1.本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种精确控制钢中氮含量的冶炼方法。


背景技术：

2.氮对大多数钢种而言是有害元素，但在部分不锈钢、非调质钢以及一些高韧性结构钢中却是有益的合金元素。氮的性质与碳类似，是作为间隙原子的主要元素，这是由它较小的原子尺寸及电子层结构所决定的。他在钢中的作用主要是可以在轧后或镦后冷却过程中析出细小合金氮化物，达到弥散强化的目的。
3.增氮对炼钢过程来说是个难题，尤其是对氮含量有要求范围特别窄的钢种，不同的冶炼装备和条件需要有与之相匹配的增氮工艺才能满足生产需要。绝大多数钢铁企业采用的是通过在合适工序使用含氮合金或者喂含氮合金丝线方式及精炼过程底吹氮气搅拌来实现增氮，这些方式增氮是比较有效的方式，但是也存在着弊端：1)含氮合金增氮稳定，但价格较为昂贵，2)喂含氮合金丝线增氮也比较稳定，但喂丝过程中钢水翻腾的厉害，易造成钢水的二次污染，3）精炼吹氮时间太长影响精炼效果、增氮不稳定。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是提供一种精确控制钢中氮含量的冶炼方法，精确控制含氮钢中的氮含量，尤其适用于生产含氮量100－150ppm的齿轮钢。
5.为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种精确控制钢中氮含量的冶炼方法，包括转炉冶炼、lf炉精炼、vd炉精炼工序，其特征在于，所述vd炉精炼工序，抽真空过程时间≤10min，抽真空过程禁止开底吹气搅拌，当真空度≤67pa时开启底吹氮气搅拌，控制氮气流量30～80nl/min，真空时间控制在6～7min。
6.所述真空时间，即真空度≤67pa时进行真空处理的时间。
7.进一步的，所述lf炉精炼工序，精炼过程当钢水温度达到t时，钢包采用氮气搅拌，控制氮气流量200～300nl/min，吹氮时间控制在20～30min，所述t＝t
液相线
＋
△
t，其中t
液相线
为钢液液相线温度，
△
t≥50℃。
8.进一步的，所述转炉冶炼工序，出钢合金化过程中加入3.5～4.5kg/t钢的氮化锰铁合金，出钢过程用氩气搅拌。
9.进一步的，vd炉精炼工序破空后切换为氩气搅拌，氩气流量控制在10～60nl/min。
10.进一步的，lf炉精炼工序吹氮之前和吹氮过程结束后，进行底吹氩气。
11.进一步的，所述lf炉精炼工序吹氮过程结束后氩气流量500～600nl/min。
12.进一步的，lf炉底吹氮气增氮60~80ppm，增氮速率2.5~3.5ppm/min。
13.进一步的，lf炉精炼工序精炼时间控制在60～75min。
14.所述精炼时间为：钢包开始加热至离开电极加热位的时间。进一步的，出钢过程钢中加氮化锰合金增氮70ppm～80ppm。
15.进一步的，lf炉精炼工序采用碳化硅进行扩散脱氧，精炼终点炉渣二元碱度为3～
6，渣中feo≤0.5wt％。
16.采用上述技术方案所产生的有益效果在于：（1）本发明vd炉精炼过程脱氮率≤45%，损失速率5～6ppm/min。
17.（2）本发明采用炉前出钢过程中加少量氮化锰合金增氮，精炼中吹氮及vd高真空过程吹氮技术，实现了vd真空处理后氮含量一次命中目标范围要求，提高了含氮钢的质量稳定性。
具体实施方式
18.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
19.为了更好的说明本发明，下面通过实施例做进一步的举例说明。
20.实施例1生产齿轮钢20crmoh，生产过程包括转炉冶炼、lf炉精炼、vd炉精炼工序，（1）转炉冶炼工序：出钢合金化过程中加入3.5kg/t钢的氮化锰铁合金，出钢过程用氩气搅拌，出钢过程钢中加氮化锰合金增氮70ppm。
21.（2）lf炉精炼工序：lf炉精炼工序采用碳化硅进行扩散脱氧，精炼终点炉渣二元碱度为3.4，渣中feo含量0.5wt％。精炼过程当钢水温度达到t时，钢包采用氮气搅拌，控制氮气流量200nl/min，吹氮时间控制在24min，所述t＝t
液相线
＋
△
t，其中t
液相线
为钢液液相线温度，
△
t为50℃。lf炉底吹氮气增氮60ppm，增氮速率2.5ppm/min。lf炉精炼工序吹氮之前和吹氮过程结束后，进行底吹氩气。吹氮过程结束后氩气流量600nl/min。lf炉精炼时间控制在72min。
22.（3）vd炉精炼工序：抽真空过程时间10min，抽真空过程禁止开底吹气搅拌，当真空度67pa时开启底吹氮气搅拌，控制氮气流量30nl/min，真空时间控制在6.2min。破空后切换为氩气搅拌，氩气流量控制在19nl/min。
23.vd破空后取样分析钢中氮含量，检测结果为：114ppm。
24.实施例2生产齿轮钢20crmoh，生产过程包括转炉冶炼、lf炉精炼、vd炉精炼工序，（1）转炉冶炼工序：出钢合金化过程中加入3.7kg/t钢的氮化锰铁合金，出钢过程用氩气搅拌，出钢过程钢中加氮化锰合金增氮72ppm。
25.（2）lf炉精炼工序：lf炉精炼工序采用碳化硅进行扩散脱氧，精炼终点炉渣二元碱度为4.1，渣中feo含量0.3wt％。精炼过程当钢水温度达到t时，钢包采用氮气搅拌，控制氮气流量219nl/min，吹氮时间控制在23min，所述t＝t
液相线
＋
△
t，其中t
液相线
为钢液液相线温度，
△
t为50℃。lf炉底吹氮气增氮62.1ppm，增氮速率2.7ppm/min。lf炉精炼工序吹氮之前和吹氮过程结束后，进行底吹氩气。吹氮过程结束后氩气流量562nl/min。lf炉精炼时间控制在60min。
26.（3）vd炉精炼工序：抽真空过程时间9min，抽真空过程禁止开底吹气搅拌，当真空度66pa时开启底吹氮气搅拌，控制氮气流量71nl/min，真空时间控制在6.8min。破空后切换为氩气搅拌，氩气流量控制在51nl/min。
27.vd破空后取样分析钢中氮含量，检测结果为：117ppm。
28.实施例3生产齿轮钢20crmoh，生产过程包括转炉冶炼、lf炉精炼、vd炉精炼工序，（1）转炉冶炼工序：出钢合金化过程中加入3.9kg/t钢的氮化锰铁合金，出钢过程用氩气搅拌，出钢过程钢中加氮化锰合金增氮74ppm。
29.（2）lf炉精炼工序：lf炉精炼工序采用碳化硅进行扩散脱氧，精炼终点炉渣二元碱度为5.4，渣中feo含量0.4wt％。精炼过程当钢水温度达到t时，钢包采用氮气搅拌，控制氮气流量241nl/min，吹氮时间控制在25min，所述t＝t
液相线
＋
△
t，其中t
液相线
为钢液液相线温度，
△
t为51℃。lf炉底吹氮气增氮75ppm，增氮速率3.0ppm/min。lf炉精炼工序吹氮之前和吹氮过程结束后，进行底吹氩气。吹氮过程结束后氩气流量500nl/min。lf炉精炼时间控制在68min。
30.（3）vd炉精炼工序：抽真空过程时间7min，抽真空过程禁止开底吹气搅拌，当真空度60pa时开启底吹氮气搅拌，控制氮气流量50nl/min，真空时间控制在6.5min。破空后切换为氩气搅拌，氩气流量控制在30nl/min。
31.vd破空后取样分析钢中氮含量，检测结果为：126.5ppm。
32.实施例4生产齿轮钢tl4227，生产过程包括转炉冶炼、lf炉精炼、vd炉精炼工序，（1）转炉冶炼工序：出钢合金化过程中加入4.1kg/t钢的氮化锰铁合金，出钢过程用氩气搅拌，出钢过程钢中加氮化锰合金增氮76ppm。
33.（2）lf炉精炼工序：lf炉精炼工序采用碳化硅进行扩散脱氧，精炼终点炉渣二元碱度为3.0，渣中feo含量0.4wt％。精炼过程当钢水温度达到t时，钢包采用氮气搅拌，控制氮气流量258nl/min，吹氮时间控制在22min，所述t＝t
液相线
＋
△
t，其中t
液相线
为钢液液相线温度，
△
t为55℃。lf炉底吹氮气增氮71ppm，增氮速率3.23ppm/min。lf炉精炼工序吹氮之前和吹氮过程结束后，进行底吹氩气。吹氮过程结束后氩气流量500nl/min。lf炉精炼时间控制在65min。
34.（3）vd炉精炼工序：抽真空过程时间8min，抽真空过程禁止开底吹气搅拌，当真空度60pa时开启底吹氮气搅拌，控制氮气流量80nl/min，真空时间控制在7min。破空后切换为氩气搅拌，氩气流量控制在10nl/min。
35.vd破空后取样分析钢中氮含量，检测结果为：123.5ppm。
36.实施例5生产齿轮钢tl4227，生产过程包括转炉冶炼、lf炉精炼、vd炉精炼工序，（1）转炉冶炼工序：出钢合金化过程中加入4.3kg/t钢的氮化锰铁合金，出钢过程用氩气搅拌，出钢过程钢中加氮化锰合金增氮78ppm。
37.（2）lf炉精炼工序：lf炉精炼工序采用碳化硅进行扩散脱氧，精炼终点炉渣二元碱度为4.7，渣中feo含量0.5wt％。精炼过程当钢水温度达到t时，钢包采用氮气搅拌，控制氮气流量279nl/min，吹氮时间控制在20min，所述t＝t
液相线
＋
△
t，其中t
液相线
为钢液液相线温度，
△
t为53℃。lf炉底吹氮气增氮70ppm，增氮速率3.5ppm/min。lf炉精炼工序吹氮之前和吹氮过程结束后，进行底吹氩气。吹氮过程结束后氩气流量583nl/min。lf炉精炼时间控制在75min。
38.（3）vd炉精炼工序：抽真空过程时间8.4min，抽真空过程禁止开底吹气搅拌，当真空度64pa时开启底吹氮气搅拌，控制氮气流量39nl/min，真空时间控制在6.4min。破空后切换为氩气搅拌，氩气流量控制在39nl/min。
39.vd破空后取样分析钢中氮含量，检测结果为：122ppm。
40.实施例6生产齿轮钢tl4227，生产过程包括转炉冶炼、lf炉精炼、vd炉精炼工序，（1）转炉冶炼工序：出钢合金化过程中加入4.5kg/t钢的氮化锰铁合金，出钢过程用氩气搅拌，出钢过程钢中加氮化锰合金增氮80ppm。
41.（2）lf炉精炼工序：lf炉精炼工序采用碳化硅进行扩散脱氧，精炼终点炉渣二元碱度为6.0，渣中feo含量0.3wt％。精炼过程当钢水温度达到t时，钢包采用氮气搅拌，控制氮气流量300nl/min，吹氮时间控制在30min，所述t＝t
液相线
＋
△
t，其中t
液相线
为钢液液相线温度，
△
t为54℃。lf炉底吹氮气增氮80ppm，增氮速率2.66ppm/min。lf炉精炼工序吹氮之前和吹氮过程结束后，进行底吹氩气。吹氮过程结束后氩气流量550nl/min。lf炉精炼时间控制在68min。
42.（3）vd炉精炼工序：抽真空过程时间6min，抽真空过程禁止开底吹气搅拌，当真空度63pa时开启底吹氮气搅拌，控制氮气流量55nl/min，真空时间控制在6min。破空后切换为氩气搅拌，氩气流量控制在60nl/min。
43.vd破空后取样分析钢中氮含量，检测结果为：136.5ppm。
44.上述齿轮钢20crmoh为《gb/t18254-2015》的钢种牌号;上述齿轮钢tl4227为《gb/t 7714-2005》的钢种牌号。
45.以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。