CN102021272B - 不锈钢冶炼的氮含量控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不锈钢冶炼的氮含量控制方法,该控制方法通过在氩氧脱碳炉(AOD)出钢前的还原期或脱硫期,进行吹氩脱氮,将氮含量控制在钢种范围值的下限附近,然后在钢包处理站(LTS)中进行氮氩气混吹增氮,从而将氮含量控制在钢种所要求的目标值±80ppm之内。采用该控制方法能够快速、均匀地进行氮含量的控制,从而提高不锈钢的氮含量在目标值±80ppm的命中率,不但保证了钢水质量,而且还降低了生产成本,命中率可高达90~99%。
Description
技术领域
本发明涉及含氮不锈钢冶炼工艺,更具体地说,涉及一种不锈钢冶炼的氮含量控制方法。
背景技术
随着全球不锈钢产能的提升,镍资源日趋紧张,世界各大不锈钢企业纷纷开发以氮代镍的节镍型含氮不锈钢。目前,通用的含氮不锈钢冶炼工艺流程如图1所示,首先对铁水进行脱硅、脱磷预处理;然后通过电炉(EAF)进行熔炼不锈钢母液;再通过氩氧脱碳炉(以下简称AOD)吹氮、氩气进行脱碳,并添加各种合金,使钢水吹炼到目标成分;然后再通过钢包处理站(一种不锈钢炉外精炼设备,以下简称LTS)进行吹氩搅拌,均匀钢水成分和温度,最后进行连铸,浇注成坯。
在整个冶炼过程中,不锈钢的氮含量控制是在AOD中完成的,主要包括两个步骤:一、在吹氩气前,根据不同吹炼阶段的氧氮比例,持续往AOD中侧吹氮气进行冶炼,使氮含量在不锈钢液中达到饱和;二、根据钢种不同,在出钢前的还原期、脱硫期向AOD中侧吹一定的氩气,使钢中溶解的氮含量达到钢种所要求的范围值(即上、下限值)之内。但是,由于不锈钢冶炼以廉价铁水作为主原料,脱碳反应十分剧烈,冶炼周期偏长,氮成分变化快,从而造成AOD氮含量难以得到精确控制,最终导致在AOD出钢前的氮含量在目标值±80ppm的命中率较低,仅40~60%。对此,目前只有采用在AOD冶炼后期添加较多的氮化合金,来控制氮含量。然而氮化合金一般含有一定杂质,添加较多会造成其它合金成分的波动而超标,从而污染不锈钢钢水,影响钢水纯净度,降低钢水质量,并且氮化合金价格较贵,添加较多会造成成本的明显增加。
因此,迫切需要一种新的不锈钢氮含量控制技术,用以改善氮含量在目标值±80ppm的命中率。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺点,本发明的目的是提供一种不锈钢冶炼的氮含量控制方法,该控制方法能够提高不锈钢的氮含量在目标值±80ppm的命中率,从而保证成品质量。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
该不锈钢冶炼的氮含量控制方法具体步骤如下:
A.在氩氧脱碳炉冶炼过程中,对炉内钢液进行侧吹氮气,使氮含量在不锈钢液中达到饱和;
B.在氩氧脱碳炉出钢前的还原期或脱硫期,进行侧吹氩气脱氮,将氮含量控制在钢种范围值的下限附近;
C.在钢包处理站的精炼过程中,通过氮氩气混吹进行增氮,使氮含量达到钢种所要求的目标值±80ppm之内;
D.在氮氩气混吹结束后,底吹氩气进行软搅拌,均匀不锈钢成分和温度。
在步骤C中,所述的氮氩气混吹的氮氩比例控制在20∶1至1∶1之间。
在步骤C中,所述的氮氩气混吹满足以下条件:
混吹的气压为一个大气压,并且氮气和氩气同时处于开启状态,氮气流量为5~100m3/h,吹氮压力为0.70Mpa~0.90Mpa;氩气流量在5~40m3/h,吹氩压力:0.60Mpa~0.80Mpa。
在步骤B中,根据钢种不同,选择不同的吹氩脱碳时期:
若钢种氮含量的目标值低于500ppm,在还原期后期进行吹氩;若钢种氮含量的目标值高于500ppm,则在脱硫期进行吹氩。
在步骤B中,通过增加侧吹氩气来进行脱碳,使氮含量控制在钢种范围值的下限,增加氩的吹气量为10~200Nm3。
在步骤D中,所述的底吹氩气流量为2~20m3/h,软搅拌时间为3~6分钟。
在上述技术方案中,本发明的不锈钢冶炼的氮含量控制方法通过在氩氧脱碳炉(AOD)出钢前的还原期或脱硫期,进行吹氩脱氮,将氮含量控制在钢种范围值的下限附近,然后在钢包处理站(LTS)中进行氮氩气混吹增氮,从而将氮含量控制在钢种所要求的目标值±80ppm之内。采用该控制方法能够快速、均匀地进行氮含量的控制,从而提高不锈钢的氮含量在目标值±80ppm的命中率,不但保证了钢水质量,而且还降低了生产成本,命中率可高达90~99%。
附图说明
图1是现有技术的含氮不锈钢冶炼工艺的流程图;
图2是本发明的不锈钢冶炼的氮含量控制方的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
请参阅图2所示,本发明的不锈钢冶炼的氮含量控制方法的步骤如下:第一步,在氩氧脱碳炉(以下简称AOD)冶炼过程中,根据不同吹炼阶段氧氮比例,对炉内钢液进行持续侧吹氮气,使氮含量在不锈钢液中达到饱和;第二步,在AOD出钢前的还原期及脱硫期,进行侧吹氩气,将氮含量控制在钢种范围值的下限附近;第三步,在钢包处理站(以下简称LTS)的精炼过程中,通过氮氩气混吹进行增氮,使氮含量达到钢种所要求的目标值±80ppm之内;第四步,在氮氩气混吹结束后,底吹氩气进行软搅拌,均匀不锈钢成分和温度,完成氮含量控制。
下面对每个步骤进行具体说明:
第一步骤与现有技术相同,在此不再赘述。
在第二步骤中,根据钢种不同,在出钢前还原期、脱硫期向AOD中对吹一定的氩气,使氮含量控制在钢种要求的范围值的下限附近,以便在后续LTS中进行氮氩混吹增氮至目标值。而增吹氩气量是在现有技术的侧吹氩气量的基础上,多吹10~200Nm3的氩气。
在第三步骤中,氮氩气混吹可采用以下方式:通过增设一路氮气管,平行于LTS原有的底吹氩气管,并增加相应的氮气管控制系统,从而实现可切换氮、氩气的吹送,并利用钢包原有的透气塞,在冶炼含氮不锈钢时,底吹氮气,同时吹入一定比例的氩气,即氮氩气混吹。所述的氮氩气混吹的氮氩比例应控制在20∶1至1∶1之间,由于氩气的搅拌能力相当于氮气的六倍,因此,在吹氮的时候同时吹氩,可以提高搅拌能力,有利于快速、均匀的增氮,实现氮含量的有效控制。
LST氮氩气混吹的具体工艺要求如下:
LST的钢水处理量为100t~140t;氮氩混吹起始温度控制在LST钢水出站的温度以上30℃~60℃;混吹时的气压为常压,并且氮气和氩气同时处于开启状态,氮气流量为5~100m3/h,吹氮压力为0.70Mpa~0.90Mpa;氩气流量在5~40m3/h,吹氩压力:0.60Mpa~0.80Mpa。
而在实际操作中,采用设定吹氮量、氩气量,吹气时间与吹气量、流量有关,吹氮量和气-钢液界面积、钢的质量、钢液密度、表观正反应速率常数、时刻钢液内部氮浓度、时刻钢液内部氮浓度、氮的溶解度、氮在钢液中的传质系数、氮的活度系数、吹氮流量、初始氮含量及与目标氮含量的差值有关系。增氮百分量随吹气量增大而增大,同时铬对其影响较大,渗氮素率随铬含量的增大而增大;温度对不锈钢的溶解度影响较大,随温度的升高,溶解度变小;增氮过程中,钢水中氮含量越高,增氮速率越低。因此,根据氮氩混吹处理前的不锈钢钢水的成分、温度、处理后不锈钢的氮含量,计算出氩混吹时相应的吹氮量。
在第四步骤中,底吹氩气的流量为2~20m3/h,软搅拌时间为3~6分钟。
在此需要说明的是,在传统工艺中,LTS中只吹氩,仅起到搅拌作用,用于均匀钢水成分和温度,促进夹杂物上浮和钢渣反应的作用,氮含量的控制均在AOD中完成。
下面对本发明的控制方法进行举例说明:
1、对钢种A的氮含量进行控制,该钢种氮的目标值为650ppm,上下限范围值为400~700ppm:首先,在AOD中吹氮气,使钢种A中的氮达到饱和;然后在AOD出钢前的还原期、脱硫期,在现有工艺的基础上,多吹70Nm3的氩气,使氮含量控制在钢种范围值的下限附近;此时AOD中的钢种A成分见表1:
表1
元素 | C | Si | Mn | S | P | Cr | Ni | N |
% | 0.032 | 0.34 | 0.96 | 0.004 | 0.023 | 18.03 | 8.10 | 0.041 |
再在LTS进行氮氩气混吹,在LTS氮氩混吹前,钢水的起始条件如下:
(1)起始氮含量:0.041%(换算关系100ppm=0.01%)
(2)起始处理温度:1575℃
(3)钢水量:126t
LTS氮氩混吹的主要参数如下:
(1)处理气压:大气状态
(2)吹氮压力:0.80Mpa
(3)吹氮时间:50min
(4)吹氮流量:36m3/h
(5)底吹氮气量:33.5Nm3
(6)吹氩压力:0.70Mpa
(7)吹氩流量:4.0m3/h
最后,采用流量为3m3/h的氩气进行底吹软搅拌5分钟。此时LTS中的钢种A成分见表2:
表2
元素 | C | Si | Mn | S | P | Cr | Ni | N |
% | 0.0303 | 0.33 | 0.96 | 0.003 | 0.023 | 18.04 | 8.09 | 0.066 |
经检测,采用本发明的控制方法的钢种A氮含量在目标值±80ppm的命中率能够达到94%;而采用传统工艺,钢种A的命中率只有50%。
2、钢种B
1、对钢种B的氮含量进行控制,该钢种氮的目标值为2550ppm,上下限范围值为2400~2600ppm:首先,在AOD中吹氮气,使钢种B中的氮达到饱和;然后在AOD出钢前的还原期、脱硫期,在现有工艺的基础上,多吹50Nm3的氩气,使氮含量控制在钢种范围值的下限附近;此时AOD中的钢种B成分见表3:
表3
元素 | C | Si | Mn | S | P | Cr | Ni | Mo | N |
% | 0.021 | 0.51 | 6.1 | 0.005 | 0.028 | 21.28 | 12.97 | 2.0 | 0.239 |
再在LTS进行氮氩气混吹,在LTS氮氩混吹前,钢水的起始条件如下:
(1)起始氮含量:0.239%
(2)起始处理温度:1540℃
(3)钢水量:129t
LTS氮氩混吹的主要参数如下:
(1)处理气压:大气状态
(2)吹氮压力:0.81Mpa
(3)吹氮时间:50min
(4)吹氮流量:28m3/h
(5)底吹氮气量:25Nm3
(6)吹氩压力:0.70Mpa
(7)吹氩流量:4.0m3/h
最后,采用流量为4m3/h的氩气进行底吹软搅拌5分钟。此时LTS中的钢种B成分见表4:
表4
元素 | C | Si | Mn | S | P | Cr | Ni | Mo | N |
% | 0.020 | 0.50 | 6.08 | 0.004 | 0.029 | 21.27 | 13.0 | 2.0 | 0.255 |
经检测,采用本发明的控制方法的钢种B氮含量在目标值±80ppm的命中率能够达到95%;而采用传统工艺,钢种B的命中率只有55%。
3、钢种C
1、对钢种C的氮含量进行控制,该钢种氮的目标值为4350ppm,上下限范围值为4230~4430ppm:首先,在AOD中吹氮气,使钢种C中的氮达到饱和;然后在AOD出钢前的还原期、脱硫期,在现有工艺的基础上,多吹40Nm3的氩气,使氮含量控制在钢种范围值的下限附近;此时AOD中的钢种C成分见表5:
表5
元素 | C | Si | Mn | S | P | Cr | Ni | Mo | N |
% | 0.020 | 0.42 | 6.10 | 0.007 | 0.026 | 24.02 | 16.05 | 7.11 | 0.424 |
再在LTS进行氮氩气混吹,在LTS氮氩混吹前,钢水的起始条件如下:
(1)起始氮含量:0.0424%
(2)起始处理温度:1555℃
(3)钢水量:125t
LTS氮氩混吹的主要参数如下:
(1)处理气压:大气状态
(2)吹氮压力:0.82Mpa
(3)吹氮时间:48min
(4)吹氮流量:80m3/h
(5)底吹氮气量:60Nm3
(6)吹氩压力:0.70Mpa
(7)吹氩流量:5.0m3/h
最后,采用流量为4m3/h的氩气进行底吹软搅拌6分钟。此时LTS中的钢种C成分见表6:
表6
元素 | C | Si | Mn | S | P | Cr | Ni | Mo | N |
% | 0.021 | 0.41 | 6.08 | 0.006 | 0.027 | 24.01 | 16.04 | 7.10 | 0.435 |
经检测,采用本发明的控制方法的钢种C氮含量在目标值±80ppm的命中率能够达到96%;而采用传统工艺,钢种C的命中率只有45%。
综上所述,本发明的氮含量控制方法与现有技术相比,存在以下优点:
(1)使用现有技术,含氮不锈钢氮含量在目标值±80ppm的命中率仅为40~60%,而本发明采用LTS氮氩混吹的增氮工艺,能够使含氮不锈钢在LTS中快速、均匀地进行氮含量控制,其氮含量在目标值±80ppm的命中率可高达90~99%。
(2)与现有技术AOD的后期添加氮化合金进行增氮相比,本发明每增氮200ppm可降低成本90~130元/吨。
(3)与现有技术AOD的后期添加氮化合金进行增氮相比,本发明的LTS氮氩混吹的重量可以忽略不计,不会造成钢水其它成分的波动而超标,能够使氮含量命中率得到保证。
(4)与现有技术AOD的后期添加氮化合金进行增氮相比,由于氮气和氩气纯度为99.9%,杂质很少,不会污染不锈钢钢水,避免了影响钢水纯净度,使钢水的质量明显得到改善。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到,以上的实施例仅是用来说明本发明,而并非用作为对本发明的限定,只要在本发明的实质精神范围内,对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
Claims (6)
1.一种不锈钢冶炼的氮含量控制方法,其特征在于,
该控制方法的具体步骤如下:
A.在氩氧脱碳炉冶炼过程中,对炉内钢液进行侧吹氮气,使氮含量在不锈钢液中达到饱和;
B.在氩氧脱碳炉出钢前的还原期或脱硫期,进行侧吹氩气脱氮,将氮含量控制在钢种范围值的下限附近;
C.在钢包处理站的精炼过程中,通过氮氩气混吹进行增氮,使氮含量达到钢种所要求的目标值±80ppm之内;
D.在氮氩气混吹结束后,底吹氩气进行软搅拌,均匀不锈钢成分和温度。
2.如权利要求1所述的不锈钢冶炼的氮含量控制方法,其特征在于:
在步骤C中,所述的氮氩气混吹的氮氩比例控制在20∶1至1∶1之间。
3.如权利要求2所述的不锈钢冶炼的氮含量控制方法,其特征在于,
在步骤C中,所述的氮氩气混吹满足以下条件:
混吹的气压为一个大气压,并且氮气和氩气同时处于开启状态,氮气流量为5~100m3/h,吹氮压力为0.70Mpa~0.90Mpa;氩气流量在5~40m3/h,吹氩压力:0.60Mpa~0.80Mpa。
4.如权利要求1所述的不锈钢冶炼的氮含量控制方法,其特征在于:
在步骤B中,根据钢种不同,选择不同的吹氩脱碳时期:
若钢种氮含量的目标值低于500ppm,在还原期后期进行吹氩;若钢种氮含量的目标值高于500ppm,则在脱硫期进行吹氩。
5.如权利要求4所述的不锈钢冶炼的氮含量控制方法,其特征在于,
在步骤B中,通过增加侧吹氩气来进行脱碳,使氮含量控制在钢种范围值的下限,增加氩的吹气量为10~200Nm3。
6.如权利要求1所述的不锈钢冶炼的氮含量控制方法,其特征在于:
在步骤D中,所述的底吹氩气流量为2~20m3/h,软搅拌时间为3~6分钟。
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