一種增氮析氮法去除鋼液中顯微非金屬夾雜物的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種增氮析氮法去除鋼液中顯微非金屬夾雜物的方法，包括：通過向鋼液中通入可溶性氣體N2，或使鋼液處于氮氣分壓較高的環(huán)境中，使鋼液中氮含量顯著增加；在真空條件下，使氮從鋼液中析出，通過控制析出速度，使氮氣在鋼液中顯微非金屬夾雜物表面析出并形成氣泡，氣泡和夾雜物一起上浮；氣泡上浮過程中進一步捕捉鋼中顯微夾雜，并一起上?。挥捎跉馀莸纳细∷俣瓤?，可顯著提高鋼中夾雜物上浮去除速度。該方法生成的氮氣泡尺寸細小、分布彌散，去除夾雜物效果明顯。
【專利說明】一種增氮析氮法去除鋼液中顯微非金屬夾雜物的方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于冶金【技術領域】，涉及一種鋼液中夾雜物去除技術，具體是一種增氮析 氮法去除鋼液中顯微非金屬夾雜物的方法，可顯著促進鋼液中顯微夾雜物的去除，提高鋼 水潔凈度。

【背景技術】
[0002] 鋼中夾雜物常常對鋼材性能產生危害，盡管近年來冶金技術進步迅速，鋼材潔凈 度已有快速進步，但鋼中夾雜物的控制還常常不能完全滿足高品質鋼材的要求，尤其是鋼 中尺寸細小IOym)的顯微夾雜物控制，一直是部分高品質鋼材生產的難點。
[0003] 大量研究表明，通過鋼包底吹元件向鋼液吹入惰性氬氣，可實現(xiàn)對鋼液的攪拌，促 進鋼液成分和溫度的均勻化，同時也可促進夾雜物的碰撞長大，從而促進夾雜物的上浮。吹 入的氬氣在鋼液中形成氣泡，也可在氣泡表面粘附鋼中夾雜物，促進夾雜物的上浮。但由于 通過鋼包底吹元件吹入氣體在鋼液中形成的氣泡尺寸較大，一般大于5mm,通過氣泡直接粘 附夾雜物去除的效果并不明顯。
[0004] 專利"一種在中間包鋼液中產生彌散微小氣泡的方法"（CN1456405)，表明鋼中彌 散微小氣泡粘附夾雜物的幾率高，可顯著促進鋼中夾雜物、特別是顯微夾雜物的去除。一些 文獻研究也表明鋼液中彌散微小氣泡可顯著促進夾雜物的去除。
[0005] 但在鋼液中形成彌散微小氣泡較為困難，本發(fā)明通過在鋼液中溶解大量的氮；再 在真空條件下使鋼中氮析出，由于鋼中夾雜物可作為氮氣析出時非均質形核的核心，氮氣 優(yōu)先在夾雜物表面形成微小氣泡；該氣泡和夾雜物一起上浮，并在上浮過程中進一步捕捉 其他夾雜物，從而促進夾雜物的上浮去除。


【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種增氮析氮法去除鋼液中顯微非金屬夾雜物 的方法，以解決現(xiàn)有技術在鋼液中形成彌散小氣泡較為困難的問題。
[0007] 為了解決上述技術問題，本發(fā)明公開一種增氮析氮法去除鋼液中顯微非金屬夾雜 物的方法，包括：向鋼液中通入可溶性氣體N 2，或使鋼液處于氮分壓較高的環(huán)境，使鋼液中 氮含量增高；然后在真空條件下，使鋼液中氮氣以顯微非金屬夾雜物為核析出，形成氣泡； 氣泡攜帶該夾雜物上浮，并在上浮過程中不斷捕捉細小夾雜物，顯著促進鋼中顯微非金屬 夾雜物的去除。
[0008] 具體工藝步驟為：
[0009] 步驟1.在吹氬站、或CAS處理站、或RH處理站、或VD、或VOD處理工位向鋼液通入 氮氣，或在VD、VOD處理工位向真空罐通入氮氣，使氮氣溶解于鋼液，鋼液中氮含量顯著增 高，鋼液中氮含量大于100X10'
[0010] 步驟2.在真空處理工位，包括RH處理、VD或VOD處理工位，對鋼液進行真空處理， 使RH真空室真空度低于120Pa，VD和VOD真空室真空度最終小于lOOPa，使鋼液中氮氣以 鋼中顯微夾雜物為核析出，形成大量彌散微小氣泡，促進鋼中顯微夾雜物上浮。
[0011] 更詳細技術方案為：
[0012] (1)增氮處理
[0013] 鋼液增氮處理方法包括直接通過鋼包底吹裝置向鋼包中鋼液吹入氮氣、通過RH 浸漬管向鋼液中吹入氮氣、或將裝有鋼液的鋼包放置在真空罐或其他密封罐中并向罐中充 入氮氣，使鋼液顯著增氮。
[0014] 鋼包底吹氮氣時，供氮壓力大于鋼包底部鋼水靜壓力和鋼水上部氣氛壓力的總 和，一般為（2-4)\10午3，流量為1001711^11-10001711^11。
[0015] 通過RH浸漬管向鋼液吹入氮氣時，供氣流量范圍較寬，可設置為500L/ min-5000L/min〇
[0016] 在VD或VOD處理工位進行增氮操作時，可通過在鋼包底部的底吹裝置增氮，供氣 流量一般為l〇〇L/min-1000L/min ;如出現(xiàn)鋼包渣從鋼包溢出，需降低供氣流量；也可通過 向罐內通入氮氣，使罐內氮氣壓力大于0. 2X IO5Pa ;也可同時結合底部供氣和罐內充氣， 使鋼液增氮。
[0017] 增氮時間大于10分鐘。確保鋼中氮含量較高，大于IOOX ΚΓ6,以備后續(xù)真空析氮 處理時能快速產生大量氣泡。
[0018] (2)析氮處理
[0019] 鋼液增氮處理是將已增氮處理的鋼液置于真空條件下進行真空析氮處理，包括采 用RH、VD、VOD進行真空處理。真空處理時須迅速抽真空、使真空室和真空罐的真空度盡快 達到極限真空，以便氮氣自鋼液內部以夾雜物為核心析出；如果抽真空速度太慢，氮氣有可 能只從鋼液表面析出，此種狀況對夾雜物去除沒有促進作用。真空析氮處理時，RH真空室 極限真空度應低于120Pa，VD和VOD真空室極限真空度應小于lOOPa。
[0020] VD和VOD真空處理時，如果氣泡析出過于迅速，可適當調高真空罐壓力，降低氣體 析出速度，防止溢渣。
[0021] 真空處理時間大于lOmin，以保障氮氣盡可能析出和夾雜物充分上浮去除。
[0022] 真空處理溫度 1550°C _1730°C。
[0023] 上述方案中，本發(fā)明通過向鋼液中通入可溶性氣體氮氣或在較高氮分壓氣氛中使 鋼液增氮，然后通過真空處理使氮氣在夾雜物表面析出產生微小氣泡，促進鋼液中顯微非 金屬夾雜物的上浮去除，鋼中的夾雜物面積分數明顯降低，氧含量也明顯減少，可生產出超 純凈鋼；該方法只需要純凈氮氣，成本較低。

【專利附圖】

【附圖說明】：
[0024] 圖1是本發(fā)明實施例的感應電爐的結構示意圖；
[0025] 圖2是本發(fā)明實施例的爐內氣氛控制過程示意圖；
[0026] 圖3是本發(fā)明實施例的第一爐充氮樣的夾雜物面積分數分析圖；
[0027] 圖4是本發(fā)明實施例的第二爐充氮樣的夾雜物面積分數分析圖；
[0028] 圖5是本發(fā)明實施例的第三爐充氮樣的夾雜物面積分數分析圖；
[0029] 圖6是本發(fā)明實施例的第四爐充氮樣的夾雜物面積分數分析圖；
[0030] 圖7是本發(fā)明實施例的第五爐充氮樣的夾雜物面積分數分析圖；
[0031] [主要元件符號說明]
[0032] 1 :真空泵；
[0033] 2 :壓力表；
[0034] 3:取樣口；
[0035] 4 :窺視窗；
[0036] 5 :預烙漁；
[0037] 6 :鋼水；
[0038] 7:氧化鎂坩堝。

【具體實施方式】：
[0039] 為使本發(fā)明要解決的技術問題、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合具體附圖 和實施例進行詳細描述。
[0040] 本發(fā)明實施例采用了一種增氮析氮法去除鋼液中顯微非金屬夾雜物的方法。所述 方法具體為：
[0041] 步驟1.將稱量好的軸承鋼、預熔渣放入坩堝；然后放入密封的真空反應爐并進行 抽真空到30Pa以下，之后充氮氣到0. 02MPa進行洗爐；
[0042] 步驟2.對真空反應爐進行加熱達到1600°C ±50° ;
[0043] 步驟3.關閉真空泵后向所述真空反應爐內沖入氮氣到0. 2-0. 8atm后保持20分 鐘；
[0044] 步驟4.開啟真空泵以將爐內壓力降低到IOOPa以下后反應10-30分鐘后，然后澆 鑄出鋼；
[0045] 步驟5.停止加熱后破真空。
[0046] 試驗方法如下：
[0047] L試驗條件及操作工藝參數
[0048] 試驗用鋼分析成分見表1。
[0049] 表1試驗用鋼主要元素化學成分（％ )
[0050]

【權利要求】
1. 一種增氮析氮法去除鋼液中顯微非金屬夾雜物的方法，其特征在于，包括：向鋼液 中通入可溶性氣體N2，或通過將鋼液置于氮分壓較高的氣氛環(huán)境中，使鋼液中氮含量增高； 在真空條件下，使鋼液中氮氣以顯微非金屬夾雜物為核析出并形成氣泡；氣泡攜帶所述夾 雜物上浮，并在上浮過程中不斷捕捉細小夾雜物，顯著地促進鋼中顯微非金屬夾雜物的去 除。
2. 根據權利要求1所述的增氮析氮法去除鋼液中顯微非金屬夾雜物的方法，其特征在 于，所述方法具體為： 步驟1.在吹氬站、或CAS處理站、或RH處理站、或VD、或VOD處理工位向鋼液通入氮 氣，或在VD、VOD處理工位向真空罐中通入氮氣，使氮氣溶解于鋼液，鋼液中氮含量顯著增 高，鋼液中氮含量大于100 X1(T6。 步驟2.在真空處理工位，包括RH處理、VD或VOD處理工位，對鋼液進行真空處理，使 RH真空室真空度低于120Pa，VD和VOD真空室真空度最終小于lOOPa，使鋼液中氮氣析出； VD和V0D真空處理時，如果氣泡析出過于迅速，可適當調高真空罐壓力，降低氣體析出速 度，防止溢渣；真空處理時間大于lOmin，真空處理溫度1550°C -1730°C。
3. 根據權利要求1和2所述的增氮析氮法去除鋼液中顯微非金屬夾雜物的方法，其特 征在于，所述鋼液增氮方法包括直接通過鋼包底吹裝置向鋼包中鋼液吹入氮氣、通過RH浸 漬管向鋼液中吹入氮氣、或在真空罐或其他密封罐中充入氮氣，使鋼液顯著增氮；增氮時間 大于10分鐘，確保鋼中氮含量較高，大于100XKT6,以備真空處理時能快速產生大量氣泡。
4. 根據權利要求1和2所述的增氮析氮法去除鋼液中顯微非金屬夾雜物的方法，其特 征在于，通過真空處理，使鋼液中氮的飽和溶解度迅速降低，而鋼中實際溶解氮濃度遠大于 真空條件下鋼中氮的飽和溶解度，鋼中氮快速在鋼液內部以夾雜物為核析出；真空處理時 間大于10分鐘，保證鋼中氮充分析出，從而使鋼中顯微夾雜物盡可能去除，并使鋼中氮降 低到鋼種要求。
【文檔編號】C21C7/10GK104404205SQ201410584586
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年10月27日 優(yōu)先權日:2014年10月27日
【發(fā)明者】劉建華, 李康偉 申請人:北京科技大學