一种AOD冶炼不锈钢过程中的控氮方法技术

本发明专利技术公开了一种AOD冶炼不锈钢过程中的控氮方法，所述AOD冶炼不锈钢过程包含脱碳阶段及还原阶段，所述脱碳阶段，脱碳末钢水中的氮含量为铬、锰、钼质量百分含量总和的1/100‑1/75；所述还原阶段，依据成品钢氮含量，调整钢水中的氮含量至目标值，增氮方法为气体氮合金化和/或固体氮合金化，去氮方法为吹氩气。本发明专利技术根据不同钢种氮含量的具体要求，做到氮的一次命中；稳定冶炼周期；根据气体氮合金化时间及固体氮的加入量，确定过程温度的精准控制；杜绝因氮命中率较低而造成产品性能的波动。

A nitrogen control method in the process of AOD smelting stainless steel

The invention discloses a nitrogen control method in the process of AOD smelting stainless steel. The AOD smelting process includes the decarburization stage and the reduction stage. In the decarbonization stage, the nitrogen content in the decarbonization steel water is 1/100 1/75 with the sum of the content of chromium, manganese and molybdenum, and the original stage is adjusted according to the nitrogen content of the finished steel. The nitrogen content in the whole steel water is up to the target value. The nitrogen addition method is gas nitrogen alloying and / or solid nitrogen alloying, and the nitrogen removal method is argon blowing. According to the specific requirements of nitrogen content in different steel, the invention can achieve the first hit of nitrogen, stabilize the smelting cycle, determine the precise control of the process temperature according to the time of the gas nitrogen alloying and the amount of solid nitrogen, and eliminate the fluctuation of the product performance because of the low nitrogen hit rate.

【技术实现步骤摘要】
一种AOD冶炼不锈钢过程中的控氮方法
本专利技术属于冶金
，具体涉及一种AOD冶炼不锈钢过程中的控氮方法。
技术介绍
当前我国钢铁工业正处于产品结构调整阶段，特钢比例逐渐增大，而不锈钢，无磁钢，耐蚀钢，抗蠕变、疲劳钢，耐热钢等又是特钢中的精品。随着我国航空工业和海洋开发的快速发展，这些特殊材料的应用日益提上日程。氮具有强烈形成并稳定奥氏体作用，降低马氏体转变温度Ms及Md30，是发展无磁钢的理想材料。氮在腐蚀液中分解形成氨或氨离子，降低腐蚀液的酸性，进而改善钝化效果。同时氮的存在，还有助于形成致密的氮、氧化物保护层。氮可以平衡分配复相或多项钢中腐蚀元素存在，避免产生严重的选择性腐蚀。因而是发展耐蚀钢的理想材料，广泛应用于海洋开发、石化领域。氮在低温下，可以明显提高奥氏体组织中自由电子浓度，促进原子的短程有序排列，有利于原子之间以金属键结合，提高材料的韧性；同时由于氮的存在，导致奥氏体晶格膨胀，进而提高奥氏体材料屈服强度。而且在材料的变形过程中，由于氮是降低堆垛层错能的元素，促进材料在变形过程中产生晶体缺陷层错、孪晶结构，变形量较大时产生一定量的马氏体。含氮奥氏体不锈钢是一种强韧性材料。氮在高温蠕变、疲劳材料的应用。主要从两方面分析，首先在固溶体内部，由于氮的存在，滑移变形主要以平面滑移为主，在高频低振幅范围，由于平面滑移具有可逆性，因而在固溶体内部不易产生微裂纹。从晶界处考虑，由于氮和铬、钼的亲和力强于碳和铬、钼的亲和力，因而氮可以促进铬、钼在基体组织中的均匀分配，细化晶界碳化物颗粒，抑制金属间相的析出，避免晶界微孔的产生；同时氮的存在，奥氏体固溶体组织中短程有序排列，使奥氏体晶粒细化，减轻晶界上位错的聚集程度，降低晶界应力，避免晶界产生严重滑动而形成晶界微裂纹。由此提高了材料的抗蠕变断裂性能。是发展航空工业的理想材料低碳、高氮、含镍、锰、钴马氏体材料的应用，使得在腐蚀环境下高强度材料得以迅速发展。由于该材料的含碳量较低，耐腐蚀性能较高；同时在使用条件下具有马氏体组织，因而强度明显高于含氮奥氏体不锈钢。氮可以有效地调节双相钢中奥氏体和铁素体的比例，因而是双相不锈钢中不可或缺的元素。氮也是节镍元素，形成奥氏体的能力是镍的20-30倍，可以有效地降低材料的成本。但是在控氮的方法上，行业内至今没有形成统一的控氮理念。鉴于以上原因，发展含氮钢具有及其重要的战略意义。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种AOD冶炼不锈钢过程中的控氮方法。本专利技术为解决上述问题所采取技术方案如下：一种AOD冶炼不锈钢过程中的控氮方法，所述AOD冶炼不锈钢过程包含脱碳阶段及还原阶段，所述脱碳阶段，脱碳末钢水中的氮含量为铬、锰、钼质量百分含量总和的1/100-1/75；所述还原阶段，依据成品钢氮含量，调整钢水中的氮含量至目标值，增氮方法为气体氮合金化和/或固体氮合金化，去氮方法为吹氩气。本专利技术所述还原阶段，钢水中铬+锰+钼含量≤30%时，成品钢氮含量≤3000ppm时，采用气体氮合金化；成品钢氮含量＞3000ppm时，分两阶段进行，氮含量在0-3000ppm阶段，采用气体氮合金化，氮含量超过3000ppm阶段，采用固体氮合金化，合金可选用氮化铬或氮化锰。本专利技术所述还原阶段，钢水中铬+锰+钼含量＞30%时，成品钢氮含量≤3500ppm时，采用气体氮合金化；成品钢氮含量＞3500ppm时，分两阶段进行，氮含量在0-3500ppm阶段，采用气体氮合金化，氮含量超过3500ppm阶段，采用固体氮合金化。本专利技术所述还原阶段，气体氮合金化工序，氮的吸收率与成品钢氮含量的关系如下：1m³氮气在不同出钢量条件下，其增氮总量Q=L/W*1000000，其中Q：1m³氮气在不同含氮区间的钢水中增氮总量，单位ppm；W：钢水重量，单位kg；L：1m³氮气在不同含氮区间的增氮量，单位kg。本专利技术本专利技术所述还原阶段，气体氮合金化工序，吹氩气的去氮量与成品钢氮含量的系如下：1m³氩气在不同出钢量条件下，其去氮总量G=K/W*1000000，其中G：1m³氩气在不同含氮区间脱氮总量，单位ppm；W：钢水重量，单位kg；L：1m³氩气在不同含氮区间的脱氮量，单位kg。本专利技术所述还原阶段，固体氮合金化工序，氮的吸收率与成品钢氮含量的关系如下：在固体氮合金化时，其氮的吸收率基本变化不大，一般按照50-60%进行计算即可。1m³氮气在钢水中不同含氮区间增氮量参考表1，1m³氩气不同含氮区间去氮量参考表2。表11m³氮气不同含氮区间增氮量表21m³氩气不同含氮区间去氮量本专利技术所述还原阶段，固体氮合金化工序，氮的吸收率与成品钢氮含量的关系如下：在固体氮合金化时，其氮的吸收率基本变化不大，一般按照50-60%进行计算即可。本专利技术所述脱碳阶段，钢水温度为1600℃时，脱碳末钢水中的氮含量为铬、锰、钼质量百分含量总和的1/75。本专利技术所述脱碳阶段，钢水温度为1700℃时，脱碳末钢水中的氮含量为铬、锰、钼质量百分含量总和的1/100。本专利技术所述AOD冶炼不锈钢，包括氮奥氏体不锈钢、双相不锈钢、低碳高氮软马氏体不锈钢。本专利技术根据成品氮含量的要求，首先确定气体氮合金化时间温降和固体氮合金加入量的温降，进而运用热平衡计算得出脱碳末温度或者加锰升温后温度，以利于冶炼过程的温度控制和终渣质量的保证，避免因温度控制不当造成的钢水二次氧化而恶化钢质。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本专利技术根据不同钢种氮含量的具体要求，做到氮的一次命中；稳定冶炼周期；根据气体氮合金化时间及固体氮的加入量，确定过程温度的精准控制；杜绝因氮命中率较低而造成产品性能的波动。2、本专利技术明确了氮合金化时间，进而准确控制了氮合金化后的温度，避免了温度偏低时造成二次供氧，恶化钢质，温度偏高时造成二次合金化，使气体、辅料、耐材消耗升高等问题。具体实施方式实施例1以高氮奥氏体不锈钢0Cr25Ni16Mn6NV钢种为例，说明其控氮过程，出钢量60吨。本钢种主要化学成分及质量百分含量如下：C：0.04-0.05%，Cr：25-26%，Ni：15.5-16.5%，Mn：5.5-6.5%，N：0.40-0.50%。Cr+Mn+Mo含量为31%，脱碳过程全程吹氮，脱碳末期温度1700℃，脱碳末钢水中氮含量为0.31%。在还原期气体氮合金化期间，依据增氮公式进行计算，氮含量由3100ppm增至3250ppm需要增氮150ppm，此范围1m³氮气增氮值0.12/60000*1000000=2ppm，需吹氮气150/2=75m³；氮含量由3250ppm增至3500ppm，需要增氮250ppm，此范围1m³氮气增氮值0.06/60000*1000000=1ppm，需吹氮气250/1=250m³；合计吹入氮气75+250=325m³；此时氮含量约3500ppm。在还原期固体氮合金化期间，加入氮化铬1200公斤，氮回收率60%，氮化铬含氮8.30%，将氮含量增至约4500ppm。实际检测值4350ppm。实施例2以双相不锈钢2205钢种为例，中国标准00Cr22Ni5Mo3N，说明其控氮过程，出钢量30吨。本钢种主要化学成分及质量百分含量如下：C≤0.03%，Cr：21.5-22.5%，Ni：5.0-5.5%，Mn：1.0%本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种AOD冶炼不锈钢过程中的控氮方法，其特征在于，所述AOD冶炼不锈钢过程包含脱碳阶段及还原阶段，所述脱碳阶段，脱碳末钢水中的氮含量为铬、锰、钼质量百分含量总和的1/100‑1/75；所述还原阶段，依据成品钢氮含量，调整钢水中的氮含量至目标值，增氮方法为气体氮合金化和/或固体氮合金化，去氮方法为吹氩气。

【技术特征摘要】
1.一种AOD冶炼不锈钢过程中的控氮方法，其特征在于，所述AOD冶炼不锈钢过程包含脱碳阶段及还原阶段，所述脱碳阶段，脱碳末钢水中的氮含量为铬、锰、钼质量百分含量总和的1/100-1/75；所述还原阶段，依据成品钢氮含量，调整钢水中的氮含量至目标值，增氮方法为气体氮合金化和/或固体氮合金化，去氮方法为吹氩气。2.根据权利要求1所述的一种AOD冶炼不锈钢过程中的控氮方法，其特征在于，所述还原阶段，钢水中铬+锰+钼含量≤30%时，成品钢氮含量≤3000ppm时，采用气体氮合金化；成品钢氮含量＞3000ppm时，分两阶段进行，氮含量在0-3000ppm阶段，采用气体氮合金化，氮含量超过3000ppm阶段，采用固体氮合金化。3.根据权利要求1所述的一种AOD冶炼不锈钢过程中的控氮方法，其特征在于，所述还原阶段，钢水中铬+锰+钼含量＞30%时，成品钢氮含量≤3500ppm时，采用气体氮合金化；成品钢氮含量＞3500ppm时，分两阶段进行，氮含量在0-3500ppm阶段，采用气体氮合金化，氮含量超过3500ppm阶段，采用固体氮合金化。4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种AOD冶炼不锈钢过程中的控氮方法，其特征在于，所述还原阶段，气体氮合金化工序，氮的吸收率与成品钢氮含量的关系如下：1m³氮气在不同出钢量条件下，其增氮总量Q=L/W*1000000，其中Q：1m³氮气在不同含氮区间的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴广海，曹洪波，马富平，郭键，叶凡新，韩清连，姜方，白李国，王秋坤，冯文甫，郭志彬，王晓亮，
申请(专利权)人：邢台钢铁有限责任公司，
类型：发明
国别省市：河北,13