真空炉法生产高氮氮化锰工艺及产品结构分析

氮化锰是高氮钢冶金领域应用的重要材料。利用大容量轨道式真空电阻冶炼炉系统,经过预处理的电解金属锰在较高真空度的炉内升温,与高纯氮气进行锰、氮化学反应,生成氮化锰产品。通过工艺过程分析及产品结构分析,产品主要为Mn4N等化合物,根据产品含量检测,此工艺生产得到的氮化锰中氮含量高达8%~10%,可称为高氮氮化锰,其产品性能明显优于现有的氮化锰产品。     

氮化锰生产工艺的优化方案

简要介绍金属锰氮化机理、工业氮化锰生产工艺优化方向。在现有工业氮化锰生产的技术的基础上,基于目前现行氮化锰生产工艺控制对氮化锰产品造成的质量缺陷,进一步优化工艺,提高工艺控制水平,解决因氮化过程的热效应引起的温度分布不均而造成氮化锰“吐氮”问题,以提高氮化锰平均氮含量。     

工业锰粉氮化工艺的试验研究

以氮化锰粉氮含量为目标,采用单因素试验方法考查氮化温度、锰粉粒度以及氮化时间对氮含量的影响;采用XRD对氮化锰粉的结构进行了分析,并在此基础上应用二次回归正交试验设计方法建立二次方程优化氮化锰粉的制备工艺,经过F检验,回归方程显著性好。结果表明,最佳工艺条件是:氮化温度为836℃,氮化时间8h,氮气压力为1.72P°(101.3kPa),可获得含氮量高达8.35%(质量分数)的氮化锰产品。     

金属锰粉氮化过程动力学研究

为研究金属锰粉的渗氮机理,采用热重分析法分别研究了等温和非等温条件下的氮气中,不同粒度的金属锰粉的氮化反应动力学。研究表明:金属锰粉发生氮化反应的起始温度和氮化锰的分解温度分别为470℃和1 016℃。同一粒度下,随着温度升高,表观速率常数增大,但饱和氮含量反而下降,出现吐氮现象;同一温度下,锰粉粒度越小,氮化速率越快,达到平衡的时间越短。金属锰粉粒度从40目降到100目,氮化反应的表观活化能从189.2 kJ/mol降低到115.2 kJ/mol。不同温度下和不同粒度金属锰粉的氮化过程中界面化学反应是整个过程的控制步骤。     

氮化锰球生产工艺优化的技术方向

简要介绍了氮化锰生产的理论依据及工业生产氮化锰的工艺流程。采用热重分析方法研究了氮化锰产品在氩气下的热稳定性。研究结果表明:当温度升至800℃以上时,氮化锰会发生热分解,氮化温度对氮化锰产品的质量有重要影响;对氮化锰球产品的氮质量分数进行了检测分析,初步实验研究表明:产品氮质量分数低、成分偏差较大的原因是在氮化过程中氮化温度制度不合理以及锰氮反应放热引起了金属锰熔化。同时探讨了关于氮化锰球生产工艺优化的技术思路。     

氮化锰硅合金的研发及氮含量影响因素分析

通过在理论上探讨真空法生产氮化锰硅的反应机制,简述了氮化锰硅研发试验方法及产品使用效果。对于氮化锰硅合金中氮含量进行了多因素多条件的分析。提出氮化反应前提高炉内真空度、氮化过程阶段性升温、反应后期提高氮气压力及原料粒度合理控制等方式,都将使氮化锰硅产品含氮量提高并且缩短冶炼周期,达到提高产品质量及产量的效果。     

氮化铬和氮化锰中夹杂物的对比实验

通过添加氮化铬和氮化锰冶炼高氮钢,对氮化铬和氮化锰中的夹杂物进行了对比实验.实验结果表明,在增氮效果上,氮化锰明显不如氮化铬,说明氮化锰的夹杂含量多于氮化铬.而通过对钢锭相同部位夹杂物的分析,钢锭最终夹杂物含量也多于氮化铬,表明氮化铬比氮化锰更纯净.     

甲醛法快速测定氮化锰中氮含量

采用甲醛法测定氮化锰中氮含量,探讨了pH值和干扰离子对氮含量测定的影响。实验结果表明：在pH值为7．0～8．0时,能消除Mn2＋对氮含量测定的影响,通过磁力搅拌或者过滤可消除铁离子对氮含量测定的影响,而氮化锰中铁含量较低,对氮含量测定结果基本无影响。测定结果和凯氏定氮法基本一致,该方法具有简便、快捷、准确的特点,能很好地用于生产和质量控制。     

用氮化铬、氮化锰冶炼高氮钢

 为了研究钢液增氮的新工艺,以钢液增氮的冶金热力学和动力学为基础,在10 kg感应炉上添加氮化铁合金以过饱和氮的方式来提高钢液最终氮含量,并对Cr18Mn18N和Cr23Mn17N两种实验材料的理论氮含量饱和值进行了计算。实验表明,采用氮化铬和氮化锰冶炼,钢液最终氮含量大幅度超过钢液与气相平衡时的氮含量,且氮化铬的增氮效果明显优于氮化锰。采用氮化铬冶炼,氮的收得率和氮的质量分数最高可达89%和098%。     

Mn—N相图和金属锰氮化

应用真空电阻炉高温渗氮、X射线衍射、惰气熔融法氧氮分析等实验测试方法,研究了粒度、温度等因素对金属锰渗氮的影响,热力学计算分析表明,高纯氢气在高温渗氮气氛中可有效抑制金属锰在渗氮的同时发生氧化,结合Mn－N相图和渗氮实验研究结果,氮含量低于Mn4N的计量组成时,渗氮试样的主要相组成为氮化锰稳定相Mn4N和残余金属α－Mn渗氮试样的氮含量大于Mn4N的计量组成时,主要相组成为氮化锰稳定相Mn4N和稳定相、ξ（计量组成约为Mn2N）。     

Nitrogen solubility in liquid manganese and ferromanganese alloys

The nitrogen solubilities in liquid manganese, manganese-iron, manganese-carbon, and manganese-iron-carbon alloys have been measured by the gas-liquid metal equilibration technique in the temperature range of 1623 to 1823 K. The equilibrium nitrogen content in pure liquid manganese at an atmospheric nitrogen pressure is high, and it does not follow Sievert’s law, i.e., f _N is not unity. The reduced nitrogen partial pressures by dilution with argon enabled us to obtain more reliable information on the thermodynamics of nitrogen in liquid manganese. The nitrogen dissolution follows Sievert’s law at nitrogen contents below 1 wt pct. The standard free-energy change for the dissolution of nitrogen in pure liquid manganese has been determined as −67,222+30.32T J/g atom, with the standard state of nitrogen taken as a 1 wt pct solution. Carbon and iron in manganese-rich melts decrease the nitrogen solubility significantly. The first- and second-order interaction parameters between nitrogen and other elements in manganese alloy melts have been determined. The activity coefficient of nitrogen in a ferromanganese alloy melt can be expressed as

Production of high-manganese steel in arc furnaces. Part 1

An improved oxidative production technology for 110Г13Л manganese steel in a 25-t arc furnace is considered. The basic periods of the process are described. The slag conditions in steel production are discussed. The activity of oxygen in the metal is assessed on the basis of practical data regarding the slag composition in the oxidative and reductive periods. The oxygen activity in the metal is plotted as a function of the total content of manganese and iron oxides in the slag. In addition, a method is proposed for determining the required aluminum content for reduction of the metal, so as to obtain the required quantity in the final melt. The influence of the steel’s aluminum content on its impact strength is investigated.     

转炉底吹全程吹氮工艺条件下螺纹钢质量及性能

 借鉴前人研究成果并结合生产实际对复合吹炼转炉底吹全程吹氮工艺螺纹钢质量及性能进行了系统研究。综合对比采用全程吹氮和氮氩切换方式（Ⅰ模式和Ⅱ模式两种不同供气参数）对冶炼、浇铸各个时期钢中氮氧含量、铸坯、轧材内在质量及轧材综合性能差异。结果表明,采用全程吹氮方式与氮氩切换方式钢中氮含量、轧材的夹杂物总量、金相组织的级别、屈服、抗拉强度和断后伸长率都无明显区别,但在同种供气方式上,不同的供气参数对上述结果却有一定的影响。在研究过程中同时研究了时效对轧材综合性能的影响。     

高性能锻轧锰产品及生产工艺

高性能锻轧锰产品生产工艺所采用的方法为二次重结晶压力粉末锻,采用高强度液压式锻轧设备,将金属锰粉末在瞬间压制成型,并将成型锻轧锰置入真空烧结炉进行烧结。高性能锻轧锰产品比其它锰产品在合金均匀化、回收率、产品质量指标等方面均达到了较好的效果。     

电解金属锰渣的资源化利用研究进展

电解金属锰行业的快速发展带来利益的同时也带来大量的废渣,这些废渣引发了大量的环境问题,锰渣的资源化利用已经成为环保领域的研究热点。总结回顾了国内外对锰渣的综合利用途径（金属离子回收、制成农业肥和在各种建材方面的应用等）,通过对比成本、锰渣掺量和锰渣对目标产品性能的影响等,提出工业化推广需要解决的难题,为未来电解金属锰渣的资源化利用方向提供参考。     

低硅电解金属锰试验

阐述了电子工业发展对电解锰产品中Si含量的要求，分析了生产中Si的主要来源，提出了降Si的理论依据，措施与途径。     

Manganese extraction from slag obtained in the production of refined manganese ferroalloys

The extraction of manganese from the tailings slag obtained in the production of refined manganese ferroalloys is studied thermodynamically and experimentally. In such extraction, the slag reacts with metal melts (hot metal, ferromanganese, and ferrosilicomanganese) containing reducing elements (carbon and silicon), with the goal of increasing the overall transfer of manganese to the final manganese ferroalloys. According to the results, the reduction of manganese by carbon only occurs in the case of hot metal. A method is developed for alloying hot metal with manganese from tailings slag obtained in the production of refined manganese ferroalloys.