专利名称：含氮高合金耐热钢ZG3Cr24Ni7N的冶炼工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于冶炼技术领域，尤其涉及到含氮高合金耐热钢ZG3Cr24Ni7N的冶炼工艺。
背景技术：
随着国民经济的发展，含氮耐热钢因具有高温抗氧化性能好、高温持久强度高、热疲劳性能好而用途广泛，如建材、冶金、化工及电力行业中对耐热钢的需求不断增 力口，ZG3Cr24Ni7N属含氮高合金耐热钢，具有良好的抗氧化性和高温强度，使用温度可达1050°C，常用作硅钢片退火炉内罩、渗碳炉罐、退火炉底板、加热炉底辊、炉爪、合成氨设备支承板及炉管等。ZG3Cr24Ni7N含氮高合金耐热钢铸件的冶炼过去是经电弧炉冶炼浇注的，冶炼分熔化、氧化、还原三期，该冶炼方法存在以下缺陷
(1)、氮的合金化一般是在冶炼后期加入氮化合金(如氮化铬铁、氮化锰铁)来实现的，氮化铬铁、氮化锰铁一般杂质含量较高，污染钢液；
(2)、由于氮化合金价格昂贵，合金化时氮的收得率较低，冶炼合金成本很高；
(3)、化学成分难以控制，容易造成碳、氮等成分出格；
(4)、铬合金需求量大，且回收率不稳定，容易造成浪费；
(5)、熔化和氧化过程吹入大量的氧气，造成钢水含氧量高，夹杂物和气体含量高，铸件表面易广生气孔，废品率闻;
(6)、钢水黏度高，不易浇注。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种含氮高合金耐热钢ZG3Cr24Ni7N的冶炼工艺，利用资源丰富且廉价的氮气作原料，通过向钢液吹氮进行氮的合金化，可大幅度降低含氮钢的生产成本。通过合理的工艺提高合金回收率，解决了化学成分不易控制的难题，提闻了钢水冶金质量。为实现上述发明的目的，本发明采用如下技术方案
所述的含氮高合金耐热钢ZG3Cr24Ni7N的冶炼工艺，其工艺流程为钢水包准备一电弧炉初炼一钢包精炼+包底吹氮气，其中
(1)、钢包准备
认真检查钢包各部位，钢包安装滑动水口、滑板以及填引流砂；要求钢包烘烤4小时以上，钢包温度达到800°C以上；
(2)、电炉初炼
a)、配料；
考虑到精炼期合金有40 50%的加入量，配料时应配入60 50%的废钢料；
b)、装料将废钢料装入电炉中，且在电炉的底部铺装大于等于2t的活性石灰；
C)、熔化
电极下端形成熔池，即开始吹氧助熔，造泡沫渣，大量放渣脱磷；
d)、调整化学成分出钢 出钢温度为1650 1680°C，且钢水中P彡0. 006%,出钢前加入合金及预熔渣，合金的加入量应使得钢水中C :0. 10 0. 18%，Mn :0. 3%, Si :0. 8%，铝的加入量按每吨钢水加入IKg计算加入；
(3)、钢包精炼+包底吹氮气
a)、包底吹気
钢包精炼采用电弧加热，搅拌方式为包底吹氩搅拌；
b)、喂铝线预脱氧
按每吨钢水喂入铝线0. 33Kg向钢水中喂入铝线；
C)、造渣
向钢水中添加石灰、萤石以及扩散脱氧剂； d )、提温
快速提高钢水的温度至1640°C以上，调整化学成分；
e)、合金化
按照ZG3Cr24Ni7N中镍成分的规格下限7. 00%和铬成分的规格下限23. 00%分别计算出镍、铬的加入量，向钢水中加入镍板和铬铁、氮化铬铁(氮不计烧损按0. 3%加入氮化铬铁)，且先加铬铁再加氮化铬铁，加氮化铬铁前须提前将钢包底吹氩气置换成钢包底吹氮气，氮气压力2. 5 3. 5kg,流量45 65L/min，铬铁要分三到四批加入，后一批加入前要确保前一批铬铁完全融化，铬铁加入量达70%后，取样全分析，根据取样结果调整合金元素的加入量至规格要求；
f)、保持炉内气氛
始终保证炉内微正压，适时补加渣料，保持还原气氛；
g)、出钢
出钢温度为1580 1590°C ；
h)、喂铝线终脱氧
按每吨钢水0. 33Kg向钢水中喂铝线；
i)、吹氮处理
吹氮处理钢水，氮气压力I I. 5kg,流量20 30L/min，保证钢液表面有微小波动，不能见钢水売面；j)、放掉引流砂确保引流砂放净；k)、浇注
起包浇注温度为1540 1560°C。由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性
1、化学成分易控制，C、N等可稳定进入规格；
2、冶金质量提闻，气体和夹杂减少；3、合金回收稳定，浪费减少；
4、吹氮合金化，减少氮化铬用量，成本降低。
具体实施例方式本发明主要用于含氮高合金耐热钢ZG3Cr24Ni7N的冶炼和浇注，例如$
4.0 X 11. 7m转炉上的上下车体的冶炼浇注，工艺重量31. 81，计划钢水量3 61，电炉出20t钢水，合金用量18t。引用标准JB/T6403-92，化学成分如下C: 0. 27-0. 37%、Si: I. 30-2. 00 Mn:0. 30-0. 80 %、S 彡 0. 030 %、P 彡 0. 035 Cr:23. 00-26. 00Ni:7. 00-8. 70%,N:0. 20-0. 30%。具体工艺实施如下
(I)、钢水包准备
使用40t钢水包，钢包各部位检查正常，烘烤6小时，温度达到800 °C以上。盛接钢水前检查透气砖，透气良好。(2)、使用30t电弧炉初炼
a)、配料
配入钢屑lit、料头15t、生铁8t (炉内留钢水IOt)；
b)、装料
将废钢料装入电炉中，且在电炉的底部铺4t的活性石灰；
C)、熔化
电极下端形成熔池，即开始吹氧助熔，造泡沫渣，大量放渣脱磷，
d)、调整化学成分出钢
钢水温度1680°C，钢中P :0. 006%, C :0. 10%,出钢。出钢时向钢水中加入500Kg预熔渣和 Si-Mn 合金 200Kg、Si-Fe 合金 300Kg,铝 20Kg。出 19. 4t 钢水；
(3)钢包精炼+包底吹氮气
a)、包底吹気
包底吹氩气，氩气流量60L/min，压力3Kg，钢水面有明显气流涌出；
b)、喂铝线预脱氧 向钢水喂铝线12Kg ；
C)、造渣
向钢水中加入石灰和萤石造稀薄渣，避免了钢水在提温过程吸气，加入碳粉和硅铝铁粉造还原渣；d )、提温
快速提温至1690°C，调整化学成分；
e)、合金化
加入第一批低碳铬铁合金，之后每提温10 - 15分钟，温度在1630以上加入一批低碳铬铁合金，共加入4批低碳铬铁合金，每批加入量分别为2140kg、1650kg、4030kg和3000kg，总计10820kg。随后钢水温度1682时，加入Ni板2600kg。20分钟后取样分析，C :
0.19%, Cr 19. 20%, Ni :7. 70%、N:0. 02%，包底吹氩搅拌改为吹氮搅拌，氮气压力3kg，流量60L/min，加入氮化铬1200kg，再加入中碳铬铁合金2000kg，Si — Fe合金250kg。33分钟时，钢水温度 1644°C取样 C:0.28%、Mn :0. 55%、Cr :21. 50%、Ni :7. 30%、N:0. 23%,中铬 100kg，Ni 板 140kg。20 分钟后取样 C:0. 30%、 Mn 0. 55%, Si 1. 63%, Cr 22. 65%, Ni7. 35%, N:0. 25% (样 I)、N :0. 21% (样 2)，补加低铬 1000kg。30 分钟后取样C:0. 30%, Mn 0. 51%, Si :1. 54%, Cr :23. 60%, Ni :7. 33%, N :0. 22% ；
f)、保持炉内气氛
炉内微正压气氛保持良好，先后四次补加硅铝铁粉和碳粉，分别为硅铝铁粉20Kg和碳粉20Kg、硅铝铁粉25Kg和碳粉25Kg、硅铝铁粉20Kg和碳粉20Kg、硅铝铁粉45Kg和碳粉25Kg；
g)、出钢
钢水化学成分C:0. 37%、Si 1. 54%, Mn :0. 50%、S:0. 006%, P:0. 025%, Cr 24. 60%, Ni 7. 30%, N:0. 27%，温度 1589°C出钢。h)、喂铝线终脱氧 向钢水喂入铝线12Kg ；
i)、吹氮处理
吹氮处理钢水，氮气压力I. 5kg,流量30L/min,保证钢液表面有微小波动,未能见钢水亮面。j)、放掉引流砂
放出全部引流砂，放钢量0. 5t以确保引流砂放净； k)、浇注
起包浇注温度1558°C，浇注正常。
具体实施结果是实际钢水量37. 51t，N的回收率82. 7% (之前40% 75% )，Cr的回收率97. 5% (之前90% 95%)，化学成分控制满足规格要求，包底吹氩和吹氮有效的去除气体和夹杂，顺利完成铸件浇注。
权利要求
1.一种含氮高合金耐热钢ZG3Cr24Ni7N的冶炼工艺，其特征是工艺流程包含钢水包准备一电弧炉初炼一钢包精炼+包底吹氮气，其中 (1)、钢包准备 认真检查钢包各部位，钢包安装滑动水口、滑板以及填引流砂；要求钢包烘烤4小时以上，钢包温度达到800°C以上； (2)、电炉初炼 a)、配料； 考虑到精炼期合金有40 50%的加入量，配料时应配入60 50%的废钢料； b)、装料 将废钢料装入电炉中，且在电炉的底部铺装大于等于2t的活性石灰； C)、熔化 电极下端形成熔池，即开始吹氧助熔，造泡沫渣，大量放渣脱磷； d)、调整化学成分出钢 出钢温度为1650 1680°C，且钢水中P彡0. 006%,出钢前加入合金及预熔渣，合金的加入量应使得钢水中C :0. 10 0. 18%，Mn :0. 3%, Si :0. 8%，铝的加入量按每吨钢水加入IKg计算加入； (3)、钢包精炼+包底吹氮气 a)、包底吹気 钢包精炼采用电弧加热，搅拌方式为包底吹氩搅拌； b)、喂铝线预脱氧 按每吨钢水喂入铝线0. 33Kg向钢水中喂入铝线； C)、造渣 向钢水中添加石灰、萤石以及扩散脱氧剂； d )、提温 快速提高钢水的温度至1640°C以上，调整化学成分； e)、合金化 按照ZG3Cr24Ni7N中镍成分的规格下限7. 00%和铬成分的规格下限23. 00%分别计算出镍、铬的加入量，向钢水中加入镍板和铬铁、氮化铬铁(氮不计烧损按0. 3%加入氮化铬铁)，且先加铬铁再加氮化铬铁，加氮化铬铁前须提前将钢包底吹氩气置换成钢包底吹氮气，氮气压力2. 5 3. 5kg,流量45 65L/min，铬铁要分三到四批加入，后一批加入前要确保前一批铬铁完全融化，铬铁加入量达70%后，取样全分析，根据取样结果调整合金元素的加入量至规格要求； f)、保持炉内气氛 始终保证炉内微正压，适时补加渣料，保持还原气氛； g)、出钢 出钢温度为1580 1590°C ； h)、喂铝线终脱氧 按每吨钢水0. 33Kg向钢水中喂铝线； i)、吹氮处理吹氮处理钢水，氮气压力1 1. 5kg,流量20 30L/min，保证钢液表面有微小波动，不能见钢水売面；j)、放掉引流砂确保引流砂放净；k)、浇注 起包浇注温度为1540 1560°C。
全文摘要
本发明公开了一种含氮高合金耐热钢ZG3Cr24Ni7N的冶炼工艺，工艺流程包含钢水包准备→电弧炉初炼→钢包精炼+包底吹氮气，利用资源丰富且廉价的氮气作原料，通过向钢液吹氮进行氮的合金化，可大幅度降低含氮钢的生产成本，通过合理的工艺提高合金回收率，解决了化学成分不易控制的难题，提高了钢水冶金质量。
文档编号C21C5/52GK102618795SQ201210084060
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月27日 优先权日2012年3月27日
发明者崔正阳, 赵琦 申请人:中信重工机械股份有限公司