专利名称：一种含氮纯净钢的增氮方法
技术领域：
本发明涉及冶金行业合金钢的增氮方法，尤其涉及一种含氮纯净钢的 增氮方法。
背景技术：
根据钢的有害杂质元素或有害气体的含量，合金钢可分为普通合金 钢、纯净合金钢(以下称纯净钢)。与普通合金钢的冶炼工艺相比，纯净钢
冶炼要求B类夹杂《1.5级，C类夹杂二0级，冶炼的要求非常高。
根据钢的用途特性，某些钢中需要有一定的氮含量。例如在双相 不锈钢中，作为奥氏体相形成元素的N有重要作用在焊接接头热影响区 快速冷却时，N促进了高温下形成的铁素体逆转变为足够的二次奥氏体以 维持必要的相平衡，提高接头的耐蚀性；N可以提高富氮奥氏体相的耐孔
蚀能力，与富Cr 、 Mo的铁素体相取得平衡，提高了材料整体的耐孔蚀性 能；N能减轻Cr 、 Ni等元素在两相中分布的差异，降低选择腐蚀的倾向 性。而在炼钢过程中，经过精炼的钢液氮含量通常非常低，需要加入一定 量的氮，以满足标准要求。
现有技术中，在合金钢中增氮的方式有二种(1) 一种是添加固态
含氮合金在炼钢过程精炼后期向液态钢液加入贵重的固态含氮合金，含
氮合金中的氮元素被钢液吸收，而使钢液达到一定的氮含量；该增氮方式 的不足之处在于钢冶炼成本高，且钢的氮吸收稳定性差，易导致钢液中
的氮含量波动大，甚至氮的成分超出标准范围。(2)另一种方式是向钢
液中吹入氮气，氮气中的部分氮元素被钢液吸收，而使钢液达到一定的氮
含量；该增氮方式经济实用，N在合金钢钢液中有一定的溶解度，氮气的 价格也比较便宜，冶炼成本较低；不足之处在于在吹完氮气后，钢液纯 净度较差，不满足纯净钢要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含氮纯净钢的增氮方法，该方法可以在较 低的成本下增加钢液中的氮气量，同时又能满足纯净合金钢钢液对其纯净 度的要求。
为达上述目的，本发明的一种含氮纯净钢的增氮方法，包括下列步骤: 在含氮纯净钢钢液二次精炼的末期，采用钢包底吹氮气的方法，对钢包内
钢液进行增氮；结束吹氮后，向钢液吹入氩气，对钢液进行清洗。氮气和
氩气分别以两根管道通入钢包底。
吹入氮气的时间t2为
其中tl为3-8之间的任意一数值； X0:钢液原始氮含量； XI:过了 tl时间后钢液中的氮含量； X2:目标氮含量； Xe:氮平衡溶解度. 吹入的氮气纯度为99.5%，压力为0.4 1.0Mpa。氩气纯度为99.99%, 压力为《0.5Mpa。氮气和氩气分别以两根管道通入钢包底。
在原有的钢包单路系统上，增加一条吹氮气管路，形成二条分管路， 即氩气分管路和氮气分管路，并合并成一条总管路的管路系统。分管路设 置开关阀及压力表，连通钢包底部透气砖的总管路上有减压阀。 向钢液吹入氮气；工业氮压力0.4 1.0Mpa，纯度》99.5%。 吹氮气过程操作步骤是
(1) 开吹前先分析钢液原始氮含量xO。
(2) 关闭氩气分路开关阀，打开氮气分路开关阀对钢液吹氮气增氮， 并控制氮气压力恒定P (可以为任意值，只需过程保持恒定即可)，计时。
(3) —段时间tl后(tl为3 8min内的任一时间)，分析钢液氮含 量xl，并根据P、 tl、 x0、 xl、目标氮含量x2及氮平衡溶解度xe计算吹 氮总时间t2。 Xe为钢种特性值，可由通用的冶金手册査到。
(4) 保持压力恒定的条件下，吹氮总时间达到t2后关闭氮气分路幵 关阀，结束吹氮。
氩气要求使用纯氩，压力0 0.5Mpa，纯度》99.99%;
结束吹氮后，立刻向钢液吹入氩气对钢液清洗，使钢液纯净化，采用 钢包底吹氮气后的钢液，钢液纯净度较差，必须经过氩气弱搅拌清洗。
氩气弱搅拌压力《0.15Mpa，且钢水不露出渣面。氩气弱搅拌时间(t3) 控制10 20min弱搅拌毕即可浇注。
与现有的增氮方式相比，本发明具有下列优点-
生产成本低。与传统加入高价合金增氮方法对比，使用本发明的方法 可下降成本80元/t。
氮更容易控制。使用本发明的方法，成品氮含量可控制在目标值的 0.95 1.05倍范围内。
钢液更纯净。使用加入含氮合金增氮，容易把合金中的杂质带入钢液， 污染钢液；同时加入含氮合金后用于均匀的强搅拌也容易使钢液再氧化。 如单吹入氮气不经氩气清洗，钢液将富含氧化物夹杂，形成缺陷，无法生 产出纯净钢材，本发明所使用的方法可生产出B类夹杂《1.5级，C类夹 杂O级的纯净钢材。
图1为本发明的钢包底吹氮气和氩气的管路图。
具体实施例方式
实施例1
含氮钢种经100t电炉处理、100t钢包炉精炼及VD真空脱气处理后， 钢液中氮为0.012% (标准氮要求0.03% 0.06%，目标0.045%)，其他化
学成分均已合格。
如图1，钢包底吹系统为装有两条分管路的管路系统，在原有的钢包 单路系统上，增加一条吹氮气管路，形成二条分管路，即氩气分管路l和 氮气分管路2，并合并成一条总管路的管路系统。分管路设置开关阀及压 力表3，连通钢包4底部透气砖41的总管路上有减压阀5。
检査气体原始压力，纯氩压力为0.5Mpa，纯度99.99%;工业氮 压力0.8Mpa，纯度99.5%。
第一步，关闭氩气，分析氮含量^=0.012%，开始吹氮气，通过减压 阀控制吹入钢包氮气压力0.55Mpa，査冶金手册，该成分钢种的Xe为 0.2369% (Xe为钢种平衡溶解度，可根据化学成分及压力两个参数即可查
得。具体钢种均可由通用冶金手册查得数据)，并计时。 第二步，吹6min后取样，分析氮xl-0.017X。
第三步，目标氮0.045%，通过公式计算得出t2=41min，故吹至41分 钟结束吹氮。
第四步，关闭氮气阀结束吹氮，同时打开氩气阀吹氩清洗，同时调整 减压阀控制氮气压力0.10Mpa，清洗时间15min。 最后测得成品氮含量0.046% 。
实施例2
含氮钢种经100t电炉处理、100t钢包炉精炼及VD真空脱气处理后， 测得钢液中氮为0.015% (标准氮要求0.03% 0.06°/0，目标0.040%)，其 他化学成分均已合格。
还是使用如图1的的具有两条分管路的管路系统， 一条吹氮气管路， 一条吹氩气管路，检查气体原始压力，纯氩压力为0.4Mpa，纯度99.99 %;工业氮压力0.4Mpa，纯度99.5%。
第一步，关闭氩气，分析氮含量乂0=0.015%，开始吹氮气，通过减压 阀控制吹入钢包氮气压力0.45Mpa，査冶金手册，该成分钢种的Xe为 0.2143% (Xe为钢种平衡溶解度，可根据化学成分及压力两个参数即可査 得。具体钢种均可由通用冶金手册査得数据)，并计时。
第二步，吹3min后取样，分析氮乂1=0.019%。
第三步，目标氮0.040%，通过公式计算得出t2=19min，故吹至19分 钟结束吹氮。
第四步，关闭氮气阀结束吹氮，同时打开氩气阀吹氩清洗，同时调整 减压阀控制氮气压力0.10Mpa，清洗时间20min。 最后测得成品氮含量0.039% 。
实施例3含氮钢种经60t电炉处理、60t钢包炉精炼及VD真空脱气处理后，测 得钢液中氮为0.014% (标准氮要求0.03% 0.06%，目标0.045%)，其他 化学成分均已合格。
还是使用如图1的的具有两条分管路的管路系统， 一条吹氮气管路， 一条吹氩气管路，检查气体原始压力，纯氩压力为0.3Mpa，纯度99.99 %;工业氮压力l.OMpa，纯度99.5%。
第一步，关闭氩气，分析氮含量xO-0.014X，开始吹氮气，通过减压 阀控制吹入钢包氮气压力0.50Mpa，査冶金手册，该成分钢种的Xe为 0.2259% (Xe为钢种平衡溶解度，可根据化学成分及压力两个参数即可查 得。具体钢种均可由通用冶金手册查得数据)，并计时。
第二步，吹3min后取样，分析氮xl-0.018X。
第三步，目标氮0.045%，通过公式计算得出t2=23min，故吹至23分 钟结束吹氮。
第四步，关闭氮气阀结束吹氮，同时打开氩气阀吹氩清洗，同时调整 减压阀控制氮气压力O.lOMpa，清洗时间17min。 最后测得成品氮含量0.045%。
实施本发明专利生产出的钢种，经模铸大钢锭其夹杂物水平B类夹杂 1.5级，C类夹杂0级，达到纯净钢材要求。
权利要求
1.一种含氮纯净钢的增氮方法，其特征在于，包括下列步骤在含氮纯净钢钢液二次精炼的末期，采用钢包底吹氮气的方法，对钢包内钢液进行增氮；结束吹氮后，向钢液吹入氩气，对钢液进行清洗。
2. 如权利要求l所述的含氮纯净钢的增氮方法，其特征在于氮气和氩 气分别以两根管道通入钢包底。
3. 如权利要求1或2所述的含氮纯净钢的增氮方法，其特征在于吹氮气的方法具体步骤为开吹前先分析钢液原始氮含量;关闭氩气分路开 关阀，打开氮气分路开关阀对钢液吹氮气增氮，并控制氮气压力恒定， 吹氮一段时间t2后关闭氮气分路开关阀，结束吹氮。
4. 如权利要求1所述的含氮纯净钢的增氮方法，其特征在于吹入氮气 的时间t2为f2^1x ^一"其中tl为3 8之间的任意一数值；X0:钢液原始氮含量；XI:过了 tl时伺后钢液中的氮含量；X2:目标氮含量；Xe:氮平衡溶解度.
5. 如权利要求l所述的含氮纯净钢的增氮方法，其特征在于在吹N后再向钢液吹入氩气的时间为10 20分钟。
6. 如权利要求1或2所述的含氮纯净钢的增氮方法，其特征在于向钢液吹入的氮气纯度为99.5°/。，压力为0.4 1.0Mpa。
7. 如权利要求l或2所述的含氮纯净钢的增氮方法，其特征在于向钢 液吹入的氩气纯度为99.99%,压力为《0.5Mpa。
全文摘要
一种含氮纯净钢的增氮方法，包括下列步骤在含氮纯净钢钢液二次精炼的末期，采用钢包底吹氮气的方法，对钢包内钢液进行增氮；结束吹氮后，立刻向钢液吹入氩气，对钢液进行清洗。氮气和氩气分别以两根管道通入钢包底。本发明在吹入氮气后吹入氩气清洗，使钢液的夹杂物被去除生产出纯净钢材，并且该方法可以在较低的成本下增加钢液中的含氮量，同时满足纯净合金钢钢液对其纯净度的要求。
文档编号C22C33/04GK101168817SQ20061011752
公开日2008年4月30日 申请日期2006年10月25日 优先权日2006年10月25日
发明者刘军占, 俊 廖, 俊 林, 陈晓文, 陈锡民 申请人:宝山钢铁股份有限公司