[发明专利]一种加压感应和加压电渣重熔双联冶炼高氮钢的方法

摘要

本发明属于高氮钢冶炼技术领域，具体涉及一种加压感应和加压电渣重熔双联冶炼高氮钢的方法，适用于冶炼C：≤0.6％，Mn：≤30％，Cr：12～30％，Si：≤1％，Mo：0～4.5％，N：0.1～2％，Ni：0～4.5％，V：0～1％，S：≤0.015％，P：≤0.05％，Fe：余量的高氮钢。冶炼时根据钢种成分，由加压感应炉冶炼符合氮含量要求的电极母材；在氮气条件下采用固态起弧的方法进行起弧造渣；之后提升熔炼室和冷却水压力，在35V～40V、2000A～3000A下冶炼；本方法为开发硫含量低、非金属夹杂物少、组织均匀致密、氮分布均匀的高氮不锈钢提供技术保障。

主权项

一种加压感应和加压电渣重熔双联冶炼高氮钢的方法，其特征在于，所述方法分为加压感应熔炼和加压电渣重熔两个阶段，其中，1)加压感应熔炼包括如下步骤：(1)配料与压力参数确定：依据目标钢种元素成分，通过下述计算公式①计算出加压感应熔炼过程的冶炼压力p1，通过计算公式②和③分别计算高氮奥氏体不锈钢或高氮马氏体不锈钢的浇铸压力p2，针对氮含量较高的高氮奥氏体不锈钢，通过计算公式④确定冶炼原料中氮的实际加入量；针对氮含量较低的高氮马氏体不锈钢，通过加压感应熔炼过程的气相渗氮即可达到氮含量要求，无须添加氮化合金；结合冶炼原料成分和所要冶炼钢锭质量，计算所需原料的质量，配制冶炼原料，原料包括工业纯铁、金属铬或铬铁、金属钼或钼铁、金属镍、金属锰或电解锰、工业硅、氮化铬、金属钒或钒铁、石墨和镍镁合金；针对高氮马氏体不锈钢，在目标碳含量基础上再多加3～10％的碳，在目标硅含量基础上再多加1～5％的硅，用于脱氧；针对高氮奥氏体不锈钢，添加0.8kg/t～1.6kg/t电解铝和0.8kg/t～1.2kg/t含钙20～28％的硅钙合金，用于脱氧和夹杂物变质处理，此外，加入所要冶炼钢锭质量0.04～0.2％、含镁为18～25％的镍镁合金，收得率为10～30％，进行深脱氧；冶炼压力p1的计算公式①为lg[%N]=12lg(p1/pΘ)-188T-1.17-{(3280T-0.75)(0.13[%N]+0.118[%C]+0.043[%Si]+0.011[%Ni]+3.5×10-5[%Ni]2-0.024[%Mn]+3.2×10-5[%Mn]2-0.01[%Mo]+7.9×10-5[%Mo]2-0.048[%Cr]+3.5×10-4[%Cr]2)-0.098[%V]+0.06lgp1/pΘ}]]>计算公式①中：p1为冶炼压力，单位为MPa；pΘ为标准大气压，为0.101325MPa；T为冶炼温度，单位为K；针对高氮奥氏体不锈钢，浇铸压力p2的计算公式②为针对高氮马氏体不锈钢，浇铸压力p2的计算公式③为计算公式②和③中，p2为浇铸压力，单位为MPa；针对高氮奥氏体不锈钢，冶炼原料中氮的实际加入重量百分比(wt％)1的计算公式④为计算公式④中，(wt％)1表示冶炼原料中氮的实际加入重量百分比，(wt％)N表示高氮不锈钢的目标成分中氮的重量百分比；(2)装料：将工业纯铁、金属铬或铬铁、金属钼或钼铁、金属镍放入加压感应炉内的坩埚中，将石墨、工业硅、金属锰或电解锰、氮化铬、金属钒或钒铁、电解铝、硅钙合金和镍镁合金置于加料仓中；(3)炉料熔化：将加压感应炉内抽真空至10Pa以下，并通电升温至加压感应炉内坩埚中的炉料全部熔化；(4)合金化：针对碳含量较高的高氮马氏体不锈钢，待加压感应炉坩埚中冶炼原料熔清之后，向炉内通入纯度≥99.999％的高纯氩气至10kPa～50kPa，之后向钢液中加入占总质量40～80％的石墨，启动真空泵开始进行碳脱氧反应，直至真空度到10Pa以下且液面平稳，不再有气泡产生，期间若反应过于剧烈，关闭真空泵、降低功率并充入少量高纯氩气，液面平稳后再继续抽真空；真空碳脱氧结束后，加入工业硅，进一步脱氧；之后向加压感应炉内充入纯度≥99.999％的高纯氮气至压力为冶炼压力p1，然后通过加料仓向炉内坩埚中依次加入金属锰或电解锰、金属钒或钒铁、剩余的石墨进行合金化，之后加入镍镁合金进行深脱氧；针对碳含量较低的高氮奥氏体不锈钢，待加压感应炉坩埚中冶炼原料熔清之后，向炉内通入纯度≥99.999％的高纯氮气至冶炼压力p1，然后通过加料仓向炉内坩埚中依次加入工业硅、金属锰或电解锰、氮化铬、石墨进行合金化，同时添加电解铝和硅钙合金进行脱氧和夹杂物变质处理，并加入镍镁合金进行深脱氧；在合金化结束之后在1540～1580℃温度下保温5～10min，使合金元素在钢液中均匀分布；(5)浇铸：向加压感应炉内充入纯度≥99.999％的高纯氮气至炉内压力为浇铸压力p2，然后在1540～1580℃下进行浇铸；浇铸结束后，冷却泄压，打开炉盖取出锭模，脱出钢锭，2)加压电渣重熔包括如下步骤：(1)自耗电极的制备：将加压感应炉冶炼的钢锭锻造成适合加压电渣炉电渣重熔尺寸的自耗电极，焊接到假电极上，并与电极夹持器连接；(2)预熔渣的准备及烘烤：选用特定成分的预熔渣，将预熔渣放入电阻炉内，在600℃～800℃下烘烤5小时～7小时，以去除渣中的水分；(3)引弧剂的铺设：将引弧环、0.30kg±0.05kg引弧屑放在自耗电极下面的加压电渣炉底水箱上，使自耗电极、引弧屑以及底水箱三者紧密接触，保证通电后有电流通过；(4)起弧造渣：将烘好的渣一次性加入加压电渣炉结晶器内，密闭熔炼室；开启供水系统向结晶器内通入常压冷却水，同时向熔炼室中以10L/min～15L/min速度通入纯度≥99.999％的氮气5min～10min，使熔炼室内空气排出，闭合交流电源，采用固态起弧方法进行起弧造渣，在电压为25～33V、电流为500A～2000A的条件下化渣20min～25min，并确保电流、电压的稳定，防止突然灭弧，完成造渣；(5)加压电渣冶炼：造渣结束后，向熔炼室内充入纯度≥99.999％的氮气增压至p2，同步提升加压电渣炉结晶器内的冷却水压力至p2，并调整电压至38V～40V、电流至2000A～3000A，即开始加压电渣冶炼，熔速控制方程为v＝(0.7～0.8)×D kg/h，D为加压电渣重熔炉结晶器尺寸，单位为mm，通过步进式加料机按照0.4kg/吨钢～0.7kg/吨钢的比例不断加入铝粒或硅钙合金脱氧；冶炼过程中控制电流波动＜±3％、电压波动＜±0.5％、熔速波动＜±0.5kg/h；(6)冶炼后期补缩：自耗电极冶炼终了时，采用逐渐降低电流的方式进行补缩填充，每次降低电流控制在500A～1000A，确保补缩填充充分，保证补缩端面平整；(7)出钢：补缩结束后，抬升电极，冶炼结束，关闭交流电源5min后，打开加压电渣炉放气阀泄压，同步降低加压电渣炉结晶器内的冷却水压力至常压，待钢锭冷却结束后，脱出电渣锭。