钢中氮含量的方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种提高含氮钢中氮含量的方法，包括在电炉或转炉的出钢过程中加入AD粉的步骤；和，在精炼或真空处理过程中吹氮气的步骤。

作为优选，所述AD粉的氮含量为6-12％。

作为更优选，所述AD粉的加入量根据钢水的重量计算，每吨钢水中加入2-6kgAD粉。

作为更优选，所述AD粉以渣洗的方式加入。

作为优选，所述精炼过程吹氮气的流量为20-150L/min，所述时间为20-40分钟，所述氮气纯度为99.999％。

作为优选，所述真空处理过程吹氮气的流量为20-150L/min，所述时间为20-40分钟，所述氮气纯度为99.999％。

由以上增氮方法制备的含氮钢的氮含量为100-300ppm。

炼钢的工艺流程包括：电炉或转炉，炉外精炼，真空脱气处理，连铸。

在转炉或电炉出钢后采用AD粉进行渣洗增氮，既能增加氮含量，又能降低成本。在加入AD粉后，渣钢界面的FeO与[O]的活度均降低，并且AlN与FeO+MnO反应生成N

向钢液中吹入氮气增氮，可以使钢液快速增氮。弥散的氮气泡会大大改善气体氮合金化的动力学条件。气泡可以增加气液接触面积，缩短原子扩散距离；可以有效促进钢液中氮含量接近平衡，其带来的搅拌效应可使钢液的温度和合金元素均匀化。

本发明的有益效果：

本发明采用价格低廉的AD粉和精炼或真空处理过程吹氮气双联的方式进行增氮，具有协同促进作用，可以稳定控制含氮钢中的氮含量在100-300ppm之间，成本低廉但又具有合金增氮的稳定，可有效解决冶炼含氮钢的增氮问题。本发明是现有炼钢工艺的一个有效补充，给含氮钢的冶炼提供了一个新的思路和方向。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

正如背景技术所述当前通用冶炼工艺中合金增氮成本高和底吹高纯氮气增氮不稳定，基于此，本发明提供一种提高含氮钢中氮含量的方法，用于电炉或转炉+炉外精炼+真空脱气处理+连铸的工艺流程，在电炉或转炉的出钢过程中采用渣洗的方式加入AD粉(含氮6-12％)，AD粉的加入量根据钢水的重量计算，每吨钢水中加入2-6kg的AD粉，在精炼或真空处理过程中吹氮气20-40分钟，氮气的流量40-120L/min，氮气的纯度是99.999％(O

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。

本发明实施例中所用的试验材料均为本领域常规的试验材料，均可通过商业渠道购买得到。以下实施例和对比例中氮含量的测定按照《GB/T 20124-2006钢铁氮含量的测定惰性气体熔融热导法(常规方法)》中的标准方式测定。

实施例1

本发明应用于100吨电炉+100吨LF精炼+100吨VD精炼+连铸进行成坯生产工艺，采用铁水+废钢冶炼铝镇静钢，在电炉配加50％铁水状态下，出钢过程中采用渣洗的方式加入AD粉15(含氮9％)，AD粉15的加入量根据钢水的重量计算，每吨钢水中加入2kg的AD粉15，在钢包底部安装透气砖，LF精炼过程底吹氮气，吹氮气的流量40-120L/min，氮气的纯度是99.999％(O

实施例2

本发明应用于100吨转炉+100吨LF精炼+100吨VD精炼+连铸进行成坯生产工艺，采用铁水+废钢生产含氮铝镇静钢，出钢过程中采用渣洗的方式加入AD粉15(含氮9％)，AD粉15的加入量根据钢水的重量计算，每吨钢水中加入4kg的AD粉15，精炼过程全程底吹氮气约40分钟，吹氮气的流量40-120L/min，氮气的纯度是99.999％(O

实施例3

本发明应用于100吨电炉+100吨LF精炼+100吨VD精炼+连铸进行成坯生产工艺，采用全废钢冶炼生产含氮铝镇静钢，在电炉全废钢状态下，出钢过程中采用渣洗的方式加入AD粉15(含氮9％)，AD粉15的加入量根据钢水的重量计算，每吨钢水中加入6kg的AD粉15，精炼过程全程底吹氩气约40分钟，精炼后氮含量可以达到200-250ppm，通过VD炉真空处理22分钟，67Pa保持时间17分钟，底吹氮气，氮气流量前期30L/min，后期100L/min，破真空后底吹氮气15分钟，氮气流量40L/min，氮气的纯度是99.999％(O

对比例1

本发明应用于100吨转炉+100吨LF精炼+100吨VD精炼+连铸进行成坯生产工艺，采用铁水+废钢生产含氮铝镇静钢，出钢过程中采用渣洗的方式加入AD粉15(含氮9％)，AD粉15的加入量根据钢水的重量计算，每吨钢水中加入4kg的AD粉15，精炼过程不底吹氮气，通过VD炉真空处理20分钟，67Pa保持时间14分钟，底吹氩气，吹氩流量前期30L/min，后期100L/min、上连铸、成材，钢中氮含量可以稳定控制在80-100ppm。

对比例2

本发明应用于100吨转炉+100吨LF精炼+100吨VD精炼+连铸进行成坯生产工艺，采用铁水+废钢生产含氮铝镇静钢，在出钢过程中渣洗，不加入AD15，精炼过程全程底吹氮气约40分钟，吹氮气的流量40-120L/min，氮气的纯度是99.999％(O

对比例3

本发明应用于100吨电炉+100吨LF精炼+100吨VD精炼+连铸进行成坯生产工艺，采用全废钢冶炼生产含氮铝镇静钢，在电炉全废钢状态下，出钢过程中采用渣洗的方式加入AD粉15(含氮9％)，AD粉15的加入量根据钢水的重量计算，每吨钢水中加入6kg的AD粉15，精炼过程全程底吹氩气约40分钟，通过VD炉真空处理22分钟，67Pa保持时间17分钟，不底吹氮气，通过VD炉真空处理后上连铸，钢中氮含量可以控制在90-120ppm。

对比例4

本发明应用于100吨电炉+100吨LF精炼+100吨VD精炼+连铸进行成坯生产工艺，采用全废钢冶炼生产含氮铝镇静钢，在电炉全废钢状态下，出钢过程中渣洗，不加入AD15，精炼过程全程底吹氩气约40分钟，通过VD炉真空处理22分钟，67Pa保持时间17分钟，底吹氮气，氮气流量前期30L/min，后期100L/min，破真空后底吹氮气15分钟，氮气流量40L/min，氮气的纯度是99.999％(O

对比例5

本发明应用于100吨转炉+100吨LF精炼+100吨VD精炼+连铸进行成坯生产工艺，采用铁水+废钢生产含氮铝镇静钢，出钢过程中不加入AD粉15，精炼过程不底吹氮气，通过VD炉真空处理20分钟，67Pa保持时间14分钟，底吹氩气，吹氩流量前期30L/min，后期100L/min、上连铸、成材，钢中氮含量可以稳定控制在35-50ppm。

对比例6

本发明应用于100吨电炉+100吨LF精炼+100吨VD精炼+连铸进行成坯生产工艺，采用全废钢冶炼生产含氮铝镇静钢，在电炉全废钢状态下，出钢过程中不加入AD粉15，精炼过程全程底吹氩气约40分钟，通过VD炉真空处理22分钟，67Pa保持时间17分钟，不底吹氮气，通过VD炉真空处理后上连铸，钢中氮含量可以控制在50-60ppm。

实施例2的空白对照组为对比例5，在转炉出钢过程中不加入AD粉，精炼过程不吹氮气，钢中氮含量在35-50ppm。对比例1在转炉出钢过程中加入AD粉，精炼过程不吹氮气，钢中氮含量相比对比例5提高45-50ppm，对比例2在转炉出钢过程中不加入AD粉，精炼过程中底吹氮气，钢中氮含量相比对比例5提高35-40ppm，实施例2在转炉出钢过程中加入AD粉，精炼过程中底吹氮气，钢中氮含量相比对比例5提高115-100ppm，对比例1+对比例2相比对比例5提高的氮含量为80-90ppm，对比例1+对比例2相比对比例5提高的氮含量小于实施例2，因此本发明在出钢过程中加入AD粉和精炼过程吹氮气双联的方式具有协同促进作用。

实施例3的空白对照组为对比例6，在电炉出钢过程中不加入AD粉，精炼过程不吹氮气，钢中氮含量在50-60ppm。对比例3在电炉出钢过程中加入AD粉，真空处理过程不吹氮气，钢中氮含量相比对比例6提高40-60ppm，对比例4在电炉出钢过程中不加入AD粉，真空处理过程中底吹氮气，钢中氮含量相比对比例6提高50-60ppm，实施例3在电炉出钢过程中加入AD粉，真空处理过程中底吹氮气，钢中氮含量相比对比例6提高170-240ppm。对比例3+对比例4相比对比例6提高的氮含量在90-120ppm，对比例3+对比例4相比对比例6提高的氮含量小于实施例3，因此本发明在出钢过程中加入AD粉和真空处理过程吹氮气双联的方式具有协同促进作用。

本发明在出钢过程中接入AD粉和精炼或真空处理过程吹氮气双联的方式具有协同促进作用，可以稳定控制含氮钢中的氮含量在100-300ppm之间。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。