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Vol.31 Suppl.1 李刚等：含氮不锈钢氮气增氨的实验及工艺 ,87 4000 善，钢中的扩散、对流加强，有利于钢中的[N]从反 3500 O-[0=130×10 △-【0=42x10* △ 应界面的边界层扩散到钢液的内部，从而有利于钢 3000 △ 液的吸氨反应继续进行， 2500 在实际生产中，在不发生喷溅的情况下，可以适 2000 当增大吹氨流量，从而提高增氮速率，提高生产率. 1500 0 1000 0 3结论 500 (1)钢种成分中对氦的相互作用系数小于零的 51015202530354045 元素含量越高，钢液增氨越快，氨的饱和浓度越高， 时间min (2)冶炼温度提高，能增大钢液对氨的溶解吸 图4氧含量对钢液增氨的影响 收速率； ∑4[%]+X[%j>-0.057317 由于钢液中的氧活性元素显著地阻碍钢液的吸 时，提高钢液温度，钢液中氮的溶解度增高； 氨.这就要求，在采用钢液氨气合金化增氨的过程 ∑[%]+[%]月 <-0.057317时，提高 中，首先必须进行钢液脱氧保证钢液脱氧良好后进 钢液温度，钢液中氨的溶解度是降低的 行吹氨气合金化，会显著提高增氨速率. 2.4不同的吹氮流量对钢液增氨影响 (③)钢液中的表面活性元素氧、硫含量高，就会 显著地降低增氮速率。 实验的钢种为K202,冶炼温度相同(1873K), 钢液氧含量比较接近(2×10-5~3×10-5)，脱氧剂 (4)吹氨流量增大，钢液对氮的吸收速率增大 (5)采用N2增氨的合理工艺为：吹入N2之前 为CaSi粉，用量相同，吹入氨气的流量不同.结果 应进行脱氧，保持钢液脱氧良好；脱氧良好后合金 如图5所示 化；根据冶炼温度对不同成分钢种的影响，提高或降 2000 低治炼温度；在不发生喷溅的情况下适当提高吹N2 晋-0.6L.min 1600 e8 L-min 流量 1200 参考文献 800 [1]Kamachi U M.Baldev R.High Nitrogen Steels and Stainless Steels Manufacturing,Properties and Applications.Li J. 400 Huang Y H.Translated.Beijing:Chemical Industry Press.2006 (卡曼奇UM,贝德威R.高氮钢和不锈钢一生产，性能与应用 1015202530354045 李晶，黄运华，译.北京：化学工业出版社，2006) 时间min [2]Dunning J.Simmons J.Rawers J.Advanced processing technolo- 图5不同的吹氨流量对钢液增氨影响 gy for high-nitrogen steels.JoM.1994,40(3):20 [3]Huang XG.Theory of Metallurgy.Beijing:Metallurgical Indus- 从图5看，氮气流量为8Lmin-1比氮气流量为 try Press.2002;35 (黄希祜.钢铁治金原理.北京：冶金工业出版社，2002：35) 0.6Lmin-1的各对应时刻的氮含量高，即在其他条 [A]Zhou DL.Study on Solution Behawior of Nitrogen in Stainless 件相同的情况下，适当的增大吹入N2的流量，在相 Steel [Dissertation Shenyang:Nout heast University.2004:76 对应的时刻钢液中的氮含量高，在前6min尤为显 (周德玲.氮在不锈钢熔体中的溶解行为的研究硕士学位论 著。也就是说，吹氨流量大，钢液对氨的吸收速率就 文，沈阳：东北大学，2004：76) [5]Li G.LiJS,Wang Y G.The thermodynamics model and experi- 大，增大吹入钢液的氨气流量之所以能够增加钢液 mental study of stainless steel with nitrogen steelmaking alloyed by 的吸氨速率，一方面是因为增大吹入的氨气流量，氨 hlowing nitrogen gas.Metall Res.2007,3(1):239 气本身与钢液的接触面积增大，增大了传质的面积； (李刚，李京社，王玉刚，含氮不锈钢采用氨气增氮的热力学 另外，增大氮气流量，氨气带进钢液的搅拌功增大， 模型和实验研究.冶金研究，2007,3(1)：239) 在搅拌钢液的同时也细化了氨气在钢液中的氨气 [6]Cheng GG.Zhao P.Li X P,et al.Effect of surface active ele- 泡，从而也使反应的接触面积增大，有利于钢液的吸 ments on nitrogen desorption from steel melt.Eng Chem Metall. 1997,18(2):169 氮反应正向进行.另一方面，增大氮气流量，氮气对 (成国光，赵沛，李小平，等。表面活性元素影响钢液脱氯动力 钢液的搅拌加剧，钢液中的传质动力学条件大为改 学.化工治金，1997,18(2)：169)图4 氧含量对钢液增氮的影响 由于钢液中的氧活性元素显著地阻碍钢液的吸 氮．这就要求在采用钢液氮气合金化增氮的过程 中首先必须进行钢液脱氧保证钢液脱氧良好后进 行吹氮气合金化会显著提高增氮速率． 2∙4 不同的吹氮流量对钢液增氮影响 实验的钢种为 K202冶炼温度相同（1873K） 钢液氧含量比较接近（2×10—5～3×10—5）脱氧剂 为 Ca—Si 粉用量相同吹入氮气的流量不同．结果 如图5所示． 图5 不同的吹氮流量对钢液增氮影响 从图5看氮气流量为8L·min —1比氮气流量为 0∙6L·min —1的各对应时刻的氮含量高即在其他条 件相同的情况下适当的增大吹入 N2 的流量在相 对应的时刻钢液中的氮含量高在前6min 尤为显 著．也就是说吹氮流量大钢液对氮的吸收速率就 大．增大吹入钢液的氮气流量之所以能够增加钢液 的吸氮速率一方面是因为增大吹入的氮气流量氮 气本身与钢液的接触面积增大增大了传质的面积； 另外增大氮气流量氮气带进钢液的搅拌功增大 在搅拌钢液的同时也细化了氮气在钢液中的氮气 泡从而也使反应的接触面积增大有利于钢液的吸 氮反应正向进行．另一方面增大氮气流量氮气对 钢液的搅拌加剧钢液中的传质动力学条件大为改 善钢中的扩散、对流加强有利于钢中的［N ］从反 应界面的边界层扩散到钢液的内部从而有利于钢 液的吸氮反应继续进行． 在实际生产中在不发生喷溅的情况下可以适 当增大吹氮流量从而提高增氮速率提高生产率． 3 结论 （1） 钢种成分中对氮的相互作用系数小于零的 元素含量越高钢液增氮越快氮的饱和浓度越高． （2） 冶炼温度提高能增大钢液对氮的溶解吸 收速率； ∑ e j N ［％ j ］＋γ j N ［％ j ］ 2 ＞—0∙057317 时提 高 钢 液 温 度钢 液 中 氮 的 溶 解 度 增 高； ∑ e j N ［％ j ］＋γ j N ［％ j ］ 2 ＜—0∙057317时提高 钢液温度钢液中氮的溶解度是降低的． （3） 钢液中的表面活性元素氧、硫含量高就会 显著地降低增氮速率． （4） 吹氮流量增大钢液对氮的吸收速率增大． （5） 采用 N2 增氮的合理工艺为：吹入 N2 之前 应进行脱氧保持钢液脱氧良好；脱氧良好后合金 化；根据冶炼温度对不同成分钢种的影响提高或降 低冶炼温度；在不发生喷溅的情况下适当提高吹 N2 流量． 参 考 文 献 ［1］ Kamachi U MBaldev R． High Nitrogen Steels and Stainless Steel-s Manuf acturing Properties and Applications． Li J Huang Y HTranslated．Beijing：Chemical Industry Press2006 （卡曼奇 U M贝德威 R．高氮钢和不锈钢—生产、性能与应用． 李晶黄运华译．北京：化学工业出版社2006） ［2］ Dunning JSimmons JRawers J．Advanced processing technology for high-nitrogen steels．JOM199440（3）：20 ［3］ Huang X G．Theory of Metallurgy．Beijing：Metallurgical Industry Press2002：35 （黄希祜．钢铁冶金原理．北京：冶金工业出版社2002：35） ［4］ Zhou D L．Study on Solution Behavior of Nitrogen in Stainless Steel ［Dissertation］ Shenyang：Noutheast University2004：76 （周德玲．氮在不锈钢熔体中的溶解行为的研究．硕士学位论 文沈阳：东北大学2004：76） ［5］ Li GLi J SWang Y G．The thermodynamics model and experimental study of stainless steel with nitrogen steelmaking alloyed by blowing nitrogen gas．Metall Res20073（1）：239 （李刚李京社王玉刚．含氮不锈钢采用氮气增氮的热力学 模型和实验研究．冶金研究20073（1）：239） ［6］ Cheng G GZhao PLi X Pet al．Effect of surface active elements on nitrogen desorption from steel melt．Eng Chem Metall 199718（2）：169 （成国光赵沛李小平等．表面活性元素影响钢液脱氮动力 学．化工冶金199718（2）：169） Vol．31Suppl．1 李 刚等： 含氮不锈钢氮气增氮的实验及工艺 ·87·