[发明专利]钢包炉用氮气进行氮合金化工艺

说明书

技术领域

本发明涉及不锈钢的冶炼技术，特别涉及钢包炉(LF)冶炼含氮不锈钢生产的钢包炉用氮气进行氮合金化工艺。

背景技术

不锈钢是指具有抵抗大气、酸、碱和盐等腐蚀作用的合金钢的总称。通常所说的“不锈钢”是指其抗腐蚀性能，可归因于在氧化的环境中，形成一层氧化铬表面膜，这层薄膜具有不溶解、能自行恢复和无气孔的特点。氩氧脱碳炉(AOD)是生产不锈钢的主要精炼手段之一。

目前世界上88％不锈钢采用二步法生产，其中76％是通过AOD炉生产。钢包炉(LF炉)是设置在AOD炉与连铸之间的精炼设备之一，它顺畅地连接这两个生产过程，提高两个过程的生产率，在提高钢质量、扩大品种、优化工艺、降低消耗等方面发挥着巨大作用，是现代不锈钢炼钢不可缺少的重要工序。

不锈钢的分类通常以金相组织进行分类：铁素体不锈钢；奥氏体不锈钢；马氏体不锈钢；奥氏体-铁素体双相不锈钢，奥氏体-马氏体双相不锈钢；沉淀硬化不锈钢。而奥氏体不锈钢又根据氮含量不同，可分为控氮型、中氮型、高氮型三种含氮奥氏体不锈钢。

氮在含氮奥氏体不锈钢中的有益作用：

(1)氮是最有效的固溶强化元素。氮在奥氏体不锈钢中的有利作用主要是由固溶在钢中的氮元素产生。

(2)氮在扩大奥氏体区和稳定奥氏体的作用相当Ni的25倍左右。目前有些钢种开始采用廉价的氮，锰来代替贵重的镍来生产奥氏体不锈钢。

(3)氮可以细化晶粒。在热处理过程中氮化物粒子可以阻止了奥氏体的长大，还有利于钢的表面渗碳、碳氮共渗，可以改善钢的表面性能。

(4)氮可以明显提高不锈钢耐一般腐蚀、点蚀、应力腐蚀和晶间腐 蚀性能。

(5)氮作为奥氏体形成元素对双相不锈钢有重要作用。

AOD炉冶炼含氮不锈钢的氮合金化工艺主要有两种：1)吹氮气进行合金化；2)加入氮化合金进行合金化。后一种工艺在AOD的应用有成本高、氮含量不易控制的缺点。而完全氮气合金化工艺的开发与应用，同AOD可以灵活用气的冶金特性相一致，具有生产成本低、可生产高氮含量产品的显著优点，但其难点是在AOD炉中精确控制氮含量。

目前，国内外用氮气进行氮合金化工艺都只是在AOD炉里，在冶炼过程中氮气/氧气混吹的气相合金化。中国专利CN02135251.8公开的“AOD炉用氮气进行氮合金化工艺”，其包括下列两个步骤：(1)氮气在不锈钢中的溶解过程，即在整个冶炼过程吹氩气前一直往AOD炉中吹入氮气进行冶炼，使氮在不锈钢中达到饱和；(2)一部分氮原子的脱除过程，即应用氩气气泡精炼理论，脱除一部分氮含量，使钢中溶解的氮含量达到钢种所要求的范围之内，也就是根据钢种不同，在出钢前往AOD炉中吹入不同时间(或吹入量)的氩气。应用氮气在AOD炉中溶解与脱除理论，调节氮、氩气吹入量，生产含氮不锈钢和双相钢，代替原氮化合金增氮的工艺，降低了含氮不锈钢的生产成本。但是AOD炉内反应动力学条件非常好，很短的时间内吹一定量的氩气或氮气，就会导致钢水中的氮急剧变化，要想精确控制氮含量在±50ppm还是比较困难。

LF炉(炉外精炼设备)具有如下功能：

(1)搅拌功能，均匀钢水成分和温度，促进夹杂物上浮和钢渣反应；

(2)钢水升温和控温功能，精确控制钢水温度；

(3)精炼功能，包括渣洗、脱氧、脱气、脱硫，去除夹杂物和夹杂物变性处理等；

(4)合金化功能(包括喂线)，对钢水进行窄成分控制；

(5)生产调节功能，均衡炼钢一连铸生产。

LF炉都是用各种相应的合金来进行合金化，有如下弊端：

(1)氮化合金不是纯金属，含有杂质，添加较多的氮化合金会污染不锈钢钢水，影响钢水纯净度，因而会影响钢水质量。

(2)如果冶炼初始，离氮含量目标值较大，需添加较多的氮化合金，这会造成其他合金成分的波动而超标，导致不锈钢成分不合格。

(3)氮化合金价格比较贵，添加较多的氮化合金，成本明显增加。

(4)由于不锈钢渣壳很硬，添加氮化合金时，部分氮化合金常常加在渣壳上，不能熔入钢水，导致氮的收得率不稳定，而且氮成分不均匀。

发明内容

本发明的目的在于开发一种钢包炉用氮气进行氮合金化工艺，对现有不锈钢生产工艺中钢包炉(LF)增加底吹氮气进行氮合金化功能，替代氮化合金，使含氮不锈钢在LF炉能持续稳定地进行氮合金化，提高钢水纯净度，从而提高钢水质量，提高含氮不锈钢炼成率，降低生产成本。