專利名稱：含氮超低碳不銹鋼中氮含量的精確控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于不銹鋼A0D爐冶煉領(lǐng)域，特別是一種使用AOD爐精確控制含氮不銹鋼中含氮量的方法。
背景技術(shù)：
在AOD爐冶煉含氮不銹鋼時，經(jīng)常采用向鋼水中加入氮合金的方法進行氮元素合
金化，它存在的問題是，氮合金價格都較昂貴，因此不銹鋼成本大幅增加；另外，加入氮合金
時對冶煉工藝要求較高，因此增加了不銹鋼的冶煉難度，降低了冶煉成功率。 中國專利申請?zhí)?2135251. 8公開了一種AOD爐用氮氣進行氮合金化工藝，該工
藝包括兩個步驟， 一是氮氣在不銹鋼中的溶解過程，即在整個冶煉過程吹氬氣前一直往AOD
爐中吹入氮氣進行冶煉，使氮氣在不銹鋼中達到飽和；二是一部分氮原子的脫除過程，即應(yīng)
用氬氣氣泡精煉理論脫除一部分氮含量，使鋼中溶解的氮含量達到鋼種要求的范圍之內(nèi)，
也就是根據(jù)鋼種不同在出鋼前往AOD爐中吹入不同時間的氬氣。但實踐證明，因未脫氧鋼
液中氮的溶解度受鋼液成分、熔渣、溫度等多種因素影響，鋼液對氮的吸收和脫除效率很不
穩(wěn)定，按所述方法在冶煉時存在氮含量波動較大的問題；特別是當要求的氮含量接近鋼種
固態(tài)下的飽和溶解度時，難以保證氮含量合格，這一問題在冶煉超低碳含氮不銹鋼時尤為
突出。因此，為了精確控制不銹鋼中氮的含量，各企業(yè)于是使用部分昂貴的氮化合金進行微
調(diào)，因而使成本大大增加。 發(fā)明人曾試驗了先氬后氮法，就是在鋼水進入AOD爐后，氧化及脫碳期使用純氧和純氬氣混合吹煉將碳含量脫到0.01%以下，然后在還原期先吹純氮氣再吹純氬氣冶煉。試驗證明，該方法工藝程序簡單，解決了 AOD冶煉的惰性氣體脫碳階段采用氮氣冶煉脫碳困難的毛病，氮含量控制在0. 05 0. 10%之間比較容易，但它同時存在的問題是，若要將氮含量控制到O. 10%以上時就會出現(xiàn)吹氮氣時間長、后期溫度控制困難、氮含量的波動大(一般在±0.03% )的問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)在AOD爐吹氮氣氮合金化工藝冶煉含氮不銹鋼過程中存在氮含量精確控
制困難、冶煉時間長、成本高的問題，本發(fā)明提供一種精確控制含氮不銹鋼中氮含量的方
法，該方法在冶煉含氮不銹鋼、特別是超低碳含氮不銹鋼時可以精確控制不銹鋼中的氮含
量，縮短冶煉時間、避免加入昂貴的氮化合金，節(jié)約成本。 所述目的是通過以下方案實現(xiàn)的 —種含氮超低碳不銹鋼中氮含量的精確控制方法，該方法依次包括以下步驟
a.在鋼水進入A0D爐后，同時采用氮氣和氧氣進行吹煉，吹煉過程中氧氣比例逐漸減少氮氣比例逐漸增加，直至鋼水含碳量到0. 03% ;
b.用氬氣吹煉脫碳到0. 02%以下； c.吹氬氣或先吹氮氣、后吹氬氣至還原充分，此處所說的還原是指對鋼中的富鉻
3渣進行還原； d.停止吹氬氣，采用氮氣吹煉，直至鋼水中氮含量超過要求含量；再改用氬氣吹煉，直至鋼水中氮含量達到要求含量；
e.鋼水出爐澆濤即可。 對于a步驟中氧氣與氮氣的具體比例，優(yōu)選為，最初以氧氣、氮氣按體積比4 : 1進行吹煉，逐漸過渡到氧、氮比例1 : 4。 優(yōu)選的，當需要在b步驟與c步驟之間加入合金對成分進行微調(diào)時，為達到合金熔化后與加入合金前，鋼中溫度及鋼中氮含量保持不變；升溫采用惰性氣體與氧氣的體積比為l : 4，惰性氣體先用氮氣后用氬氣，吹氮氣與吹氬氣的時間比按1 : 2 4進行控制。
優(yōu)選的，當在d步驟與e步驟之間，成分合適后，因溫度控制不當、需進行升溫調(diào)節(jié)時升溫前期惰性氣體用氮氣，升溫后期及還原過程使用氬氣，當使用氮氣與使用氬氣的時間比控制到接近l : 2 4，即可達到升溫前后鋼液中氮含量保持不變。
本發(fā)明所述方法可以達到在不使用昂貴氮化合金的前提下精確控制不銹鋼中的氮含量，縮短了冶煉時間、提高了冶煉效率，降低含氮超低碳不銹鋼冶煉成本的效果。實驗中采用本發(fā)明所述方法冶煉了德國雙相不銹鋼1.4517(相當于國內(nèi)牌號00Cr25Ni6Mo2Cu3N)禾P 1. 4460(相當于國內(nèi)牌號0Cr27Ni5Mo2N)生產(chǎn)油泵，成功在70分鐘之內(nèi)將鋼中碳含量控制在0. 03%以下，氮含量精確控制在0. 05 0. 20%范圍內(nèi)的任意值上下偏差0. 005%，由于無需加入氮化鉻、氮化錳等氮化合金，因此極大地降低了冶煉成本，利于推廣應(yīng)用。
具體實施例方式
下面就本發(fā)明所述方法做進一步說明。 在爐體的容量為5噸和A0D爐吹入的氣體流量為5mVmin情況下；當需升溫60°C達到加合金前溫度時，升溫過程用氮氣與用氬氣的時間比接近l : 3可不造成鋼中氮含量的波動。 下面是就本發(fā)明所述技術(shù)方案所做的對比實驗 目的冶煉牌號為00Cr25Ni6Mo2Cu3N的含氮不銹鋼，標準要求氮的含量控制在0. 10% 0. 20%，碳的含量控制到0. 03%以下，內(nèi)控優(yōu)選成分氮控制在0. 19%，碳的含量控制到O. 025%以下。 采用5噸的A0D爐、吹入的氣體總流量為5mVmin，冶煉5噸鋼水，在沒有明確說明的情況下，兩種方法的初始條件完全相同。 實施例1、2按中國專利申請?zhí)?2135251. 8公開的方法進行冶煉，如下所述
實施例1 13:10將鉻含量控制在規(guī)格含量下限的初煉鋼水入爐，向A0D爐內(nèi)吹氧氣和氮氣，氧氣和氮氣的比例為4 : 1 ; 13:30氧氣與氮氣的吹入比例調(diào)整為1 : 1;
13:35控制氧氣與氮氣的吹入比例為1 : 3;
13:42控制氧氣與氮氣的吹入比例為1 : 4， 13:49補加鉻鐵150公斤，石灰70公斤，加鋁，采用氧氣與氮氣的吹入比例4 : 1
4升溫6分鐘； 13:55吹氮氣5分鐘，取樣； 14:00繼續(xù)按氧氣和氮氣的比例為4 : 1吹煉2分鐘，然后再吹氮氣4分鐘到脫碳期結(jié)束； 14:06加硅鐵、鋁、并加少量石灰，吹氬氣還原4分鐘；
14:10取樣、鋼水測溫1674°C ; 14:16鋼水測溫1662°C ，此時鋼水中氮含量為0. 152 ;加入氮化鉻鐵80公斤，此時
氮含量3. 8%，鉻含量63% ; 14:18吹氬氣2分鐘； 14:20鋼水出爐，測溫1583。C澆濤。 結(jié)果用時70分鐘，成品不銹鋼中氮含量是0. 158%，與目標含量相差0.032%，碳含量0. 029 % ，與目標含量相差0. 004 % 。
實施例2 13:10將鉻含量控制在規(guī)格含量下限的初煉鋼水入爐，向AOD爐內(nèi)吹氧氣和氮氣，氧氣和氮氣的比例為4 : 1 ; 13:30氧氣與氮氣的吹入比例調(diào)整為1 : 1;
13:35控制氧氣與氮氣的吹入比例為1 : 3;
13:42控制氧氣與氮氣的吹入比例為1 : 4， 13:49補加鉻鐵150公斤，石灰70公斤，加鋁，采用氧氣與氮氣的吹入比例4 : 1
升溫6分鐘； 13:55吹氮氣5分鐘，取樣； 14:00繼續(xù)按氧氣和氮氣的比例為4 : 1吹煉2分鐘，然后再吹氮氣4分鐘到脫碳期結(jié)束； 14:06加硅鐵、鋁、并加少量石灰，吹氬氣還原4分鐘；
14:10取樣、鋼水測溫腿。C， 14:16分析結(jié)果氮含量為0. 162 ;
14:11加鋁，吹入氮氣，升溫5分鐘，然后吹氬氣攪拌2分鐘；
14:18鋼水出爐，測溫1595。C澆濤。 結(jié)果用時68分鐘，成品不銹鋼中氮含量是0. 218 % ，與目標含量相差0. 028 % ，碳含量0. 029 % ，與目標含量相差0. 004 % 。 該方法特點是碳含量控制在0. 03 %以下，氮含量能有保證的控制在0. 05 0. 20%范圍內(nèi)，但想精確控制到規(guī)格范圍的任一點比較困難，特別是難以保證控制到規(guī)格上限的某一定值。 實施例3、4、5、6按本專利方法進行冶煉，如下所述
實施例3 13:10將鉻含量控制在規(guī)格含量下限的初煉鋼水入爐，向AOD爐內(nèi)吹氧氣和氮氣，氧氣和氮氣的比例為4 : 1 ; 13:30氧氣與氮氣的吹入比例調(diào)整為1 : 1;
13:35控制氧氣與氮氣的吹入比例為1 : 3; 13:42控制氧氣與氮氣的吹入比例為1 : 4，直至鋼水含碳量到0. 03% ;
13:49補加鉻鐵150公斤，石灰70公斤，加鋁升溫6分鐘，氧氣與惰性氣體比例
4 : 1，用氮氣作惰性氣體吹入1.5分鐘，再用氬氣吹4.5分鐘； 13:55純吹氬氣5分鐘，至脫碳結(jié)束，取樣； 14:00加硅鐵、鋁并加少量石灰，吹純氬氣4分鐘充分還原； 14:05測溫1670。C、取樣;此時，鋼水中氮含量為0. 112% ; 14:07先吹純氮氣1. 5分鐘，直至鋼水中氮含量超過要求含量；再吹純氬氣2分鐘，直至鋼水中氮含量達到要求含量；
14:12測溫1608。C出爐澆濤。 結(jié)果用時62分鐘，成品不銹鋼中氮含量是0. 186%，與目標含量相差0.004%，碳含量是0. 023 % ，符合目標含量。
實施例4 13:10將鉻含量控制在規(guī)格含量下限的初煉鋼水入爐，向AOD爐內(nèi)吹氧氣和氮氣，氧氣和氮氣的比例為4 : 1 ; 13:30氧氣與氮氣的吹入比例調(diào)整為1 : 1;
13:35控制氧氣與氮氣的吹入比例為1 : 3; 13:42控制氧氣與氮氣的吹入比例為1 : 4，直至鋼水含碳量到0. 03% ; 13:49補加鉻鐵150公斤，石灰70公斤，加鋁升溫6分鐘，氧氣與惰性氣體比例
4 : 1，惰性氣體先用氮氣吹入1.5分鐘，再用氬氣吹4.5分鐘； 13:55純吹氬氣5分鐘至脫碳結(jié)束，取樣， 14:00加硅鐵、鋁并加少量石灰吹純氬氣4分鐘充分還原； 14:05測溫1610°C 、取樣，鋼水中氮含量為0. 112% ; 14:06加鋁升溫5分鐘，升溫時惰性氣體先用氮氣75秒，后用氬氣225秒；
14:11測溫1668"，取樣，鋼水中氮含量為0. 115% ; 14:12先吹純氮氣1. 5分鐘，直至鋼水中氮含量超過要求含量，再吹純氬氣2分鐘，直至鋼水中氮含量達到要求含量；
14:16測溫1608。C出爐澆濤。 結(jié)果用時66分鐘，成品不銹鋼中氮含量是0. 191%，與目標含量相差0.001%，碳含量是0. 024 % ，符合目標含量。
實施例5 0:10將鉻含量控制在規(guī)格含量下限的初煉鋼水入爐，向AOD爐內(nèi)吹氧氣和氮氣，氧氣和氮氣的比例為4 : 1 ; 0:28氧氣與氮氣的吹入比例調(diào)整為1 : 1;
0:33控制氧氣與氮氣的吹入比例為1 : 3; 0:40控制氧氣與氮氣的吹入比例為1 : 4，直至鋼水含碳量到0. 03% ; 0:49補加鉻鐵150公斤，石灰70公斤，加鋁升溫6分鐘，惰性氣體與氧氣比例
4 : 1，先用氮氣作惰性氣體吹入1.5分鐘，再用氬氣吹4.5分鐘； 0:55純吹氬氣5分鐘至脫碳結(jié)束，取樣， 1:00加硅鐵、鋁并加少量石灰先吹氮氣1分鐘，后吹氬氣3分鐘至還原充分；
l:05測溫1670°C、取樣，鋼水中氮含量為0. 148 ;
6
1:07先吹純氮氣1分鐘，直至鋼水中氮含量超過要求含量，再吹純氬氣2分鐘，直 至鋼水中氮含量達到要求含量；
1:10測溫1608t:出爐澆濤。 結(jié)果用時60分鐘，成品不銹鋼中氮含量是0. 192%，與目標含量相差0.002%，碳 含量是0. 021 % ，符合目標含量。
實施例6 0:10將鉻含量控制在規(guī)格含量下限的初煉鋼水入爐，向AOD爐內(nèi)吹氧氣和氮氣， 氧氣和氮氣的比例為4 : 1 ; 0:28氧氣與氮氣的吹入比例調(diào)整為1 : 1;
0:33控制氧氣與氮氣的吹入比例為1 : 3; 0:40控制氧氣與氮氣的吹入比例為1 : 4，直至鋼水含碳量到0. 03% ; 0:49補加鉻鐵150公斤，石灰70公斤，加鋁升溫6分鐘，惰性氣體與氧氣比例
4 : l，惰性氣體先用氮氣吹入1.5分鐘，再用氬氣吹4.5分鐘； 0:55純吹氬氣5分鐘至脫碳結(jié)束，取樣， 1:00加硅鐵、鋁并加少量石灰先吹氮氣1分鐘，后吹氬氣3分鐘充分還原；
l:05測溫1612°C、取樣，鋼水中氮含量為0. 148 ; 1:06加鋁升溫5分鐘，升溫時惰性氣體先用氮氣75秒，后用氬氣225秒；
1:11測溫167rC，取樣，鋼水中氮含量為0. 151% ; 1:12先吹純氮氣1分鐘，直至鋼水中氮含量超過要求含量；再吹純氬氣2分鐘，直 至鋼水中氮含量達到要求含量；
1:15測溫1608。C出爐澆濤。 結(jié)果用時65分鐘，成品不銹鋼中氮含量是0. 193%，與目標含量相差0.003%，碳 含量是0. 023 % ，符合目標含量。 綜上可以看出，用本發(fā)明所述方法可以實現(xiàn)縮短冶煉時間、能將不銹鋼中碳含量
精確控制在0. 03%以下，氮含量精確控制在目標值上下偏差0. 005%之內(nèi)。 需要說明的是，本實施方式所述過程只是對本發(fā)明所做的示例性說明而并不限定
它的保護范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員完全可以根據(jù)本發(fā)明所述方法對其進行改變，在不需要付
出創(chuàng)造性勞動的前提下對本發(fā)明所做的修改，都應(yīng)視為對本發(fā)明的等同替換，因此都應(yīng)在
本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種精確控制含氮不銹鋼中氮含量的方法，其特征在于它依次包括以下步驟a.在鋼水進入AOD爐后，同時采用氮氣和氧氣進行吹煉，氧氣比例大于氮氣；吹煉過程中氧氣比例逐漸減少氮氣比例逐漸增加，直至鋼水含碳量到0.03％；b.然后改用純氬氣吹煉至脫碳到0.02％以下；c.采用吹氬氣或先吹氮氣、后吹氬氣至還原充分；d.停止吹氬氣，采用氮氣吹煉，直至鋼水中氮含量超過要求含量；再改用氬氣吹煉，直至鋼水中氮含量達到要求含量；e.鋼水出爐澆濤即可。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含氮超低碳不銹鋼中氮含量的精確控制方法，其特征在于當在b步驟與c步驟之間進行合金微調(diào)時，為達到加入合金前與合金熔化后，鋼中溫度、鋼中氮含量均保持不變，升溫時惰性氣體與氧氣的體積比為l : 4，惰性氣體先用氮氣后用氬氣。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種含氮超低碳不銹鋼中氮含量的精確控制方法，其特征在于當在d步驟與e步驟之間出現(xiàn)溫度控制不當、需進行溫度調(diào)節(jié)時，可采用如下操作惰性氣體選用時，升溫前期用氮氣，升溫后期到還原過程使用氬氣，使用氮氣與使用氬氣的時間比控制到接近l : 2 4，則可達到升溫前后鋼中氮含量保持不變。
全文摘要
含氮超低碳不銹鋼中氮含量的精確控制方法，屬于不銹鋼AOD爐冶煉領(lǐng)域。針對現(xiàn)在AOD爐冶煉不銹鋼存在氮含量精確控制困難及時間長的問題，本發(fā)明提供一種含氮超低碳不銹鋼中氮含量的精確控制方法，該方法依次包括氧化期和脫碳前期采用吹氮氣、脫碳后期和還原期吹氬氣、然后依次吹氮氣和氬氣來調(diào)整氮含量的方法，它可以達到在不使用昂貴氮化合金的前提下精確控制不銹鋼中氮含量的目的，縮短了冶煉時間、提高了冶煉效率，降低含氮超低碳不銹鋼冶煉成本的效果，利于推廣應(yīng)用。
文檔編號C21C7/072GK101748242SQ201010300290
公開日2010年6月23日 申請日期2010年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月14日
發(fā)明者于建才, 何剛, 程維和 申請人:武昌船舶重工有限責任公司