增压感应炉冶炼高氮钢的工艺要点如下：钢液的脱氧和脱硫，气相氮合金化条件，获得致密钢锭的条件等。

1.增压感应炉内钢液的脱硫和脱氧

钢液中[O]、[S]含量过高，不利于钢液自气相吸收氮，降低气相氮合金化的效率。因为氧、氮均为表面活性元素，当气相中的氮分子被钢液表面吸附后，分解为氮原子溶入钢液并不断向内部传递时，如果钢液表面富集有氧、硫原子，会降低氮原子的传递速度，使氮合金化速度减缓，效率下降。因此，在增压感应炉内钢液进行气相氮合金化之前，应对钢液进行深度脱氧和脱硫，降低氧和硫的含量。

通常希望[O]小于0.0040%（质量分数，下同），[S]小于0.016%。图12-7示出钢液含硫量对吸收氮量的影响。

（1）钢液的脱氧方法 增压感应炉是无渣冶炼，不能进行扩散脱氧操作，只能依靠沉淀脱氧来降低钢液含氧量。由于冶炼钢中含氮量高，不能使用含铝脱氧剂脱氧。因为铝同钢液中的氮能形成氮化铝，增加非金属夹杂物数量。因此，冶炼高氮钢时，应选用硅钙合金、硅钡合金等进行沉淀脱氧。脱氧剂用量与非真空感应炉冶炼相同。

图12-7 钢液含硫量对吸收氮量的影响

（2）钢液的脱硫方法 与脱氧操作相似，增压感应炉内不能使用碱性渣脱硫，只能使用沉淀脱硫方法降低含硫量。沉淀脱硫使用的脱硫剂为稀土元素，常用混合稀土合金。脱硫时，稀土元素加入量（质量分数）为0.20%左右。

2.钢液气相氮合金化

增压感应炉冶炼高氮钢时，是通过熔池上空氮气使钢液吸收而实现增氮。通常是根据钢的化学成分和含氮量来确定氮气的压强、温度及保持时间来实现所需的增氮量。

（1）确定氮合金化时的氮气压强p_N2冶炼高氮钢的化学成分、氮气合金化钢液温度一定时，可以利用杉山岳文等给出的计算公式，求出氮合金化时所需要的氮气压强p_N2：

式中[%N]——钢液含氮量（质量分数，%）；

[%J]——钢液合金元素J含量（质量分数，%）；

p_N2——炉内氮气压强，式（12-1）单位为atm，式（12-2）单位为

MPa；

T——钢液温度（K）；

e^J_N——钢液中J元素对氮的一次相互作用系数；

r^J_N——钢液中J元素对氮的二次相互作用系数。

计算公式中，钢液中合金元素对氮的一次和二次相互作用系数e^J_N和r^J_N的计算公式列于表12-8。

表12-8 钢液中合金元素对氮的一次和二次相互作用系数的计算公式

利用式（12-1）或式（12-2）计算得出的p_N2值，通过对表12-9的A钢、B钢进行试验，得出氮气压强对氮在A钢和B钢中溶解度的影响见图12-8和图12-9。从图中数据可知：A钢中吸收的氮量，其计算值与试验值完全符合；B钢的吸收氮量，随氮气压强的升高，计算值与试验值的差距增大，计算含氮量高于实际含氮量。分析产生差异的原因是：当氮气压强低于0.6MPa时，氮在钢中溶解度服从西华特定律双原子气体溶解规律；当氮气压强高于0.6MPa时，氮在钢中溶解度偏离西华特定律而出现了差异。

表12-9 增压感应炉冶炼试验钢化学成分

图12-8 氮气压强对氮在A钢中溶解度的影响

图12-9 氮气压强对氮在B 钢中溶解度的影响(www.daowen.com)

综上所述，增压感应炉冶炼含氮量（质量分数）大于0.60%的高氮钢时，通过气相进行氮合金化，为了准确控制高氮气压强下钢液的加氮量，在利用式（12-1）或式（12-2）计算氮气压强p_N2时，应将氮自身的相互作用系数e^N_N、r^N_N计算进去。这样得到的p_N2值用于控制氮合金化，最终得到的实际含氮量将与计算值差别不大。总之，为了精确控制钢液含氮量，应通过生产实践总结分析影响因素，不断完善控制方法。

（2）气相氮合金化的保持时间 钢液在氮气下达到预计含氮量所必须的保持时间，取决于含氮量的高低、氮气压强、氮气导入方法以及化学成分和动力学条件等多种因素。

图12-10和图12-11示出50kg和500kg容量增压感应炉内冶炼Cr29钢，钢液在不同氮气压强下的保持时间与钢液含氮量的关系。从图中曲线可知：钢液吸收氮量随着氮气压强的升高而增长。坩埚容量对钢液吸收氮量的影响不十分明显。另外，保持时间达到60min后，钢液吸氮速度减慢。

图12-10 50kg炉冶炼Cr29钢时保持时间与钢液含氮量的关系

图12-11 500kg炉冶炼Cr29钢时保持时间与钢液含氮量的关系

生产实践表明：容量3～10t增压感应炉，气相氮气加氮的保持时间均在20min左右。如果冶炼含氮量大于0.60%（质量分数，下同）的高氮钢时，保持时间应适当延长。50kg和500kg容量增压感应炉的试验结果表明：冶炼含N=1.0%～1.2%的高氮钢，在1.0MPa氮气压强下，保持60min完全可以达到所需要的含氮量。

如何确定氮合金化的保持时间，尚需开展试验研究工作，以便得到合理的保持时间。

目前气相合金化使用的氮气压强逐步增加，钢液吸收氮的速度明显加快。500kg增压感应炉采用的氮气压强已达到1.6MPa。表12-10列出500kg增压感应炉冶炼高氮钢时炉内氮气压强的控制。由此可见，氮合金化的保持时间60min，可以达到预期加氮效果。

表12-10 500kg增压感应炉冶炼高氮钢时炉内氮气压强的控制

（3）影响气相氮合金化的其他因素 气相增氮速度随p_N2值的增大而加快，氮气压强是影响增氮速度的主要因素。除此以外，还有下列因素对增氮速度产生影响。

1）钢液的搅拌强度。随着钢液搅拌强度的增强，钢液吸氮速度加快。增压感应炉进行气相氮合金化时，应加强钢液的搅拌。

2）炉子容量的影响。炉子容量增大，单位重量钢液与气相接触面积减少，钢液增氮速度减慢。小容量炉的增氮速度比大容量炉快。

3）钢的化学成分和杂质含量的影响。钢中含有对氮亲和力强的元素含量高，钢液增氮速度快。

4）氮气供给方式的影响。表12-11列出向钢液供氮的方式与增氮效果。从表中数据可知：将氮气导入钢液，可以获得良好的增氮效果。这对改进增压感应炉供氮方法，加速钢液吸氮速度具有重要的启示。

表12-11 向钢液供氮的方式与增氮效果

3.生产致密钢锭的措施

增压感应炉气相加氮时，随着钢液含氮量的增加，气相氮的压强应相应升高，以免氮自钢液中逸出。同样，在出钢浇注和钢锭凝固过程中，也应采取措施，防止氮气逸出和钢锭内出现气泡。

（1）出钢浇注过程应在高氮气压下进行 出钢浇注过程中，为了防止氮自钢液逸出而造成氮的损失，炉内氮气压强应稍高于氮合金化时的压强。该压强应一直保持到钢锭完全凝固。表12-10给出500kg增压感应炉冶炼高氮钢时，出钢浇注和钢锭凝固使用的氮气压强。

（2）钢锭凝固过程使用的氮气压强 图12-12示出含氮1.2%、含铬29%的高氮钢钢锭致密性与凝固空间氮气压强的关系。图12-13示出含氮0.60%、含铬18%高氮钢钢锭致密性与凝固空间氮气压强的关系。

图12-12 凝固空间氮气压强与Cr29钢锭致密性的关系

图12-13 凝固空间氮气压强与Cr18钢锭致密性的关系

从图中可以看出：含氮量为0.60%（质量分数，下同）、含铬量为18%的钢锭（见图12-13），或含氮量小于1.40%、含铬量为29%的钢锭（见图12-12），只要凝固空间氮气压强不小于1.00MPa，钢液在凝固过程中氮不会逸出，钢锭是致密的，不会产生内部气泡。

总之，冶炼含氮的质量分数小于1.40%的高氮钢，保持出钢浇注和钢锭凝固过程氮气压强大于1.00MPa时，所得到的钢锭均为无内部气泡、致密的钢锭。