CN102690924A - 一种控制超低碳钢氮含量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的控制超低碳钢氮含量的方法在真空处理前控制钢水中氮含量不低于45ppm，并且在真空处理时向钢包中加入氧化铁皮球使得真空处理结束后钢水中氮含量不高于30ppm，对真空处理后的钢水进行保护浇注，最终得到氮含量不高于35ppm的钢坯。本发明要求在钢水进行真空处理前不对钢水中的氮含量采取任何脱除处理，反而要保证钢水进入真空处理装置前具有较高的氮含量。在进行真空处理时，加入一定量的氧化铁皮球促进脱氮，并在较高的真空度下循环一定时间，从而将钢液中的氮含量脱至较低水平，将低氮含量的钢水再进行保护浇注从而得到低氮含量的钢坯。本发明的控制超低碳钢氮含量的方法操作简单，能降低炼钢成本，具有较好的推广应用前景。

Description

一种控制超低碳钢氮含量的方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶金技术领域，更具体地讲，涉及一种控制超低碳钢氮含量的方法。

背景技术

对于大多数钢种来说，氮是有害元素，钢中氮含量对钢的机械性能影响较大，尤其是生产用于深冲条件下的低碳、超低碳钢时，氮的不利影响特别明显。钢中氮含量增加，会使钢的屈服极限、强度极限和硬度提高，塑性下降，冲击韧性降低，并导致时效硬化。氮还会大幅度提高钢的韧脆转变温度，而且还有可能使钢产生低温回火脆性，某些氮化物还会导致钢的热脆。因此，在冶炼具有高深冲性、高强度等高附加值产品，必须降低钢中的氮含量，减少氮在钢水中的危害程度，从而保证钢材的深冲性能，减少时效性，消除屈服点延伸现象，使钢材表面光洁，成材率高。

转炉冶炼是脱除铁水中氮含量最有效的手段之一，在钢水氮含量较高的情况下RH真空处理也能脱去部分氮含量，但实践证明当钢水中氮含量小于35ppm时RH真空处理脱氮效果很差，往往还会因为真空装置密封效果不好导致钢液增氮。采用传统冶炼方法转炉终点钢水氮含量能控制在20ppm以内，但是出钢过程及LF精炼过程钢液增氮导致真空处理时钢液氮含量往往在25-35ppm之间，在这个范围内进行真空处理很难将钢液中的氮去除。

传统的控制钢水中氮含量的方法都是尽量保持转炉冶炼终点钢水氮含量较低，控制出钢、精炼及连铸过程增氮，最终达到控制钢水中氮含量的目的。如期刊文献“涟钢RH-MFB精炼过程氮的行为研究”(《武汉科技大学学报》，2009年第01期)通过对真空钢液脱氮的限制性环节进行分析，结合涟钢RH-MFB的实际生产情况，确定了涟钢RH脱氮的控制性环节为氮在液相边界层中的扩散，并认为在工作真空度(67Pa)下保持必要的钢水循环时间和较低氧和硫含量的有助于钢液脱氮。公开号为CN 101457275A的中国专利申请公开了一种控制转炉生产工艺铝脱氧钢氮含量的方法，其主要通过碱度控制、加入特殊渣料和连铸使用带帽沿的密封圈保护浇注的方法对钢液中氮含量进行控制最终实现连铸坯氮含量小于35ppm的稳定控制。公开号为CN101469356A的中国专利申请公开了一种利用转炉出钢弱脱氧降低钢中氮含量的炼钢方法，其通过保证铁水预处理出站硫在0.004％以下，进行氩气软吹及转炉冶炼终点用氩气搅拌5～10分钟，出钢加入石灰、锰铁和合成渣不加脱氧剂而在LF进行脱氧操作的方法，在不需添加新设备或改造旧设备的情况下，能将钢坯中的氮含量控制在15～25ppm之间。

发明内容

本发明的目的是打破传统的控制钢水中氮含量的思路(即在前工序使钢水中氮含量越低越好)，提供一种需要保证钢水进入真空处理装置前具有较高的氮含量的有效的超低碳钢脱氮方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种控制超低碳钢氮含量的方法，在真空处理前控制钢水中氮含量不低于45ppm，并且在真空处理时向钢包中加入氧化铁皮球使得真空处理结束后钢水中氮含量不高于30ppm，对真空处理后的钢水进行保护浇注，最终得到氮含量不高于35ppm的钢坯。

根据本发明的控制超低碳钢氮含量的方法的一个实施例，在真空处理前控制钢水中氮含量为50～70ppm。

根据本发明的控制超低碳钢氮含量的方法的一个实施例，所述方法通过在转炉冶炼时采用全程底吹氮气来实现在真空处理前对钢水中氮含量的控制。

根据本发明的控制超低碳钢氮含量的方法的一个实施例，所述底吹氮气的供气强度为0.025～0.041m³/(min·t_钢)。

根据本发明的控制超低碳钢氮含量的方法的一个实施例，钢水台炼出钢后经精炼炉加热，过程增氮量为5～10ppm。

根据本发明的控制超低碳钢氮含量的方法的一个实施例，以重量百分比计，所述氧化铁皮球含有总含量为96～99wt％的FeO和Fe₂O₃，以及少量的C、CaO、SiO₂、P、S。

根据本发明的控制超低碳钢氮含量的方法的一个实施例，所述氧化铁皮球的粒度为10～20mm。

根据本发明的控制超低碳钢氮含量的方法的一个实施例，根据钢包内钢水重量，将所述氧化铁皮球分两批加入钢包中，第一批氧化铁皮球的加入时间为真空处理8～10min后，加入量为1.5～2.5Kg/t_钢；待真空循环5～9min后加入第二批氧化铁皮球，加入量为1～2Kg/t_铜，待氧化铁皮球全部加入完毕后钢液继续循环5～8min。

根据本发明的控制超低碳钢氮含量的方法的一个实施例，所述保护浇注为在大包长水口与钢包下水口之间采用密封垫圈，并控制大包长水口的吹氩强度为0.003～0.006m³/(min·t_钢)。

本发明要求在钢水进行真空处理前不对钢水中的氮含量采取任何脱除处理，反而要保证钢水进入真空处理装置前具有较高的氮含量。在进行真空处理时，加入一定量的氧化铁皮球促进脱氮，并在较高的真空度下循环一定时间，从而将钢液中的氮含量脱至较低水平，将低氮含量的钢水再进行保护浇注从而得到低氮含量的钢坯。本发明的控制超低碳钢氮含量的方法操作简单，能降低炼钢成本，具有较好的推广应用前景。

具体实施方式

下面对本发明的控制超低碳钢氮含量的方法进行详细地描述。

本发明的思路主要在于，为了避免真空处理(即真空精炼处理，例如，RH真空精炼处理等真空脱气精炼处理)时钢水中氮含量处于较低的范围而不利于真空处理时的脱氮，而将真空处理时钢水中氮含量控制在较高的水平，同时在真空处理时加入氧化铁皮球促进脱氮，并在较高的真空度下循环一定时间从而将钢液中的氮去除。

具体地，在本发明的示例性实施例中，所述控制超低碳钢氮含量的方法具体包括如下步骤：

首先，在真空处理前控制钢水中氮含量不低于45ppm，以增大真空处理时脱氮的驱动力。优选地，控制钢水中氮含量为50～70ppm。

在本实施例中，通过在真空处理前的转炉冶炼过程采用全程底吹氮气来控制钢水中氮处于较高范围，且氮气的供气强度为0.025～0.041m³/(min·t_钢)。在上述底吹氮气的供气强度下进行钢水冶炼后，出钢时钢水中氮含量将不低于40ppm，如果底吹氮气的供气强度过低，冶炼终点钢水中的氮含量达不到较高范围，从而可能无法达到所需要的脱氮驱动力；但如果底吹氮气的供气强度过高，则会严重影响冶炼操作，出现喷溅、返干等现象。但需要注意的是，钢水冶炼出钢后经精炼炉加热还会产生一定程度的过程增氮，过程增氮量为5～10ppm。

然后，在真空处理时向钢包中加入氧化铁皮球使得真空处理结束后钢水中氮含量不高于30ppm。其中，氧化铁皮球的组分主要是FeO和Fe₂O₃，具体地，以重量百分比计，氧化铁皮球含有总含量为96～99wt％的FeO和Fe₂O₃，以及少量的C、CaO、SiO₂、P、S。

加入氧化铁皮球促进脱氮的原理主要是，由于氧化铁皮球中的Fe_xO_y带入的氧会在真空条件下与钢水中的碳发生反应即脱碳，在脱碳过程中生成的CO气泡形成一个个小“真空室”，“真空室”将钢水中的氮包裹在其中并在“真空室”的向上运动过程中使携带的氮逸出钢水。优选地，氧化铁皮球的粒度为10～20mm，这有利于增大氧化铁皮球与钢水的接触面积并增大碳氧反应界面，从而形成较多的CO气泡，进而有效增强脱氮效果。

添加氧化铁皮球时，根据钢包内钢水重量，优选地将氧化铁皮球分两批加入钢包中，第一批氧化铁皮球的加入时间为真空处理8～10min后，加入量为1.5～2.5Kg/t_钢；待真空循环5～9min后加入第二批氧化铁皮球，加入量为1～2Kg/t_钢，待氧化铁皮球全部加入完毕后钢液继续循环5～8min。上述氧化铁皮球的加入方式有助于脱氮的最大化。

最后，还需对真空处理后的钢水进行保护浇注，最终得到氮含量不高于35ppm的钢坯。在本实施例中，保护浇注具体是在大包长水口与钢包下水口之间采用密封垫圈，并控制大包长水口的吹氩强度为0.003～0.006m³/(min·t_钢)，其目的是为了防止大包钢水流入中包过程中形成负压，吸入空气而造成钢水吸氮。

下面通过具体的实施例对本发明的控制超低碳钢氮含量的方法进行说明。

实施例1：

某厂以提钒后的半钢为原料生产IF钢，该钢种成品内控要求钢中碳含量≤30ppm，氮含量≤35ppm。

将提钒后的半钢直接兑入转炉进行冶炼，转炉公称容量为120t。为保证出钢时钢水中具有较高的氮含量，转炉冶炼底吹采用全程供氮模式，供气强度为0.0256m³/(min·t)，转炉出钢时钢水中氮含量为40ppm，钢水出钢经LF炉加热后到真空处理站时，钢水中氮含量为45ppm，过程增氮为5ppm。真空处理8min后，加入第一批氧化铁皮球，其中FeO和Fe₂O₃的总含量为96wt％，加入量为1.5Kg/t_钢；待真空循环5min后加入第二批氧化铁皮球，加入量为1Kg/t_钢，氧化铁皮球加入完毕后钢水继续循环5min后进行脱氧合金化操作，RH真空处理出站时钢水氮含量为23ppm，对真空处理后的钢水进行保护浇注，浇注时在大包长水口和钢包下水口之间添加保护的密封垫圈，并控制大包长水口的吹氩流量为30m³/h，最终得到氮含量为29ppm的钢坯。

实施例2：

某厂以提钒后的半钢为原料生产电工钢50PW800L，该钢种成品内控要求钢中氮含量≤35ppm。

将提钒后的半钢直接兑入转炉进行冶炼，转炉公称容量为120t。为保证出钢时钢水中具有较高的氮含量，转炉冶炼底吹采用全程供氮模式，供气强度为0.041m³/(min·t)，转炉出钢时钢水中氮含量为52ppm，钢水出钢经LF加热后到真空处理站时，钢水中氮含量为61ppm，过程增氮为9ppm。真空处理10min后，加入第一批氧化铁皮球，其中FeO和Fe₂O₃的总含量为98wt％，加入量为2.5Kg/t_钢；待真空循环7min后加入第二批氧化铁皮球，加入量为2Kg/t_钢，氧化铁皮球加入完毕后钢水继续循环8min后进行脱氧合金化操作，RH真空处理出站时钢水氮含量为20ppm，对真空处理后的钢水进行保护浇注，浇注时在大包长水口和钢包下水口之间添加保护的密封垫圈，并控制大包长水口的吹氩流量在40m³/h，最终得到氮含量为27ppm的钢坯。

实施例3：

某厂以提钒后的半钢为原料生产IF钢，该钢种成品内控要求钢中碳含量≤30ppm，氮含量≤35ppm。

将提钒后的半钢直接兑入转炉进行台炼，转炉公称容量为120t。为保证出钢时钢水中具有较高的氮含量，转炉冶炼底吹采用全程供氮模式，供气强度为0.035m³/(min·t)，转炉出钢时钢水中氮含量为43ppm，钢水出钢经LF加热后到真空处理站时，钢水中氮含量为51ppm，过程增氮为8ppm。真空处理8min后，加入第一批氧化铁皮球，其中FeO和Fe₂O₃的总含量为97wt％，加入量为2Kg/t_钢；待真空循环9min后加入第二批氧化铁皮球，加入量为1.5Kg/t钢，氧化铁皮球加入完毕后钢水继续循环6min后进行脱氧合金化操作，RH真空处理出站时钢水氮含量为23ppm，对真空处理后的钢水进行保护浇注，浇注时在大包长水口和钢包下水口之间添加保护的密封垫圈，并控制大包长水口的吹氩流量在20m³/h，最终得到氮含量为30ppm的钢坯。

综上所述，本发明的控制超低碳钢氮含量的方法操作简单，能有效降低低碳、超低碳钢中的氮含量，得到氮含量不高于35ppm的钢坯，显著降低了炼钢成本，具有较好的推广应用前景。

尽管已经具体描述了本发明的控制超低碳钢氮含量的方法，但是本领域的技术人员应该知道，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明做出各种形式的改变。

Claims (9)

1.一种控制超低碳钢氮含量的方法，其特征在于，在真空处理前控制钢水中氮含量不低于45ppm，并且在真空处理时向钢包中加入氧化铁皮球使得真空处理结束后钢水中氮含量不高于30ppm，对真空处理后的钢水进行保护浇注，最终得到氮含量不高于35ppm的钢坯。

2.根据权利要求1所述的控制超低碳钢氮含量的方法，其特征在于，在真空处理前控制钢水中氮含量为50~70ppm。

3.根据权利要求1或2所述的控制超低碳钢氮含量的方法，其特征在于，所述方法通过在转炉冶炼时采用全程底吹氮气来实现在真空处理前对钢水中氮含量的控制。

4.根据权利要求3所述的控制超低碳钢氮含量的方法，其特征在于，所述底吹氮气的供气强度为0.025~0.041m³／(min·t_钢)。

5.根据权利要求4所述的控制超低碳钢氮含量的方法，其特征在于，所述钢水冶炼出钢后经精炼炉加热，过程增氮量为5~10ppm。

6.根据权利要求1所述的控制超低碳钢氮含量的方法，其特征在于，以重量百分比计，所述氧化铁皮球含有总含量为96~99wt%的FeO和Fe₂O₃，以及少量的C、CaO、SiO₂、P、S。

7.根据权利要求1所述的控制超低碳钢氮含量的方法，其特征在于，所述氧化铁皮球的粒度为10~20mm。

8.根据权利要求1所述的控制超低碳钢氮含量的方法，其特征在于，根据钢包内的钢水重量，将所述氧化铁皮球分两批加入钢包中，第一批氧化铁皮球的加入时间为真空处理8~10min后，加入量为1.5~2.5Kg/t_钢；待真空循环5~9min后加入第二批氧化铁皮球，加入量为1~2Kg/t_钢，待氧化铁皮球全部加入完毕后钢液继续循环5~8min。

9.根据权利要求1所述的控制超低碳钢氮含量的方法，其特征在于，所述保护浇注为在大包长水口与钢包下水口之间采用密封垫圈，并控制大包长水口的吹氩强度为0.003~0.006m³／(min·t_钢)。