一種金屬錳中氮含量控制工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種金屬猛中氮含量控制工藝，屬于金屬猛冶煉技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)大多數(shù)鋼而言，氮是一種有害元素，它可使鋼材產(chǎn)生時(shí)效硬化，使鋼的塑形和沖擊韌性降低，且與磷一樣能引起鋼的冷脆。此外，氮還與鋼中鈦、硼、釩、鋁等元素形成的氧化物夾雜使鋼的性能降低，表面和內(nèi)在質(zhì)量惡化。隨著對(duì)鋼材氮含量量的日益重視，如何控制鋼中的氮含量成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)之一。但脫氮并不是一件容易的事，首先，氮的離子半徑大擴(kuò)散系數(shù)小，其次在鐵合金的制備過程中經(jīng)常會(huì)存在吸氮這一過程。
[0003]隨著鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)工藝的進(jìn)步，對(duì)原材料中的微量元素提出了越來越苛刻的要求。金屬錳中含有氫、氧、氮等多種微量元素，金屬錳中氮含量的增加對(duì)用戶的進(jìn)一步冶煉有以下危害:時(shí)效硬化、藍(lán)脆、皮下氣泡、降低疲勞壽命，若要控制氮在金屬猛中的含量，需要控制化學(xué)成分、溫度、活性系統(tǒng)等多種影響因素，冶煉完成后當(dāng)金屬錳處于液態(tài)時(shí)，氮含量在250ppm左右，在不采取任何措施的情況下，饒鑄到錠模中直至冷卻氮含量增加到100ppm以上。如何降低鐵合金中的各種微量元素是擺在我們企業(yè)乃至世界鐵合金面前的一大難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，所要解決的技術(shù)問題是如何降低金屬錳中的氮元素含量。
[0005]從錳礦到最終金屬錳產(chǎn)品，其錳中氮元素的來源可分為兩種:原料本身所含有的和冶煉過程中從大氣中吸附的。但通過化驗(yàn)分析申請(qǐng)人所使用的原材料的含氮量均低于
0.001，所以申請(qǐng)人生產(chǎn)的金屬錳產(chǎn)品中的氮只能是生產(chǎn)過程中帶入的。由于目前為止還未有具體的有效的脫氮工藝，所以我們的重點(diǎn)是在冶煉的過程中盡量較少大氣吸附，探尋具體有效的工藝來降低最終金屬錳產(chǎn)品中氮的含量，以滿足新時(shí)代鋼鐵企業(yè)對(duì)其含氮量的要求。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案具體敘述如下。
[0007]申請(qǐng)人所采用的金屬錳的冶煉工藝包括如下步驟:
O原料配制，將錳礦和輔料按預(yù)定工藝混合均勻，得到混合進(jìn)料；
2)粗煉，將混合進(jìn)料送入礦熱爐中進(jìn)行粗煉，得到粗煉料；
3)成份調(diào)整，對(duì)粗煉料取樣分析，根據(jù)需要調(diào)整成份，得到調(diào)整料；
4)精煉，將調(diào)整料送入精煉爐中進(jìn)行精煉，得到精煉料；
5)精煉料澆注；
6)冷卻得到金屬錳產(chǎn)品。
[0008]為了探索金屬錳冶煉過程中的增氮來源以及降低氮含量的工藝，針對(duì)金屬錳在整個(gè)冶煉工藝的兩種不同的形態(tài)(即液態(tài)和固態(tài))，我公司對(duì)其冶煉過程中的各個(gè)工序進(jìn)行了研宄。發(fā)現(xiàn)在金屬錳生產(chǎn)的整個(gè)工藝過程中，有3條途徑可能會(huì)增加錳中的氮含量。
[0009]一、吹煉過程中帶入。這是由于吹煉所用介質(zhì)為5_7Mpa壓縮空氣，爐內(nèi)吹入壓縮空氣導(dǎo)致金屬錳增氮。
[0010]二、出錳過程中帶入。這是由于出錳時(shí)，錳水與錳包距離3米高，整個(gè)出錳過程是在空氣氛圍下完成的，錳水吸入空氣中氮導(dǎo)致金屬錳增氮。
[0011]三、澆注過程中帶入。在澆鑄、冷卻的過程中，由于合金接觸到空氣中的氮，當(dāng)合金從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程中，吸附空氣中的氮，形成游離氮或氮化物，致使增氮。
[0012]I)通過化驗(yàn)分析申請(qǐng)人所使用的原材料的含氮量均低于0.001，原料含氮量低，不做處理。
[0013]2)、4)粗煉和精煉時(shí)用含氮量低或不含氮的氣體(比如O2，壓縮0)2等)進(jìn)行吹煉。申請(qǐng)人通過多年來的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和大量的實(shí)驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)金屬錳在液態(tài)時(shí)不會(huì)大量滲氮，大量滲氮發(fā)生在金屬錳凝固過程中600?1100°C這個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)，也就是金屬錳的凝固和冷卻過程中。因此，吹煉時(shí)，只需采用含氮量低或不含氮的氣體介質(zhì)就能有效的控制滲氮現(xiàn)象。
[0014]3)調(diào)整Fe、Si含量。申請(qǐng)人根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備及工藝在生產(chǎn)合格產(chǎn)品時(shí)，通過大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)Mn彡95wt.%時(shí)，F(xiàn)e含量2wt.%?3wt.%時(shí)，金屬猛含氮量隨Fe含量的增加而降低。而且在保證產(chǎn)品合格的條件下Si含量越高，其氮含量越低，Si多0.8wt.%時(shí)，金屬錳的滲N量最低。所以在滿足產(chǎn)品要求的前提下，合理控制Fe、Si含量可降低其滲氮量。
[0015]5)、6)為抑制增氮，減少大氣中的氮吸附，一方面可以將金屬錳由液態(tài)到固態(tài)的時(shí)間縮短，另一方面可以減少與空氣接觸的時(shí)間或者隔絕空氣。
[0016]將精煉合格的樣品澆注成型的高溫模塊置于真空罐中，將模塊與空氣隔絕，由水環(huán)真空泵抽吸罐內(nèi)氣體，可降低鐵水內(nèi)微量氣體，可減少滲氮。
[0017]在充氧氛圍中澆注，或澆注后在合金處于液態(tài)時(shí)，用金屬錳回爐渣子快速覆蓋在其液體表面等方法也可有效的隔絕空氣，減少大氣吸附。
[0018]在澆鑄的過程中采取措施，對(duì)成型模塊進(jìn)行灑水或者采用循環(huán)水冷卻，幫助降溫，能夠縮短凝固時(shí)間。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下有益效果。
[0020]1、采用不含氮或者低氮介質(zhì)，能夠有效的進(jìn)一步降低錳于液態(tài)時(shí)的氮吸附量。
[0021]2、通過調(diào)整Fe、Si含量，能夠在質(zhì)量要求范圍內(nèi)，將冶煉的錳金屬液中的N含量降至最低。
[0022]3、通過隔絕空氣和縮短冷卻時(shí)間的方法，能夠有效的控制金屬錳液在降溫凝固過程中對(duì)N的吸附。
[0023]4、采用氮控制工藝后，金屬錳中，錳含量能夠穩(wěn)定在彡95wt.%，N的含量可降到
0.05wt.%以下，技術(shù)成熟可靠，N合格率可以達(dá)到95%以上。操作簡(jiǎn)單，整個(gè)澆鑄過程只需2-3名工人操作且無任何安全隱患。金屬錳控氮工藝的成功研發(fā)，滿足了國(guó)內(nèi)外鋼鐵企業(yè)對(duì)低N金屬錳的需求。
【具體實(shí)施方式】
[0024]金屬錳的冶煉工藝包括如下步驟: 1)原料配制，將錳礦和輔料按預(yù)定工藝混合均勻，得到混合進(jìn)料；
2)粗煉，將混合進(jìn)料送入礦熱爐中進(jìn)行粗煉，得到粗煉料；
3)成份調(diào)整，對(duì)粗煉料取樣分析，根據(jù)需要調(diào)整成份，得到調(diào)整料；
4)精煉，將調(diào)整料送入精煉爐中進(jìn)行精煉，得到精煉料；
5)精煉料澆注；
6)冷卻得到金屬錳產(chǎn)品。
[0025]以此冶煉工藝為基礎(chǔ)，結(jié)合以下具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0026]實(shí)施例1
一種金屬錳中氮含量控制工藝，在冶煉工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行如下操作:
1、在步驟2)粗煉和步驟4)精煉過程中，吹煉時(shí)選用壓縮02作為吹煉介質(zhì)；
I1、在工藝要求范圍內(nèi)，調(diào)整Fe的含量為2.69 wt.%，Si的含量為0.9wt.% ；
II1、在步驟5)澆注過程和步驟6)冷卻過