一种加压感应与保护气氛电渣重熔双联制备高氮钢的方法与流程

技术特征：

1.一种加压感应与保护气氛电渣重熔双联冶炼高氮钢的方法，其特征在于按以下步骤进行：

(1)根据高氮钢的目标氮含量，利用公式①确定铸锭的氮含量；所述的高氮钢为高氮马氏体钢，其目标成分按质量百分比为：C 0.1～0.6％，Mn 0～5％，Cr 12～20％，Si≤1％，Mo 0～3％，N 0.1～0.35％，Ni 0.1～2％，V 0～1％，余量为Fe；所述的公式①为：

[％N]₁＝[％N]+(0.1～0.3)

式中，[％N]₁表示铸锭的目标氮质量百分数，[％N]表示高氮钢的目标氮质量百分数；

结合目标钢种的成分、冶炼原料成分和所要冶炼钢锭重量，计算所需各种原料的重量，配制冶炼原料；

(2)通过公式②计算出加压感应熔炼过程的冶炼压力p₁；所述的公式②为：

$\begin{array}{c}\lg {\[\%N\]}_1=\frac{1}{2}\lg (p_1/p^{\mathrm{\Θ}})-\frac{188}{T}-1.17-\{(\frac{3280}{T}-0.75)\[0.13(\[{\mathrm{\%N}}_1\]+0.3)\]+0.118\[\%C\]+0.043\[\%Si\]\\ +0.011\[\%Ni\]+3.5\×{10}^{-5}{\[\%Ni\]}^2-0.024\[\%Mn\]+3.2\×{10}^{-5}{\[\%Mn\]}^2-0.01\[\%Mo\]\\ +7.9\×{10}^{-5}{\[\%Mo\]}^2-0.048\[\%Cr\]+3.5\×{10}^{-4}{\[\%Cr\]}^2)-0.098\[\%V\]+0.06\lg \sqrt{p_1/p^{\mathrm{\Θ}}}\}\end{array}$

式中：T为冶炼温度，单位为K；[％N]₁为铸锭中氮的质量百分数，[％C]为铸锭中碳的质量百分数，[％Mn]为铸锭中锰的质量百分数，[％Cr]为铸锭中铬的质量百分数，[％Si]为铸锭中硅的质量百分数，[％Mo]为铸锭中钼的质量百分数，[％V]为铸锭中钒的质量百分数，[％Ni]为铸锭中镍的质量百分数，p₁为冶炼压力，单位为MPa；p^Θ为标准大气压，单位为MPa；

(3)通过公式③计算浇铸压力p₂；所述的公式③为：

p₂＝[p₁+(0.5～0.9)]

式中：p₂为浇铸压力，单位为MPa；

(4)准备冶炼原料；将工业纯铁和含铬成分含钼成分置于加压感应炉的坩埚内，放入或不放入含钼成分和金属镍；将石墨和工业硅置于加料仓内，放入或不放入含钒成分以及含锰成分，最后加入镍镁合金；所述的含铬成分为金属铬或铬铁合金，所述的含钼成分为金属钼或钼铁合金，所述的含锰成分为金属锰或电解锰，所述的含钒成分为金属钒或钒铁合金；

(5)对加压感应炉抽真空至10Pa以下，通电升温，熔化坩埚内的冶炼原料；

(6)待加压感应炉坩埚中冶炼原料全部熔化之后，向炉内通入氩气至10～50kPa，从加料仓向坩埚中加入全部石墨总质量的40～80％，再次对加压感应炉抽真空，进行真空碳脱氧反应，直至真空度到10Pa以下且液面平稳，不再有气泡产生，完成真空碳脱氧反应；

(7)真空碳脱氧结束后，从加料仓加入工业硅，进行二次脱氧；然后向加压感应炉内充入氮气至冶炼压力p₁，然后向坩埚中依次加入含锰成分、含钒成分和剩余的石墨进行合金化，最后加入镍镁合金进行深脱氧；

(8)将深度脱氧后的物料在1530～1590℃温度下保温5～10min，使钢液中合金元素分布均匀；

(9)向加压感应炉内充入氮气至压力为浇铸压力p₂，然后进行浇铸，浇铸温度为1530～1590℃；浇铸结束后，冷却30min以上，之后浇铸压力减压至常压，脱出钢锭；

(10)采用保护气氛电渣重熔炉，将钢锭按照保护气氛电渣重熔炉所要求的充填比锻造成自耗电极，焊接到假电极上，将假电极装卡在电极夹持器上；

(11)将预熔渣在300～800℃条件下烘烤5～9小时；在自耗电极下面的底水箱上放置引弧环、0.30±0.05kg引弧屑和占总质量8～10％的预熔渣，使自耗电极和下面的底水箱及引弧屑紧密接触，保证通电后有电流通过；

(12)闭合保护罩，通入压强为0.2±0.05MPa流量为15～20NL/min氮气进行炉底吹扫，同时开启排烟装置，排除保护气氛电渣重熔炉内的空气，时间5～10min；

(13)关闭排烟阀门，向结晶器及保护罩内通入氮气，流量为10～15NL/min，保持保护罩内压力高于大气压0.05～0.1MPa；

(14)开启供水系统向结晶器的冷却水夹套内供水，闭合交流电源，采用固态起弧方法进行起弧造渣，化渣电压24～32V，化渣电流500～2200A，化渣时间20～25min，化渣过程中以0.5～1.5kg/min的速度均匀加入渣料；

(15)化渣完成后，调整电压至35～38V、电流至1800～2600A，开始熔炼，熔速控制方程为v＝(0.6～0.7)×D kg/h，式中，D为加压电渣重熔炉结晶器尺寸，单位为mm；电渣重熔过程中以0.4～0.7kg/吨钢的比例加入硅钙合金粉末作为脱氧剂；

(16)采用每次降低电流500～1000A的方式进行补缩，确保补缩填充充分，保证补缩端面平整；

(17)补缩结束后，抬升假电极，冶炼结束；关闭交流电源，待钢锭冷却后，关闭结晶器冷却水，脱出电渣锭，获得高氮钢。

2.一种加压感应与保护气氛电渣重熔双联冶炼高氮钢的方法，其特征在于按以下步骤进行：

(1)根据高氮钢的目标氮含量，利用公式①确定铸锭的氮含量；所述的高氮钢为高氮奥氏体不锈钢，其成分按质量百分比为：C≤0.1％，Mn 12～25％，Cr 15～30％，Si≤1％，Mo 0～4.5％，N 0.65～0.85％，Ni 0.1～8％，余量为Fe；利用公式④确定全部冶炼原料中氮的质量百分数，所述的公式④为：

[％N]₂＝[-0.02p₁/p^Θ+(0.65～0.75)]×[[％N]₁+(0.2～0.5)]

式中，[％N]₂表示全部冶炼原料中氮的质量百分数，[％N]₁表示铸锭中氮的质量百分数；p₁为冶炼压力，单位为MPa；p^Θ为标准大气压，单位为MPa；

结合目标钢种的成分、冶炼原料成分和所要冶炼钢锭重量，计算所需各种原料的重量，配制冶炼原料；

(2)通过公式⑤计算出加压感应熔炼过程的冶炼压力p₁；所述的公式⑤为：

$\begin{array}{c}\lg {\[\%N\]}_1=\frac{1}{2}\lg (p_1/p^{\mathrm{\Θ}})-\frac{188}{T}-1.17-\{(\frac{3280}{T}-0.75)\[0.13(\[{\mathrm{\%N}}_1\]+0.3)\]+0.118\[\%C\]+0.043\[\%Si\]\\ +0.011\[\%Ni\]+3.5\×{10}^{-5}{\[\%Ni\]}^2-0.024\[\%Mn\]+3.2\×{10}^{-5}{\[\%Mn\]}^2-0.01\[\%Mo\]\\ +7.9\×{10}^{-5}{\[\%Mo\]}^2-0.048\[\%Cr\]+3.5\×{10}^{-4}{\[\%Cr\]}^2)-0.098\[\%V\]+0.06\lg \sqrt{p_1/p^{\mathrm{\Θ}}}\}\end{array}$

式中：T为冶炼温度，单位为K；[％N]₁为铸锭中氮的质量百分数，[％C]为铸锭中碳的质量百分数，[％Mn]为铸锭中锰的质量百分数，[％Cr]为铸锭中铬的质量百分数，[％Si]为铸锭中硅的质量百分数，[％Mo]为铸锭中钼的质量百分数，[％Ni]为铸锭中镍的质量百分数；

(3)通过公式⑥计算浇铸压力p₂；所述的公式⑥为：

式中：p₂为浇铸压力，单位为MPa；

(4)准备冶炼原料，将工业纯铁和含铬成分置于加压感应炉的坩埚内，放入或不放入含钼成分以及金属镍；将石墨、工业硅、含锰成分、氮化铬、电解铝和硅钙合金置于加料仓内，最后放入镍镁合金；所述的含铬成分为金属铬或铬铁合金，所述的含钼成分为金属钼或钼铁合金，所述的含锰成分为金属锰或电解锰；

(5)对加压感应炉抽真空至10Pa以下，通电升温，熔化坩埚内的冶炼原料；

(6)待加压感应炉坩埚中冶炼原料全部熔化之后，向炉内通入氮气至冶炼压力p₁，从加料仓向坩埚中依次加入工业硅、含锰成分、氮化铬和石墨进行合金化，同时添加电解铝和硅钙合金进行脱氧和夹杂物变质处理，最后加入镍镁合金进行深脱氧；

(7)将深度脱氧后的物料在1530～1590℃温度下保温5～10min，使钢液中合金元素分布均匀；

(8)向加压感应炉内充入氮气至压力为浇铸压力p₂，然后进行浇铸，浇铸温度为1530～1590℃；浇铸结束后，冷却30min以上，之后浇铸压力减压至常压，脱出钢锭；

(9)采用保护气氛电渣重熔炉，将钢锭按照保护气氛电渣重熔炉所要求的充填比锻造成自耗电极，焊接到假电极上，将假电极装卡在电极夹持器上；

(10)将预熔渣在300～800℃条件下烘烤5～9小时；在自耗电极下面的底水箱上放置引弧环、0.30±0.05kg引弧屑和占总质量8～10％的预熔渣，使自耗电极和下面的底水箱及引弧屑紧密接触，保证通电后有电流通过；

(11)闭合保护罩，通入压强为0.2±0.05MPa流量为15～20NL/min氮气进行炉底吹扫，同时开启排烟装置，排除保护气氛电渣重熔炉内的空气，时间5～10min；

(12)关闭排烟阀门，向结晶器及保护罩内通入氮气，流量为10～15NL/min，保持保护罩内压力高于大气压0.05～0.1MPa；

(13)开启供水系统向结晶器的冷却水夹套内供水，闭合交流电源，采用固态起弧方法进行起弧造渣，化渣电压24～32V，电流500～2200A，时间20～25min，化渣过程中以0.5～1.5kg/min的速度均匀加入渣料；

(14)化渣完成后，调整电压至35～38V、电流至1800～2600A，开始熔炼，熔速控制方程为v＝(0.6～0.7)×D kg/h，式中，D为加压电渣重熔炉结晶器内径，单位为mm；电渣重熔过程中以0.4～0.7kg/吨钢的比例加入金属铝颗粒或硅钙合金粉末作为脱氧剂；

(15)采用每次降低电流500～1000A的方式进行补缩，确保补缩填充充分，保证补缩端面平整；

(16)补缩结束后，抬升电极，冶炼结束；关闭交流电源，待钢锭冷却后，关闭结晶器冷却水，脱出电渣锭，获得高氮钢。

3.根据权利要求1或2所述的一种加压感应与保护气氛电渣重熔双联冶炼高氮钢的方法，其特征在于所述的预熔渣的组成按重量百分比为：CaO 17±1％，Al₂O₃ 15±1％，SiO₂ 2±0.5％，MgO 3±0.5％，其余为CaF₂。