中频感应炉控制炼钢中碳、氮含量的研究

中频感应炉冶炼C≤0.030%（质量分数，下同）、N≤0.040%的超低碳低铬和中铬类铁素体不锈钢时，钢中碳、氮含量采用下列方法进行控制。

1.选用碳、氮含量低的原材料

带入钢中碳、氮的主要原材料是铬铁、纯铁和本钢返回料。目前，国内市场已大量供应国产的微碳铬铁（C=0.010%～0.030%，质量分数）、各种纯铁（C=0.005%～0.020%，质量分数）。为生产超低碳合金钢提供了充足的原材料。

表1-5列出冶炼超低碳铁素体不锈钢用原料最高碳、氮含量。此表能满足冶炼各类超低碳铁素体不锈钢需要的铬铁和纯铁，以供配料时选用。

表1-5 冶炼超低碳铁素体不锈钢用原料最高碳、氮含量（质量分数）（%）

①低铬中Cr的质量分数为10.5%～15.0%，（C+N）的质量分数不大于0.05%。

②中铬中Cr的质量分数为16%～22%，（C+N）的质量分数不大于0.04%。

③高铬中Cr的质量分数为23%～32%，（C+N）的质量分数不大于0.04%。

2.炉料的配碳量

中频感应炉冶炼过程没有脱碳的功能。相反，冶炼过程存在着使钢液增碳的因素。通常中频感应炉冶炼过程中，增碳量为0.004%～0.006%（质量分数，下同）。在过程条件控制良好的情况下，冶炼过程增碳量为0.005%。因此，在选用原材料进行配料计算时，应制定一个切合实际的配料碳含量。表1-6列出冶炼超低碳铁素体不锈钢时炉料配碳量。表中的数据可供参考。需要指出的是：成品碳含量中未考虑化学分析的误差值。

表1-6 冶炼超低碳铁素体不锈钢时炉料配碳量（质量分数）（%）

3.防止冶炼过程钢液增碳的措施

冶炼过程下列操作会引起钢液增碳，应予以重视。

（1）坩埚引起的钢液增碳现象 坩埚前炉冶炼含碳量较高的钢种，如果C＞0.08%（质量分数，下同）时，应当使用C≤0.030%的纯铁进行洗炉，之后再冶炼超低碳铁素体不锈钢，否则会引起增碳0.020%～0.040%。

（2）造渣用石灰引起的钢液增碳 造渣时应选用优质冶金石灰。石灰用竖炉燃煤烧制时，含游离碳量的质量分数为0.20%～1.90%。使用这种石灰造渣，会引起钢液增碳0.002%～0.008%（质量分数）。应当选用轻质透烧的冶金石灰以避免增碳。

（3）测温用品引起的钢液增碳 避免使用纸质套管插入式热电偶进行测温。因为，纸质套管接触钢液碳化后，会被钢液吸收而增碳。生产实践表明，每吨钢液测温两次，会造成增碳量约0.010%（质量分数）。(www.xing528.com)

（4）由钢包引起的钢液增碳现象 钢包用焦炭、燃油烘烤后，包内附着游离碳，使用前应用氧气喷吹内壁，使游离碳氧化，以防止钢包增碳。如条件允许，最好采用煤气或天然气烘烤钢包。

（5）操作工具引起的钢液增碳 冶炼操作使用的搅棒、样勺、除渣工具、样杯等，不得熔入钢液或被钢液侵蚀，以免引起钢液增碳。

除了上述引起钢液增碳的操作外，在冶炼超低碳钢种时，还必须注意炉台、天车、浇注场地的环境卫生工作，以减少增碳的机会。

4.防止冶炼过程钢液增氮的措施

由于氮在钢液中的溶解度随铬含量的增加而升高。冶炼含铬不锈钢时，各阶段都存在钢液自大气中吸氮的现象。

根据统计结果，中频感应炉冶炼铬不锈钢过程增氮情况见表1-7。从表中数据可知，熔化期钢液增氮量最大，占钢中总氮量的55%。因此可以认为：冶炼过程钢液主要在熔化期自大气吸氮。因为感应加热炉料依靠集肤效应分层熔化，这样为吸氮创造了有利条件。要降低钢液含氮量，必须从熔化期着手采取措施。

表1-7 中频感应炉冶炼铬不锈钢过程增氮情况

熔化期减少钢液增氮的措施如下：

（1）制订合理的铬铁加入制度 铬铁是熔化期主要吸氮的炉料。不同品种的铬铁在熔化过程中，吸氮数量有很大差别。表1-8列出铬铁种类与熔化期吸收氮量的关系。这两个不同品种的铬铁，在相同条件下熔化时的吸氮是不同的。从表中数据可知：真空微碳铬铁的吸氮数量，是铝热法微碳铬铁的18倍。因为真空微碳铬铁是多孔性原材料，加热后从600℃开始吸收氮，800℃以上吸氮速度急剧加快，900℃时吸氮量达到1.0%。

表1-8 铬铁种类与熔化期吸收氮量的关系（质量分数，%）

①铝热法微碳铬铁中，Cr的质量分数为65%，N的质量分数为0.04%～0.06%。

②真空法微碳铬铁中，Cr的质量分数为72%，N的质量分数为0.015%～0.040%。

真空微碳铬铁不能随炉料装入坩埚加热熔化，应在熔化后期炉内熔池形成后，分批加入钢液中，以减少吸氮量。冶炼超低碳00Cr13Ti不锈钢时，真空微碳铬铁在熔清后加入炉内未发生增氮。同样，为了减少增氮，普通微碳铬铁应尽可能安排在熔化末期至熔清后分批加入。

（2）增大底渣渣量和改善渣的流动性 增大底渣渣量、调整渣成分，减少CaO，增加CaF₂的比例，加快成渣速度。使渣层尽早覆盖在熔池表面，以减少大气与高温钢液的接触时间，降低熔化期钢液吸氮量。

（3）提高装料质量、加快熔化速度 提高装料质量，要做到炉料中，重料装入坩埚中下部优先熔化，轻料后期装入，大功率供电快速熔化，缩短熔化时间。