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基本信息

項(xiàng)目名稱：
加壓電渣重熔制備高氮不銹鋼技術(shù)開發(fā)
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
本作品成功開發(fā)出加壓電渣重熔設(shè)備及利用該設(shè)備制備性能優(yōu)異的高氮不銹鋼的冶煉工藝，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，處于國(guó)際領(lǐng)先水平，為推動(dòng)我國(guó)高氮不銹鋼的工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。該加壓重熔設(shè)備完全能滿足加壓條件下制備高氮不銹鋼的設(shè)備要求。探索出采用復(fù)合電極方式進(jìn)行加壓電渣重熔制備高氮不銹鋼的方法，制備出成分均勻、組織致密、無(wú)缺陷、性能優(yōu)異的高氮不銹鋼。相關(guān)技術(shù)申請(qǐng)了3項(xiàng)國(guó)家專利，發(fā)表國(guó)際會(huì)議論文1篇。
詳細(xì)介紹：
本作品成功開發(fā)出加壓電渣重熔設(shè)備（最大冶煉壓力為7MPa、可冶煉50kg鑄錠）及利用該設(shè)備制備性能優(yōu)異的高氮不銹鋼的冶煉工藝，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，處于國(guó)際領(lǐng)先水平，為推動(dòng)我國(guó)高氮不銹鋼的工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。該加壓重熔設(shè)備具有良好的密封系統(tǒng)、良好的安全系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)水-氣平衡系統(tǒng)、完備的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，完全能滿足加壓條件下制備高氮不銹鋼的設(shè)備要求。采用制備復(fù)合電極方式進(jìn)行加壓電渣重熔制備高氮不銹鋼，成功地解決了德國(guó)加壓電渣重熔技術(shù)氮分布不均勻問(wèn)題，從而避免了二次重熔，節(jié)約了成本、且具有工藝方法簡(jiǎn)單，冶煉效果好等優(yōu)點(diǎn)。高氮不銹鋼加壓電渣重熔設(shè)備及工藝申請(qǐng)了3項(xiàng)國(guó)家專利，并發(fā)表國(guó)際會(huì)議論文1篇。利用開發(fā)的加壓電渣重熔制備高氮不銹鋼冶煉工藝，成功地制備獲得備獲得成分均勻、組織致密、無(wú)缺陷、氮含量最高大1.2%性能優(yōu)異的高氮不銹鋼。 利用該加壓電渣重熔設(shè)備及冶煉工藝可實(shí)現(xiàn)氮含量超過(guò)常壓氮溶解度的鋼種，尤其是氮含量較高的高氮不銹鋼的冶煉，為鋼鐵企業(yè)、高校及科研院所提供高氮不銹鋼制備的設(shè)備及工藝，該技術(shù)的成功開發(fā)在國(guó)內(nèi)具有十分廣闊的市場(chǎng)前景。

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

1.設(shè)計(jì)發(fā)明目的和基本思路： 加壓電渣重熔是目前商業(yè)化生產(chǎn)高氮不銹鋼的有效方法，且其僅在德國(guó)進(jìn)行了大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。德國(guó)采用設(shè)置加料倉(cāng)的加壓電渣重熔技術(shù)存在成本較高、氮分布不均勻、硅容易超標(biāo)、需二次重熔等缺點(diǎn)。為了推動(dòng)我國(guó)高氮不銹鋼制備技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計(jì)了最大壓力為7MPa，可熔煉50kg高氮不銹鋼的加壓電渣爐，并探索出制備成分均勻、組織致密、無(wú)缺陷、性能優(yōu)異的高氮不銹鋼的方法。 2.創(chuàng)新點(diǎn)： 提供了一種能夠在加壓條件下（最大壓力為7MPa）冶煉高氮不銹鋼的加壓電渣重熔設(shè)備，該設(shè)備配備了能夠手動(dòng)或自動(dòng)控制加壓電渣爐內(nèi)氣體和冷卻水平衡系統(tǒng)，利用該加壓電渣重熔爐探索出采用復(fù)合電極方式進(jìn)行制備成分均勻、組織致密、無(wú)缺陷、且性能優(yōu)異高氮不銹鋼的方法。該加壓電渣重熔設(shè)備及利用該設(shè)備制備高氮不銹鋼工藝的成功開發(fā)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，成功地克服了目前德國(guó)加壓電渣重熔工藝制備高氮不銹鋼存在的氮分布不均勻等問(wèn)題，為推動(dòng)我國(guó)高氮不銹鋼工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 3.技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)： 外壁能夠承受最大壓力為7MPa的結(jié)晶器設(shè)計(jì)；爐體靜密封和滑動(dòng)密封系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，能實(shí)現(xiàn)加壓條件下冶煉的良好密封；高壓水-氣平衡系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)冶煉過(guò)程中水氣的動(dòng)態(tài)平衡；安全防護(hù)體統(tǒng)設(shè)計(jì)，以保證冶煉實(shí)驗(yàn)過(guò)程操作人員的安全；控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)冶煉過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)程控制；加壓條件下氮合金化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)成分均勻（特別是氮分布均勻）、組織致密、性能優(yōu)異的高氮不銹鋼制備。

科學(xué)性、先進(jìn)性

與傳統(tǒng)電渣重熔爐相比較，加壓電渣重熔爐主要有以下幾點(diǎn)特點(diǎn)： （1）密封式高壓熔煉室及其高壓水-氣平衡系統(tǒng)； （2）密封式滑動(dòng)導(dǎo)電系統(tǒng)，以保證在電極升降時(shí)熔煉室仍處于良好的密封和加壓狀態(tài)，同時(shí)防止假電極在冶煉過(guò)程中過(guò)熱而影響密封，假電極需裝配自循環(huán)水冷卻系統(tǒng)； （3）良好的氣、水密封措施和相應(yīng)的防爆裝置（如采用安全閥，以實(shí)現(xiàn)過(guò)壓保護(hù)），以保證冶煉實(shí)驗(yàn)過(guò)程操作人員的安全； （4）由于重熔過(guò)程在完全封閉的條件下進(jìn)行，完備的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，可對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證冶煉過(guò)程操作的安全。 該加壓電渣重熔設(shè)備完全能夠滿足加壓條件下進(jìn)行冶煉高氮不銹鋼的設(shè)備要求。 與德國(guó)目前采用的加壓電渣重熔制備高氮不銹鋼的技術(shù)相比： 采用制備復(fù)合電極方式進(jìn)行加壓電渣重熔制備高氮不銹鋼，成功地解決了原有技術(shù)氮分布不均勻問(wèn)題，從而避免了二次重熔，節(jié)約了成本、且具有工藝方法簡(jiǎn)單，冶煉效果好等優(yōu)點(diǎn)。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

相關(guān)發(fā)表論文： 加壓電渣重熔制備高氮奧氏體不銹鋼國(guó)際會(huì)議論文 Zhouhua Jiang,Yang Cao，Huabing Li. Manufacture of High Nitrogen Austenitic Stainless Steels by Pressurized Electro-Slag Remelting [A], Proceedings of International Conference on TMS2009[C], San Francisco, America, February, 2009, 725-733.

作品所處階段

中試階段。

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

作品可展示的形式

圖紙，圖片。

使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì) （1）設(shè)備安全可靠，具有良好的密封系統(tǒng)、完備的控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)程控制；動(dòng)態(tài)高壓水-氣平衡系統(tǒng)；可滿足加壓冶煉條件的要求。 （2）采用復(fù)合電極進(jìn)行加壓條件下氮合金化，可實(shí)現(xiàn)氮分布均勻的高氮不銹鋼制備，無(wú)需二次重熔。 （3）可規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化。 適用范圍 可實(shí)現(xiàn)氮含量超過(guò)常壓氮溶解度的鋼種，為鋼鐵企業(yè)、高校及科研院所提供高氮不銹鋼制備的設(shè)備及工藝。 市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè) 該加壓電渣重熔設(shè)備及工藝的開發(fā)成功將推動(dòng)我國(guó)高氮不銹鋼的制備技術(shù)及品種開發(fā)，同時(shí)促進(jìn)國(guó)內(nèi)高氮不銹鋼的研究水平與國(guó)際接軌。高氮不銹鋼具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，優(yōu)異的耐腐蝕性能，并改善醫(yī)用不銹鋼的生物相容性，其將廣泛地應(yīng)用于交通運(yùn)輸（汽車、火車、輪船）、電力（發(fā)電機(jī)護(hù)環(huán)）、建筑（如超高強(qiáng)度鋼筋）、醫(yī)用植入材料、宇航空間工業(yè)（航空渦輪機(jī)葉片）、海洋工程、化工、石油、原子能和軍事工業(yè)等許多領(lǐng)域。

同類課題研究水平概述

1. 常壓電渣重熔工藝 利用常壓電渣重熔工藝冶煉的高氮奧氏體不銹鋼中的氮含量被限制在0.8%以下，且容易出現(xiàn)偏析氣孔。但較高檔次的護(hù)環(huán)鋼如P900N、P900NMo、P2000，其氮含量均在0.9%以上，采用常壓電渣重熔工藝無(wú)法完成氮含量較高的高氮不銹鋼的生產(chǎn)。 2. 熱等靜壓熔煉和加壓感應(yīng)爐熔煉 熱等靜壓熔煉和加壓感應(yīng)爐熔煉是兩種實(shí)驗(yàn)室規(guī)模制備高氮鋼的方法。采用熱等靜壓熔煉爐內(nèi)壓力最大可達(dá)200MPa，制備的高氮鋼氮含量可達(dá)4%，但在高氮鋼機(jī)體中易形成氮化物沉淀，因此該技術(shù)不適于工業(yè)化制備高氮鋼。研究表明在鋼液氣相滲氮的過(guò)程中，氣相－熔體界面的面積占主導(dǎo)地位，當(dāng)它非常小時(shí)，熔池中鋼液難以獲得很高的氮含量，因此在加壓感應(yīng)爐內(nèi)僅靠在氮?dú)鈿夥障挛苽涓叩?，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。 3. 大熔池法 “大熔池法”指高氮鋼水在大容量的爐子或鋼包中被劇烈攪拌，足夠澆一個(gè)或多個(gè)鑄件、鋼錠。大熔池法包括反壓鑄造法、重力鑄造法和整體鑄造法。目前，大熔池法僅在保加利亞用于工業(yè)化大規(guī)模制備高氮鋼。該方法存在的缺點(diǎn)：生產(chǎn)工廠相對(duì)于傳統(tǒng)的工廠更加復(fù)雜，設(shè)備比較昂貴，而且需要特殊技能的人去操作，生產(chǎn)成本比較高。 4. 德國(guó)的加壓電渣重熔熔煉 加壓電渣重熔是目前商業(yè)上生產(chǎn)高氮鋼的有效方法。僅在德國(guó)進(jìn)行一定規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。但在高壓下熔煉，通過(guò)加料倉(cāng)向渣中添加氮化物時(shí)也會(huì)因形成氮?dú)舛乖序v，擾亂了熔煉過(guò)程，導(dǎo)致電極端處的液態(tài)金屬膜暴露于氮?dú)庵?，結(jié)果由于液態(tài)金屬吸收的氮量和溶解的氮量處于無(wú)法控制的狀態(tài)，使重熔錠中的分布不均勻；且使用Si3N4合金改善氮均勻性時(shí)，Si元素容易超標(biāo)。 5. 加壓等離子電弧熔煉 等離子熔煉是利用等離子弧作為熱源來(lái)熔化、精煉和重熔金屬的一種新型冶煉方法。用等離子弧滲氮時(shí)，熔融金屬暴露于等離子弧中時(shí)利用化學(xué)吸附和電場(chǎng)吸附使鋼水增氮。目前，加壓等離子電弧爐冶煉高氮鋼存在如下缺點(diǎn)：電能消耗高；壓力增大時(shí)，鋼液滲氮達(dá)到的飽和值下降，其壓力僅限在0.45MPa以下；由于等離子噴槍內(nèi)溫度的分布不均勻，造成氮分解，使氮的分布不均勻；設(shè)備復(fù)雜昂貴，難以生產(chǎn)板坯等。
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