[发明专利]一种LF炉精炼过程增氮装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于炉外精炼领域，特别是涉及一种LF炉精炼过程中增氮的装置及其方法。

背景技术

氮和碳一样，在钢中以间隙原子的形式存在，且具有较强的强化能力和耐蚀性能。钢中添加氮元素能扩大铁基合金奥氏体相区，降低合金奥氏体向铁索体转变的温度，提高奥氏体的稳定性。另外，氮在奥氏体钢中可和锰一起替代昂贵的镍，其奥氏体形成能力高于镍20倍，从而大大降低成本，提高生产效益。

在冶炼过程中，由于氮在钢水中的溶解度有限，为了提高钢水中的氮含量，需要对钢水进行增氮处理，通常向钢中增加氮的方法主要分为合金增氮法和吹入氮气法两类。合金增氮法是向钢液中添加含氮铁合金，如钒氮合金、氮化硅铁等，该法的优点是，增氮量稳定可控；缺点是，氮化合金成本较高，在成本上不经济。吹入氮气法是通过向钢液内部吹入氮气，在气-液界面发生N₂→2N反应，气体分解后生成的氮原子被吸附进熔体而使钢液中的氮提高，该法的优点是，在较低的成本下增加钢液中的氮含量，从成本角度上来看，通过向钢液中吹入氮气来增加钢液中氮含量是非常理想的方法。因此，开发了许多增氮方法，例如在转炉冶炼时，通过底吹氮气来提高钢液的氮含量；RH处理钢液时使用氮气作为提升气体；LF精炼过程中底吹氮气；连铸过程中钢包长水口及浸入式水口采用氮气取代氩气等一系列方法。但是这些方法中，由于吹入钢液中的氮气需要分解成氮原子才能进入到钢液当中，它是增氮的限制环节，导致吹入的氮气大部分都以气体形式从钢液中溢出，其增氮量有限。另外，由于氮分子分解成原子需要在非常高的温度下才利于反应的进行，受温度的影响大。因此，上述各种吹气增氮方法都是单纯的向钢液吹入氮气，其增氮效果并不明显。

发明内容

本发明旨在克服已有技术的不足，提供一种将氮气通过石墨电极直接吹入到电弧区，促进氮的分解反应，提高钢液对氮的吸收率，从而增加钢液中的氮含量的LF炉精炼过程增氮装置及方法。

为此，本发明所采取的技术解决方案是：

一种LF炉精炼过程增氮装置，由紧固帽及石墨电极组成，在圆柱体石墨电极的顶端中心位置加工有一带有内螺纹的气体腔槽，石墨电极的底端设有一段连接柱，连接柱上带有与气体腔槽内螺纹配合的外螺纹，沿石墨电极与连接柱的轴向加工有10～20个与气体腔槽相通的输气孔；石墨电极顶部通过螺纹连接一“U”形紧固帽，紧固帽上端通过快换接头连接吹气管。

所述气体腔槽直径为100～150mm，深为200～400mm。

所述输气孔直径为1～5mm，分布范围在25～40mm。

所述连接柱直径为100～150mm，长度为200～400mm。

一种LF炉精炼过程增氮方法，在LF炉精炼过程中，通过石墨电极向电弧区内吹入氮气，提高钢液中的氮含量，其具体方法和步骤为：

(1)钢包进入LF炉后，测量出钢液处理前钢液中的氮含量N_前及加热前钢液的温度，并根据钢种的氮含量要求N_标，计算出需要增加的氮重量N_增。

(2)将钢包底部吹入的气体由氩气改为氮气，以提高钢包内氮气分压。

(3)在LF炉加热前向钢包内加入0.80～1.35kg/t钢的轻烧白云石进行发泡，以促进泡沫渣的快速形成；并打开底吹气体阀门向钢包内吹入搅拌气体，钢包底部的吹氮压力调至0.3～0.5MPa。

(4)降下石墨电极对钢包内钢液进行加热处理，并将炉渣的碱度调至1.3～2.0范围内，使泡沫渣稳定，提高埋弧质量。

(5)在石墨电极起弧10～20s待电弧稳定后，通过紧固帽上端吹气管向石墨电极中吹入氮气，将石墨电极内吹氮压力调至0.6～0.8MPa。其吹入的气体体积量L与吹入强度Q可按如下的公式计算：

L＝△N×1000÷28×22.4

＝N_增÷ξ×1000÷28×22.4

＝800÷ξ×N_增

＝800÷(92％～96％)×1000×M×(N_标-N_前)

＝(8.3～8.7)×10⁵×M×(N_标-N_前)

式中，L为吹入的气体的体积量，单位升；

△N为吹入氮气的总重量，单位千克；

28是氮气的摩尔质量；

22.4是氮气的摩尔体积；

ξ为氮气的有效利用率,本专利中ξ为92％～96％；