阅读说明：本技术 一种风电法兰用含氮钢利用rh真空脱气系统进行增氮的方法 (Method for increasing nitrogen of nitrogen-containing steel for wind power flange by utilizing RH vacuum degassing system ) 是由 王雪威 白海虎 陈列 陶立志 李军业 董贵文 刘光辉 回磊 陈福元 李凯 李庆斌 于 2020-05-20 设计创作，主要内容包括：本发明一种风电法兰用含氮钢利用RH真空脱气系统进行增氮的方法,属于冶金技术领域。为解决现有增氮方法增氮效率低、氮含量控制不精确、脱氢效果差的问题,本发明提供了一种风电法兰用含氮钢利用RH真空脱气系统进行增氮的方法,利用RH真空脱气系统氩气-氮气管道切换,以氮气为提升气体,通过RH真空位增氮、破空后底部直通氮气增氮实现了稳定快速增氮,再通过氮气软吹补充增氮实现氮含量的精确控制；利用氩气软吹保证脱氢气效果,控制氢含量≤1.0ppm。本发明通过灵活调整氮气与氩气的切换,将真空和软吹总时间控制在45分钟内,能够保证生产顺行,将风电法兰用含氮钢的氮含量控制在内控范围内,保证了钢材料产品性能的稳定控制。(The invention discloses a method for increasing nitrogen in nitrogen-containing steel for a wind power flange by using an RH vacuum degassing system, and belongs to the technical field of metallurgy. In order to solve the problems of low nitrogen increasing efficiency, inaccurate nitrogen content control and poor dehydrogenation effect of the existing nitrogen increasing method, the invention provides a method for increasing nitrogen of nitrogen-containing steel for a wind power flange by using an RH vacuum degassing system, wherein an argon-nitrogen pipeline of the RH vacuum degassing system is switched, nitrogen is used as lifting gas, the stable and rapid nitrogen increase is realized by increasing nitrogen at an RH vacuum level and directly leading nitrogen to the bottom after the vacuum is broken, and the nitrogen content is accurately controlled by supplementing nitrogen through nitrogen soft blowing; argon is used for soft blowing to ensure the effect of dehydrogenation gas, and the hydrogen content is controlled to be less than or equal to 1.0 ppm. According to the invention, the switching between nitrogen and argon is flexibly adjusted, the total vacuum and soft blowing time is controlled within 45 minutes, the smooth production can be ensured, the nitrogen content of the nitrogen-containing steel for the wind power flange is controlled within an internal control range, and the stable control of the performance of steel material products is ensured.)

一种风电法兰用含氮钢利用RH真空脱气系统进行增氮的方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，尤其涉及一种风电法兰用含氮钢利用RH真空脱气系统进行增氮的方法。

背景技术

一般来说，氮元素为有害元素，会增加钢材料的时效脆化风险。但对于风电法兰用钢等含氮钢材料来说，钢中添加V、Nb合金，同时添加氮元素时可形成稳定的的氮化物VN、NbN，氮化物在晶界内弥散分布产生沉淀强化作用，进而细化晶粒，提高钢的强韧性。因此在风电法兰用钢中添加N含量70-110ppm，能够起到提高法兰成品件强韧性的效果。

钢中氮含量控制，一般采用加入氮化铬或氮化锰方式进行增氮，其优点是氮含量范围可控，操作简单，缺点如下：第一，氮化合金中杂质较多，影响钢水纯净度；第二，喂合金线过程中，易造成钢水沸腾，与空气接触形成二次氧化，增加B类及D类夹杂物不合格风险；第三，喂丝机突发故障时，影响生产节奏，易造成断浇次风险；第四，加入氮化合金后，软吹过程中氮含量变化不可控，对其成分稳定性控制带来风险；第五，合金成本高，回收率低，增加生产制造成本。

专利公布号为CN105154628A的发明专利申请《一种含氮钢种的RH脱氢增氮工艺》中提到RH脱氢工艺中全程吹氮气，控制氮气环流量和压力既可保证增氮效果，又可保证H含量在2.0ppm以下。此种方法最快增氮速度为2-3ppm，仅总真空时间就需要28分钟，增氮速度较慢，其氢含量控制在1.3～1.8ppm，仅可满足一般钢种需求。而风电法兰连铸圆坯规格较大，对氢含量内控要求较高，氢含量需≤1.0ppm，因此为提升钢水纯净度，软吹时间需控制在20分钟以上。而为了保证生产节奏顺行，增氮过程的总真空时间必须控制在20分钟以内，按现有增氮方法无法实现稳定精确增氮。因此上述全程吹氮增氮方法无法满足风电法兰实际生产需求，需开发出一种切实有效的新型增氮方式。

发明内容

为解决风电法兰用含氮钢精炼过程现有增氮方法增氮效率低、氮含量控制不精确、脱氢效果差的问题，本发明提供了一种风电法兰用含氮钢利用RH真空脱气系统进行增氮的方法。

本发明的技术方案：

一种风电法兰用含氮钢利用RH真空脱气系统进行增氮的方法，步骤如下：

步骤一、钢包到达RH真空位，以一定环流量的氩气为提升气体，开启真空泵，抽真空并保持一定真空度至少10min后采用低压氮气管道，将氩气切换成氮气，在一定的氮气压力和环流量下保持5min至破空，破空后取样、定氢，破空样检验过程中，采用氩气进行软吹；

步骤二、根据步骤一破空取样氮含量的结果进行二次氮含量调控，将高压管道中的氩气切换为氮气，采用底部直通氮气增氮，增氮完毕后取样，同时将氮气切换为氩气进行软吹；取样结果含氮量达标后软吹至少10min；

步骤三、步骤二所述增氮完毕后取样的含氮量如果仍低于目标值，则再次将氩气切换为氮气进行软吹增氮，增氮完毕后切换为氩气进行软吹至少10min。

进一步的，步骤一所述氩气环流量为1800～2000NL/min。

进一步的，步骤一所述真空度为67MPa。

进一步的，步骤一所述氮气压力为0.6～0.8kg，氮气环流量为1800～2000NL/min。

进一步的，步骤二所述高压管道底部直通氮气的压力为16～20kg。

进一步的，步骤二所述底部直通氮气的增氮速度为12～18ppm/min。

进一步的，步骤三所述软吹增氮的氮气流量为100～300NL/min。

进一步的，步骤三所述软吹增氮的增氮速度为2～5ppm/min。

进一步的，步骤一、步骤二和步骤三所述氩气进行软吹的氩气流量均为80～120NL/min。

本发明的有益效果：

本发明提供的风电法兰用含氮钢利用RH真空脱气系统进行增氮的方法，利用RH真空脱气系统氩气-氮气管道切换，通过RH真空位增氮、破空后底部直通氮气增氮实现了稳定快速增氮，提高增氮效率，再通过氮气软吹补充增氮实现氮含量的精确控制；增氮的同时利用氩气软吹保证脱氢气效果，控制氢含量≤1.0ppm。

本发明增氮方法在调控氮含量、保证脱氢气效果的同时，通过灵活调整氮气与氩气的切换，将真空和软吹总时间控制在45分钟内，能够保证生产顺行，将风电法兰用含氮钢的氮含量控制在内控范围内，保证了钢材料产品性能的稳定控制。

本发明提供的增氮方法省去加入氮化合金线带来的钢水二次污染风险，提高了钢水纯净度，提高生产效率和钢水质量的同时降低了生产成本，实现了降本增效。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

实施例1

本实施例提供了一种在生产风电法兰用钢S355NL(Q355NE)时利用RH真空脱气系统进行增氮的方法，步骤如下：

钢包离开LF位时氮含量为59ppm，目标氮含量为90ppm。

步骤一、钢包到达RH真空位，以2000NL/min环流量的氩气为提升气体，开启真空泵，抽真空至67MPa并保持10min后采用低压氮气管道，将氩气切换成氮气，在0.8kg的氮气压力和2000NL/min的氮气环流量下保持5min至破空，总真空时间为15min。破空后取样、定氢，测得氢含量为0.85ppm。破空样检验过程中，采用氩气以120NL/min流量进行软吹；

在真空位采用氮气作为提升气体时，氮含量增加的同时也会造成更大量的脱氮，脱氮一般在20～30ppm，因此破空后氮含量会偏低，需要采用底部直通氮气的方式快速进行氮含量的二次调控。

步骤二、破空取样氮含量为60ppm，将高压管道中的氩气切换为氮气，采用底部直通氮气增氮，高压管道底部直通氮气的压力为20kg，此炉直通氮气2min，增氮完毕后取样，同时将氮气切换为氩气以120NL/min流量进行软吹；

步骤三、步骤二氮气直通后取样氮含量为86ppm，增氮速度为13ppm/min，步骤一和步骤二氩气软吹时间总和为5min，此时将氩气切换为氮气进行软吹增氮，软吹增氮的氮气流量为300NL/min，此炉氮气软吹3min，增氮速度约为3ppm/min，增氮完毕后切换为氩气以120NL/min流量软吹以提高钢水纯净度，保证氮气泡充分上浮，氩气软吹12min至连铸上台，上台取样氮含量为95ppm。

实施例2

本实施例提供了一种在生产风电法兰用钢S355NL(Q355NE)时利用RH真空脱气系统进行增氮的方法，步骤如下：

钢包离开LF位时氮含量为54ppm，目标氮含量为90ppm。

步骤一、钢包到达RH真空位，以1800NL/min环流量的氩气为提升气体，开启真空泵，抽真空至67MPa并保持12min后采用低压氮气管道，将氩气切换成氮气，在0.6kg的氮气压力和1800NL/min的氮气环流量下保持5min至破空，总真空时间为17min。破空后取样、定氢，测得氢含量为0.78ppm。破空样检验过程中，采用氩气以80NL/min流量进行软吹；

步骤二、破空取样氮含量为59ppm，将高压管道中的氩气切换为氮气，采用底部直通氮气增氮，高压管道底部直通氮气的压力为16kg，此炉直通氮气2min，增氮完毕后取样，同时将氮气切换为氩气以80NL/min流量进行软吹；

步骤三、步骤二氮气直通后取样氮含量为87ppm，增氮速度为14ppm/min，步骤一和步骤二氩气软吹时间总和为6min，此时再次将氩气切换为氮气进行软吹增氮，软吹增氮的氮气流量为100NL/min，此炉氮气软吹2min，增氮速度为2ppm/min，增氮完毕后切换为氩气以80NL/min流量软吹以提高钢水纯净度，保证氮气泡充分上浮，氩气软吹12min至连铸上台，上台取样氮含量为91ppm。

实施例3

本实施例提供了一种在生产风电法兰用钢S355NL(Q355NE)时利用RH真空脱气系统进行增氮的方法，步骤如下：

钢包离开LF位时氮含量为60ppm，目标氮含量为90ppm。

步骤一、钢包到达RH真空位，以1900NL/min环流量的氩气为提升气体，开启真空泵，抽真空至67MPa并保持10min后采用低压氮气管道，将氩气切换成氮气，在0.7kg的氮气压力和1900NL/min的氮气环流量下保持5min至破空，总真空时间为15min。破空后取样、定氢，测得氢含量为0.80ppm。破空样检验过程中，采用氩气以100NL/min流量进行软吹；

步骤二、破空取样氮含量为64ppm，将高压管道中的氩气切换为氮气，采用底部直通氮气增氮，高压管道底部直通氮气的压力为18kg，此炉直通氮气3min，增氮完毕后取样，同时将氮气切换为氩气以100NL/min流量进行软吹；

步骤三、步骤二氮气直通后取样氮含量为92ppm，增氮速度为约为14ppm/min步骤一和步骤二氩气软吹时间总和为5min，由于氮含量已达到目标值90ppm以上，直接采用氩气软吹15分钟后，取样检验氮含量为95ppm，吊包至连铸工位进行浇铸。