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高压底吹氮法高氮钢冶金实验研究

作　者: 甄亚伟
导　师: 王书桓
学　校: 河北理工大学
专　业: 钢铁冶金
关键词: 高氮钢氮含量表观传质系数底吹流量合成渣
分类号: TF763.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

铁素体基体中氮含量超过0.08wt%或奥氏体基体中氮含量超过0.4wt%的钢称为高氮钢。与常规钢种相比,高氮钢具有高强度、良好的韧性、抗均匀腐蚀、抗局部腐蚀(如点蚀,缝隙腐蚀等)的优良性能。由于常压下增氮很困难,所以国内外相继开发了一系列高压冶炼以及粉末冶金等高氮钢冶炼工艺。在改进冶炼工艺及设备的同时,通过添加合成渣和脱氧剂等来增加冶炼过程中氮气与钢液的接触面,降低钢液中氧硫元素对吸氮的阻碍作用,从而提高钢液的吸氮量。实验发现在高压条件下,底吹氮气可在较短精炼时间内,相似工作条件下显著提高钢中氮含量。在冶炼过程中,影响钢中氮含量的最显著性因素是压力,其次是底吹氮气量,再次是吹炼时间。当温度控制在1873K,高压釜压力控制在0.5MPa和底吹流量为0.12m3/h、0.18m3/h、0.24m3/h时的得到游离氮在18Cr18Mn钢液中表观传质系数βN,分别为1.690×10-3m/min、3.201×10-3m/min、5.765×10-3m/min。表观传质系数βN随着底吹氮气量的增加而迅速增加,底吹氮气量是影响表观传质系数βN的主要因素;在压力已定的情况下,应控制熔炼时间在20~25min以内,以调节底吹流量来提高钢中氮含量。在底吹时间达到预定要求后,压力不变的条件下恒温时间控制在10min左右,可以很好的对实验进行控制并得到较理想的高氮钢样。顶渣的成分对增氮效果影响不大;1.0MPa的高压氮气氛下,钢样中的氮的溶解度随着Al含量的增加而增加,Al可以很好的去除钢中游离氧,从而很好的促进了钢液对氮的吸收;顶渣的成分影响铝脱氧的效果,使用10CaF2-80Cao-10A12O3合成渣对脱氧有较强的促进作用。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
引言  9-10
1 文献综述  10-28
  1.1 高氮钢概述  10
  1.2 高氮钢的发展及应用  10-13
    1.2.1 高氮钢的发展历程  10-12
    1.2.2 高氮钢的发展近况  12
    1.2.3 高氮钢的应用  12-13
  1.3 氮的强化作用  13-18
    1.3.1 含氮钢中原子相互作用与强化机理  14-15
    1.3.2 氮对钢的力学性能的强化作用  15-17
    1.3.3 氮对钢的耐蚀性能强化作用  17-18
    1.3.4 氮对钢的组织稳定性的强化作用  18
  1.4 国内外加压精炼方法  18-26
    1.4.1 国内外加压精炼方法  20-23
    1.4.2 国内新式精炼增氮方法  23-26
  1.5 研究内容  26-28
2 理论分析  28-39
  2.1 氮在铁及合金中的溶解  28-31
    2.1.1 氮在液态铁中的溶解度  29
    2.1.2 氮在液态铁基合金中的溶解度  29-31
  2.2 气体渗氮的动力学理论  31-35
    2.2.1 底吹氮气量对钢液吸氮反应的影响  32-33
    2.2.2 底吹氮气时间对钢液吸氮反应的的影响  33
    2.2.3 压力对钢液吸氮反应的的影响  33-35
  2.3 计算理论  35-39
    2.3.1 气泡搅动传质模型  35-37
    2.3.2 确定吸氮传质系数  37-39
3 高压底吹氮法动力学实验研究  39-54
  3.1 实验  39-43
    3.1.1 实验设备及装置  39-41
    3.1.2 实验用原材料  41
    3.1.3 实验方法  41-43
    3.1.4 实验方案  43
  3.2 实验分析及改进  43-45
    3.2.1 实验问题  43-44
    3.2.2 实验改进  44-45
  3.3 实验结果与讨论  45-53
    3.3.1 正交实验结果及级差分析  45-46
    3.3.2 正交实验显著性分析  46-47
    3.3.3 压力对钢中氮含量的影响  47-49
    3.3.4 底吹时间对钢中氮含量的影响  49-51
    3.3.5 底吹流量对钢中氮含量的影响  51-53
  3.4 小结  53-54
4 辅料添加精炼方法  54-61
  4.1 实验  55-56
    4.1.1 实验用原材料  55
    4.1.2 实验方法  55-56
    4.1.3 实验方案  56
  4.2 实验结果与讨论  56-61
    4.2.1 添加合成渣对氮含量的影响  56-59
    4.2.2 添加渣铝对氮含量的影响  59-61
结论  61-62
参考文献  62-66
致谢  66-67
导师简介  67-68
作者简介  68-69
学位论文数据集  69

高压底吹氮法高氮钢冶金实验研究

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