专利名称：钢液的精炼脱氮方法
技术领域：
本发明涉及一种在辉光等离子气氛下对钢液进行精炼脱氮的方法。
在大多数情况下，氮是钢中的有害元素。一些要求严格的钢种，如IF钢和超纯铁素体不锈钢，其氮含量要求低于15ppm的水平。根据热力学原理，只要钢液与足够低的氮分压气氛平衡，就能使钢液中的氮脱除到极低。但在实际生产过程中，即使用真空处理或气泡冶金的方法，钢中的氮也很难降到要求的水平。因此，钢液中氮的脱除一直是困扰冶金界的难题。
本发明的任务是在钢液上方施加一个脉冲直流电场，在低真空条件下形成辉光等离子气氛并与钢液作用，达到加速脱氮反应速度和完成深脱氮的效果。
本发明的钢液精炼脱氮是在一个真空容器内进行的。盛有钢液的钢包或坩埚置于真空容器内，在钢包或坩埚的底部插上导电的电极，电极与直流脉冲电源的负极连通。在钢液面上方的空间安装一块与液面平行的导电金属板，导电金属板与钢液面的距离可以通过机械装置进行调节。导电金属板通过导线与直流脉冲电源的正极连通。
本发明的装置简图见附图
。其中1为真空容器，2为钢包或坩埚；3为需要脱氮的钢液，4为插入钢液的导电电极；5是导电金属板；6是直流脉冲电源；7是真空容器的抽气口，工作时它与真空泵系统连接；8是工作气体导入口；9为真空泵机组；10是工作气体源。
精炼脱氮处理时，真空泵机组9将容器内抽至真空，并在整个处理过程中连续运作以保持装置的低真空度。工作气体10由气体导入口8导入，工作气体由氩—氢混合气体组成，其中氢的浓度范围为0～100％。工作气体的流量视装置的大小和真空的抽气能力而定。调节流量使真空容器内的压力维持在10～3000Pa。容器内达到低真空后打开直流脉冲电源开关，在钢液面和导电金属板之间产生辉光等离子体。直流脉冲电源的电压范围为200～1200V，脉冲频率范围为5～1000kHz，单个脉冲的占空比变化范围为0～100％。钢液面与导电金属板间的距离为40～500mm 。
脱氮过程中，逸出钢液的氮在电场作用下以离子N*(上标*指离子)形式存在。由于离子N*的化学活性，它们在辉光区与电子结合，反应生成分子态的氮气如果工作气体中含有氢气，而辉光区内的氢被电离成质子H*。此时钢液上方的离子N*和质子H*发生反应生成氨脱氮生成的氮气和氨气被工作中的真空泵机组抽走。这样整个精炼脱氮反应呈现为不可逆的过程特征。
本发明的实施例是在一真空感应炉内进行的。坩埚内径为为12cm。内装20kg低碳钢液。实施时直流电压为550V，脉冲频率为2000Hz，占空比为16.6％，导电金属极与钢液面的距离为10cm。真空室内的气压为500Pa，工作气体为纯氩气。钢液的原始氮含量为75ppm，处理完毕后钢液中氮降至8ppm。不施加电场而其它条件相同的情况下，钢液最终的氮含量为25ppm。
权利要求
1.由真空系统，直流脉冲电源，工作气体和辉光等离子发生系统组成了钢液精炼脱氮装置。其工作特征是依靠直流脉冲电场在钢液上方形成氩—氢混合气体的辉光等离子体，钢液中的氮与辉光等离子体反应，逸出离子态的氮并与工作气体反应，最后形成氮气和氨气。这些气体由真空系统抽出装置从而达到脱氮的目的。
2.如权利要求1所述的真空系统，其特征为包括真空容器和真空泵机组，工作状态要求在脱氮时使真空容器内的压力范围维持在10～3000Pa。
3.如权利要求1所述的直流脉冲电源，其特征为电压为20～1200V，脉冲频率为5～1000kHz，脉冲占空比为0～100％。
4.如权利要求1所述的工作气体，其特征为氩—氢混合气体，氢含量的变化范围为0～100％。
5.如权利要求1所述的辉光等离子发生系统，其特征为系统由插入钢液的导电电极和位于钢液上方且与钢液面平行的导电金属板组成。工作时钢液连通直流脉冲电源的负极，导电金属板连通电源的正极。导电金属板与钢液面的距离通过机械装置机械装置调节，工作时此距离的变化范围为40～500mm。
全文摘要
本发明所涉及钢液精炼脱氮装置由真空系统，直流脉冲电源，工作气体和辉光等离子发生系统组成。依靠直流脉冲电场在钢液上方形成氩－氢混合气体的辉光等离子体，钢液中的氮与辉光等离子体作用，逸出离子态的氮并与工作气体反应，最后形成氮气和氨气并由真空系统抽出装置从而达到脱氮的目的。
文档编号C22B9/00GK1453372SQ02111478
公开日2003年11月5日 申请日期2002年4月25日 优先权日2002年4月25日
发明者丁伟中, 鲁雄刚 申请人:上海大学