高氮钢具有优异的力学性能和良好的耐腐蚀性能,已在众多领域得到了广泛应用。在加压电渣重熔生产高氮钢过程中,将廉价的氮气作为氮源,通过气相渗氮代替添加氮化合金来实现钢液增氮,是目前重点研究开发的一项氮合金化新技术。然而,渣中氮的溶解度较低、氮穿过渣池被钢液吸收的过程缓慢,钢液的增氮量有限,制约了气相渗氮技术的进一步开发和应用。因此,深入研究气相渗氮的机理并优化电渣重熔气相渗氮用渣系对于推动高品质高氮钢制备技术的进步具有重大意义。本课题首先针对加压电渣重熔气相渗氮工艺的特性,设计了多种渗氮用CaF2-CaO-Al2O3（SiO2+MgO）渣系并通过物性参数测算进行了优化。之后,以设计的渣系为研究对象,在氮气加压条件下对熔渣渗氮过程的热力学和动力学进行实验研究,探究氮在熔渣中的溶解行为。通过XRD、XPS等检测手段探究渣系的结构及氮在渣中的存在形式。通过上述研究,得出以下主要结论:本文设计的12种渣系的黏度、密度和碱度满足加压电渣重熔用渣的基本要求;S1和S4渣的熔化温度高于1370℃,不适合Cronidur30的冶炼;1600℃时S3和S9渣的电导率大于4.0 Ω-1·cm-1,加压电渣重熔冶炼时电耗较大;碱性氧化物CaO等增加渣系的氮容量,酸性氧化物SiO2等则大幅度降低氮容量;S3、S7～S10、S12等渣系具有较高的氮容量,容纳氮的能力强。熔渣中的氮含量随着加压渗氮时间的延长而持续升高,2小时仍未达到饱和;提高氮气压力可以明显促进氮的溶解;渣中氮的溶解量随CaO/Al2O3上升而增加,添加SiO2则不利于氮的溶解。相同渗氮条件下,S7和S8渣中溶解的氮含量最高,达到1.0%以上。X射线衍射分析表明,预熔渣中的物相以11CaO·7Al2O3·CaF2和单相CaF2为主;当CaO和Al2O3比例高时,渣中存在游离的CaO;在Al2O3含量增加后CaO相消失,生成的少量MgAl2O4会提高渣系的熔点和黏度。X射线光电子能谱分析表明,渗氮后的渣中Ca、F、Al元素主要以CaF2和Al2O3的形式存在;O元素存在桥键氧O0和非桥键氧O-两种形态;当S11渗氮渣中含5%SiO2时,Si元素存在SiO2和Si3N4两种形态。渣中的N元素可以分别与C、Al结合产生N-C和Al-N;高的碳含量可以促进氮在渣中的溶解;Si和Al元素容易与N结合形成结合氮。