[发明专利]一种金属锰中氮含量控制工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属锰中氮含量控制工艺，属于金属锰冶炼技术领域。

背景技术

对大多数钢而言，氮是一种有害元素，它可使钢材产生时效硬化，使钢的塑形和冲击韧性降低，且与磷一样能引起钢的冷脆。此外，氮还与钢中钛、硼、钒、铝等元素形成的氧化物夹杂使钢的性能降低，表面和内在质量恶化。随着对钢材氮含量量的日益重视，如何控制钢中的氮含量成为人们关注的焦点之一。但脱氮并不是一件容易的事，首先，氮的离子半径大扩散系数小，其次在铁合金的制备过程中经常会存在吸氮这一过程。

随着钢铁企业生产工艺的进步，对原材料中的微量元素提出了越来越苛刻的要求。金属锰中含有氢、氧、氮等多种微量元素，金属锰中氮含量的增加对用户的进一步冶炼有以下危害：时效硬化、蓝脆、皮下气泡、降低疲劳寿命，若要控制氮在金属锰中的含量，需要控制化学成分、温度、活性系统等多种影响因素，冶炼完成后当金属锰处于液态时，氮含量在250ppm左右，在不采取任何措施的情况下，浇铸到锭模中直至冷却氮含量增加到1000ppm以上。如何降低铁合金中的各种微量元素是摆在我们企业乃至世界铁合金面前的一大难题。

发明内容

本发明克服现有技术的不足，所要解决的技术问题是如何降低金属锰中的氮元素含量。

从锰矿到最终金属锰产品，其锰中氮元素的来源可分为两种：原料本身所含有的和冶炼过程中从大气中吸附的。但通过化验分析申请人所使用的原材料的含氮量均低于0.001，所以申请人生产的金属锰产品中的氮只能是生产过程中带入的。由于目前为止还未有具体的有效的脱氮工艺，所以我们的重点是在冶炼的过程中尽量较少大气吸附，探寻具体有效的工艺来降低最终金属锰产品中氮的含量，以满足新时代钢铁企业对其含氮量的要求。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案具体叙述如下。

申请人所采用的金属锰的冶炼工艺包括如下步骤：

1）原料配制，将锰矿和辅料按预定工艺混合均匀，得到混合进料；

2）粗炼，将混合进料送入矿热炉中进行粗炼，得到粗炼料；

3）成份调整，对粗炼料取样分析，根据需要调整成份，得到调整料；

4）精炼，将调整料送入精炼炉中进行精炼，得到精炼料；

5）精炼料浇注；

6）冷却得到金属锰产品。

为了探索金属锰冶炼过程中的增氮来源以及降低氮含量的工艺，针对金属锰在整个冶炼工艺的两种不同的形态（即液态和固态），我公司对其冶炼过程中的各个工序进行了研究。发现在金属锰生产的整个工艺过程中，有3条途径可能会增加锰中的氮含量。

一、吹炼过程中带入。这是由于吹炼所用介质为5-7Mpa压缩空气，炉内吹入压缩空气导致金属锰增氮。

二、出锰过程中带入。这是由于出锰时，锰水与锰包距离3米高，整个出锰过程是在空气氛围下完成的，锰水吸入空气中氮导致金属锰增氮。

三、浇注过程中带入。在浇铸、冷却的过程中，由于合金接触到空气中的氮，当合金从液态转变为固态的过程中，吸附空气中的氮，形成游离氮或氮化物，致使增氮。

1）通过化验分析申请人所使用的原材料的含氮量均低于0.001，原料含氮量低，不做处理。

2）、4）粗炼和精炼时用含氮量低或不含氮的气体（比如O₂，压缩CO₂等）进行吹炼。申请人通过多年来的生产经验和大量的实验对比数据分析，发现金属锰在液态时不会大量渗氮，大量渗氮发生在金属锰凝固过程中600～1100℃这个温度区间内，也就是金属锰的凝固和冷却过程中。因此，吹炼时，只需采用含氮量低或不含氮的气体介质就能有效的控制渗氮现象。

3）调整Fe、Si含量。申请人根据现有设备及工艺在生产合格产品时，通过大量实验发现当Mn≥95wt.%时，Fe 含量2wt.%～3wt.%时，金属锰含氮量随Fe含量的增加而降低。而且在保证产品合格的条件下 Si含量越高，其氮含量越低，Si≥0.8wt.%时，金属锰的渗N量最低。所以在满足产品要求的前提下，合理控制Fe、Si含量可降低其渗氮量。

5）、6）为抑制增氮，减少大气中的氮吸附，一方面可以将金属锰由液态到固态的时间缩短，另一方面可以减少与空气接触的时间或者隔绝空气。

将精炼合格的样品浇注成型的高温模块置于真空罐中，将模块与空气隔绝，由水环真空泵抽吸罐内气体，可降低铁水内微量气体，可减少渗氮。

在充氧氛围中浇注，或浇注后在合金处于液态时，用金属锰回炉渣子快速覆盖在其液体表面等方法也可有效的隔绝空气，减少大气吸附。