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Vol.31 Suppl.I 李刚等：含氮不锈钢氮气增氨的实验及工艺 ,85 采用快速测温仪测温，温度的控制通过调整输入功 表2钢液中氮含量（质量分数）的分析结果 率来控制炉内温度，本实验研究以下因素对氮回收 0含量/ N含量/% 炉号 率的影响规律： % 0min 8min 16min 24min 32min 40min ①钢液化学成分对钢液增氮的影响规律； 0.01 0.0360.0460.0560.0660.080.096 ②钢液治炼温度不同对钢液增氨的影响规律； 20.012 0.0280.0330.0460.0620.0740.08 ③钢液中氧硫等活性元素对钢液增氮的影响 图2.从图2看出，第1炉的增氮速度明显高于第2 规律； 炉，其主要原因是第一炉的钢液中提高氮在钢液中 ④不同的吹氮流量对钢液增氨的影响规律. 活度系数的合金元素的量比第二炉的高·是合 金元素对氮的相互作用系数，它表示在铁液中合金 吹氮管 转子流量计 元素与氮之间相互作用的特性.、>0，表示元素j ,坩埚 流量 使氨的活度系数∫、增加，从而降低了氮的溶解度； 控制阀 熔渣 相反，<0，表示元素j使氨的活度系数f降低， 氮气瓶 从而增大了氮的溶解度.也就是说，钢与合金中氮 ▣ 钢液 的溶解度随>0的元素含量的增加而降低，相反， 氮的溶解度随小<0的元素含量的增加而升高 1200 图1实验装置示意图 1000 ■第1炉 ●一第2炉 800 在所有的炉料熔清后，开始加入脱氧剂（脱氧剂 -01/N] 600 有CaSi粉、铝块)，进入钢液的脱氧阶段.脱氧后， 开始测温，调整功率控制治炼温度；采用石英管吸取 400 1*样，编号为：第x炉1*；1样主要分析初始N含 200 量，0含量 1015202530354045 取好1“样后，开始吹入氨气，吹氨是采用石英 时间min 管从炉口吹入，吹氨过程中，每隔8min取一次样， 图2不同合金含量对钢液增氮的影响 一共取5个气体样，编号为第x炉2#~6*，主要分 析氮含量 就实验钢种所含的合金元素而言，小<0的元 2结果与讨论 素主要有Mn,Cr:e=-0.02,e=-0.047.查 献[3]中各元素对氮的相互作用系数，由公式 2.1钢液的化学成分对钢液增氮的影响 g、=∑么×[%]计算可知（其中[%]表示组 进行了2个钢种的实验，在治炼的温度、钢中的 元j的质量分数)，第1炉钢种比第2炉的活度系数 氧含量、脱氧剂、吹氮流量(600 mL'min)等实验 小，所以第1炉氮的溶解度大于第2炉氮的溶解度， 条件基本相同的条件下，只是改变了实验钢液的化 则第1炉钢液吸氨的趋势比第2炉大，相应的，第1 学成分，研究钢液成分对增氨的影响.表1、表2分 炉的增氨速率大于第2炉的增氮速率， 别是实验2炉的钢液化学成分分析结果和各炉的氨 既然合金元素对氨在钢中的溶解度和增氨速率 氧分析结果 有较大的影响，因此，在实际钢液吹氮气合金化之 表1钢液的化学成分（质量分数）分析结果 % 前，应当首先加入钢种所需加入的合金，至少先加入 炉号C Si Mn P S Cr Ni Cu 能增大氨溶解度和提高增氮速度的合金元素后，再 10.090.515.340.030.02517.440.780 进行吹N2合金化 20.080.59.330.030.0315.4911.58 2.2冶炼温度对钢液增氮的影响 实验均为$202，这两炉所使用的脱氧剂均为 该实验的第1炉，第2炉，除钢种不同，即化学 CaSi粉，用量相同，吹氨的流量均为600mL· 成分不同，其余冶炼条件均相同，以各炉取样的时 min-l,钢液的初始氧含量也大致相同，第3炉的氧 间为横坐标，以对应时刻的氨含量为纵坐标作图，见 含量为7.5×10-5，第4炉的氧含量为9×10-5.但采用快速测温仪测温温度的控制通过调整输入功 率来控制炉内温度．本实验研究以下因素对氮回收 率的影响规律： ① 钢液化学成分对钢液增氮的影响规律； ② 钢液冶炼温度不同对钢液增氮的影响规律； ③ 钢液中氧硫等活性元素对钢液增氮的影响 规律； ④ 不同的吹氮流量对钢液增氮的影响规律． 图1 实验装置示意图 在所有的炉料熔清后开始加入脱氧剂（脱氧剂 有 Ca—Si 粉、铝块）进入钢液的脱氧阶段．脱氧后 开始测温调整功率控制冶炼温度；采用石英管吸取 1＃样编号为：第 x 炉1＃；1＃样主要分析初始 N 含 量O 含量． 取好1＃样后开始吹入氮气．吹氮是采用石英 管从炉口吹入．吹氮过程中每隔8min 取一次样 一共取5个气体样编号为第 x 炉2＃～6＃主要分 析氮含量． 2 结果与讨论 2∙1 钢液的化学成分对钢液增氮的影响 进行了2个钢种的实验在冶炼的温度、钢中的 氧含量、脱氧剂、吹氮流量（600mL·min —1）等实验 条件基本相同的条件下只是改变了实验钢液的化 学成分研究钢液成分对增氮的影响．表1、表2分 别是实验2炉的钢液化学成分分析结果和各炉的氮 氧分析结果． 表1 钢液的化学成分（质量分数）分析结果 ％ 炉号 C Si Mn P S Cr Ni Cu 1 0∙09 0∙5 15∙34 0∙03 0∙025 17∙44 0∙78 0 2 0∙08 0∙5 9∙33 0∙03 0∙03 15∙49 1 1∙58 该实验的第1炉第2炉除钢种不同即化学 成分不同其余冶炼条件均相同．以各炉取样的时 间为横坐标以对应时刻的氮含量为纵坐标作图见 表2 钢液中氮含量（质量分数）的分析结果 炉号 O 含量／ ％ N 含量／％ 0min 8min 16min 24min 32min 40min 1 0∙01 0∙036 0∙046 0∙056 0∙066 0∙08 0∙096 2 0∙012 0∙028 0∙033 0∙046 0∙062 0∙074 0∙08 图2．从图2看出第1炉的增氮速度明显高于第2 炉其主要原因是第一炉的钢液中提高氮在钢液中 活度系数的合金元素的量比第二炉的高．e j N 是合 金元素对氮的相互作用系数它表示在铁液中合金 元素与氮之间相互作用的特性．e j N＞0表示元素 j 使氮的活度系数 f N 增加从而降低了氮的溶解度； 相反e j N＜0表示元素 j 使氮的活度系数 f N 降低 从而增大了氮的溶解度．也就是说钢与合金中氮 的溶解度随 e j N＞0的元素含量的增加而降低相反 氮的溶解度随 e j N＜0的元素含量的增加而升高． 图2 不同合金含量对钢液增氮的影响 就实验钢种所含的合金元素而言e j N＜0的元 素主要有 Mn、Cr：e Mn N ＝—0∙02e Cr N ＝—0∙047．查 文献 ［3］ 中各元素对氮的相互作用系数由公式 lg f N＝ ∑ e j N×［％ j ］计算可知（其中［％ j ］表示组 元 j 的质量分数）第1炉钢种比第2炉的活度系数 小所以第1炉氮的溶解度大于第2炉氮的溶解度 则第1炉钢液吸氮的趋势比第2炉大．相应的第1 炉的增氮速率大于第2炉的增氮速率． 既然合金元素对氮在钢中的溶解度和增氮速率 有较大的影响因此在实际钢液吹氮气合金化之 前应当首先加入钢种所需加入的合金至少先加入 能增大氮溶解度和提高增氮速度的合金元素后再 进行吹 N2 合金化． 2∙2 冶炼温度对钢液增氮的影响 实验均为 S202这两炉所使用的脱氧剂均为 Ca—Si粉用 量 相 同吹 氮 的 流 量 均 为 600mL· min —1钢液的初始氧含量也大致相同第3炉的氧 含量为7∙5×10—5第4炉的氧含量为9×10—5．但 Vol．31Suppl．1 李 刚等： 含氮不锈钢氮气增氮的实验及工艺 ·85·