CN102787215A - 搪瓷钢的rh增氮控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种搪瓷钢的RH增氮控制方法，在RH处理时，通过全程采用氮气环流的方式进行增氮，并在不同的阶段采用相应的真空度及氮气环流量和氮气压力，从而实现在搪瓷钢生产中的增氮精确、稳定控制，并提高了增氮效率，不但降低了合金添加成本，而且也大幅降低了整个RH处理时间。

Description

搪瓷钢的RH增氮控制方法
技术领域
本发明涉及搪瓷钢的增氮技术，更具体地说，涉及一种搪瓷钢的RH增氮控制方法。
背景技术
对大多数钢种来说，氮具有不良影响，容易使钢产生时效硬化，造成钢的塑性和冲击韧性显著降低。但是对于某些钢种，氮和钒、铌、钛等元素可以形成氮化物，从而达到细化晶粒、提高钢材性能、提高钢材强度等效果。目前，随着钢铁企业生产的高附价值钢中高氮钢的比例越来越高，例如：高级泊链钢、核电站高压锅炉管钢、搪瓷钢、航母钢等。
由于氮在钢水中的溶解度有限，为了提高钢水中的氮含量，需要对钢水进行增氮，而钢水增氮常用方式有两种：(1)采用氮化合金(氮化硅铁、氮化锰铁以及氮化铬铁等)进行增氮，其优缺点是：合金质量稳定，增氮量稳定可控，缺点是：加入氮化合金前必须知道加入时刻钢水氮含量，但是从取样到钢水氮成份分析出结果(即试样分析时间)大约需要5-7min，在此期间钢水中氮成份发生较大的变化，造成加入氮化合金时刻钢水氮成份不准，合金加入量存在较大的模糊性和不确定性；并且在氮化合金加入结束后，钢水需要在真空循环脱气装置内进行纯脱气，在纯脱气时间内，钢水中的氮成份也不断地损失，也给精炼终点氮成份控制带来较大的影响；另外，氮化合金成本较高，在成本上不经济。(2)采用真空循环脱气装置(以下简称RH装置)进行氮气环流增氮，其优缺点是：方法简单，在RH装置循环脱气过程中，利用氮气环流达到增氮的目的，可以节约大量的合金成本、降低转炉出钢温度以及降低能源介质消耗，同时有利于钢水质量的提高；缺点是：采用RH氮气环流增氮时，会因各种因素的影响造成钢水增氮不稳定，不利于钢水氮含量的稳定控制，并且现有的RH氮气环流增氮均是在合金配加之后进行的，而在脱碳及合金配加配加过程中，均采用氩气环流，因此在氩气环流过程中，会使RH真空系统始终处在脱氮的状态，严重影响了氮化合金增氮的效率，而且造成最终钢水氮成份难以把握和RH处理时间长与连铸浇注时间不匹配。
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搪瓷钢真空循环脱气增氮控制方法，以实现搪瓷钢生产中的增氮精确、稳定控制，大幅降低RH处理时间。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
该搪瓷钢的RH增氮控制方法，包括脱碳、合金配加、加合金后增氮三个主要步骤，该控制方法采用全程氮气环流的方式进行增氮，其中，
在脱碳步骤中，先通过对钢包钢水进行测温度定氧作业，准确得到钢包钢水中碳和游离氧的含量，为采用顶枪进行强制脱碳作业提供数据依据；然后通过真空循环脱气装置进行氮气环流以进行脱碳和增氮作业。
在脱碳步骤中的氮气环流，其真空度控制在0.006-0.266Pa，氮气环流量为3200±50NI/min，氮气压力5.5-8Kg/cm2。
在脱碳至17-18分钟时，进行合金配加步骤，合金配加量和种类如下：
硫铁，加入量0.47-0.49Kg/t.s；
电解金属锰，加入量0.33-0.36Kg/t.s；
台铝，加入量1.25-1.30Kg/t.s；
钛铁，加入量1.77-1.80Kg/t.s；
在合金配加过程中，仍通过氮气环流进行增氮作业。
在加合金后增氮步骤中，通过降低氮气环流量和真空度来进行氮气环流的增氮作业，其真空度控制在0.6-1Kpa，氮气流量为2500±50NI/min，氮气压力继续控制在5.5-8Kg/cm2。
所述的全程氮气环流的增氮计算公式如下：
最终钢水中含氮量＝转炉钢包取样钢水中的氮成份+脱碳期以及合金配加期间的增氮量+加合金后的增氮量；
脱碳期以及合金配加期间的增氮量＝脱碳处理开始至合金配加结束的时间×0.57ppm/min；
加合金后的增氮量＝合金加入完毕至整个真空循环脱气处理结束的时间×2.02ppm/min。
在上述技术方案中，本发明的搪瓷钢的RH增氮控制方法在RH处理时，全程采用氮气环流的方式进行增氮，并在不同的阶段采用相应的真空度及氮气环流量和氮气压力，从而实现在搪瓷钢生产中的增氮精确、稳定控制，并提高了增氮效率，不但降低了合金添加成本，而且也大幅降低了整个RH处理时间。
附图说明
图1是本发明采用的RH装置的原理图；
图2是本发明采用的RH装置的钢水环流原理图。
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1所示，首先简单先介绍一下本发明所采用的RH(真空循环脱气)装置的排气系统，其采用了大容量的蒸汽喷射泵，图1中所示的真空泵(1B、2B、3A、3B、4A、4B)为四级蒸汽喷射系统，并带有三台冷凝器(K1、K2、K3)和一套真空压力调节装置(图中未示出)。该排气系统的抽气能力较强(真空度为67Pa时，抽气能力为1100kg/h；6700Pa时为4000kg/h；13300Pa时为8000kg/h)，启动较快(预真空条件下，真空度从1×105Pa降至67Pa的时间不超过3分钟；无预真空条件下，也不超过3.5分钟)，真空度高(无负荷条件下最低真空度小于等于25Pa)。请结合图2所示，同时，采用了尽可能大的真空槽1和浸渍管2内径，浸渍管2内径扩大为750mm，环流气体流量达到4000L/min(氮气环流方向如图2中的实线箭头，虚线箭头为钢水环流方向，图2中的3为钢包)，共采用了16根环流气管，这样使钢液的循环速度达到220t/min左右。另外，RH配备了多功能顶枪，具有吹氧脱碳、燃烧铝化学加热钢水、燃气烘烤加热、喷粉脱硫等功能。此外，RH还建立了完善的合金加料系统。正是由于该RH装置具备了这些优势特点，其处理钢水的时间比较短，在比较短的时间内，就能够完成需要的钢水环流。
本发明的搪瓷钢的RH增氮控制方法，与现有技术相同的是同样也包括脱碳、合金配加、加合金后增氮三个主要步骤，不同的是，该控制方法采用全程氮气环流的方式进行增氮，具体如下：
因搪瓷钢的钢水需要含碳超低，钢水成品的碳含量仅仅为0-0.0040％，而转炉钢包钢水的氮含量为0.010-0.030％之间，为了使钢水碳成份合格，必须首先对钢水进行脱碳。
在脱碳步骤中，先通过对钢包钢水进行测温度定氧作业，准确得到钢包钢水中碳和游离氧的含量，为采用顶枪进行强制脱碳作业提供数据依据；然后通过真空循环脱气装置进行氮气环流以进行脱碳和增氮作业，具体操作为先打开真空泵4A和4B，至1分钟时将真空泵3A和3B开出，RH处理开始后3分钟后，关闭真空泵4B和3B，打开真空泵2B，2B打开1分钟后(即RH处理开始后4分钟)，打开真空泵1B，并使浸渍管环流气管畅通根数为14-16根，此时，将真空度控制达到0.006Pa-0.266Pa范围内，控制好该真空度直至脱碳期结束，氮气环流量为3200±50NI/min，氮气压力5.5-8Kg/cm2。
由于在此脱碳期内真空槽内真空度较高，氮分压较小，并且碳氧反应十分的剧烈，规律性较差，通过大量试验，得到了脱碳期内采用氮气环流的钢水增氮规律如下：
试验条件：试验炉次20炉，每炉处理前均取样分析钢水氮成份，从RH处理开始，每隔2分钟取钢水样分析钢水氮成份，然后对钢水的氮含量和处理时间进行线性拟合，拟合度较好，得出脱碳期采用氮气环流的增氮率为0.57ppm/min。因此，脱碳期间的增氮量＝脱碳处理开始至合金配加前的时间×0.57ppm/min。
在合金配加步骤中，脱碳至17-18分钟时需要向钢水中添加合金(非氮化合金)，合金配加量和种类如下：
硫铁(含硫量25.0-30.0％)：加入量0.47-0.49Kg/t.s；
电解金属锰(含锰量＞99.5％)：加入量0.33-0.36Kg/t.s；
台铝(含铝量＞99.5％)：加入量1.25-1.30Kg/t.s；
钛铁(含钛量68-72％)：加入量1.77-1.80Kg/t.s；
因以上四种合金含氮量均比较低，在冶炼搪瓷钢过程中增氮不超过1ppm；在此期间，仍通过氮气环流进行增氮作业，真空度及氮气环流量和氮气压力均保持不变。因此，合金配加期间的增氮量＝合金配加的时间×0.57ppm/min。
由于氮分压对钢液吸氮的影响十分的大，当氮分压升高时，钢液中的氮的溶解度也相应的增加。一般情况下由于温度和钢液中合金种类以及含量受到冶炼工艺与钢种的限制，钢水中氮含量比较固定，为了要提高氮在钢液中的溶解度，较为有效的方法是提高氮分压
Figure BDA0000062145790000051
。而对于RH来说，降低氮分压
Figure BDA0000062145790000052
是现实的，这意味着将降低RH真空度和钢水循环速度减小槽内钢水的气液反应有效面积，对增氮有利。因此，在钢水合金化后，需要降低氮气环流量和降低真空度来进行增氮作业，具体操作如下：
首先，关闭真空泵1B和2B，使真空槽内真空度上升到0.6-1Kpa范围内，同时调节氮气流量调节阀，将氮气流量由3200±50NI/min降低到2500±50NI/min，氮气压力继续控制在5.5-8Kg/cm2。
由于合金加入完毕后真空槽内钢液比较稳定，氮气环流增氮比较稳定，经过大量的试验后发现，在此期间增氮也具有一定的规律：
试验条件：试验炉次20炉，合金加入完毕后开始每隔2分钟取样分析钢种中氮样，然后根据数据进行数据拟合，得出合金加入完毕后的钢水氮气环流的增氮率为2.02ppm/min。因此，在合金配加后的增氮量＝合金加入完毕至整个真空循环脱气处理结束的时间×2.02ppm/min。
采用本发明的全程氮气环流增氮后的钢水中氮含量＝转炉钢包取样钢水中的氮成份+脱碳期以及合金配加期间的增氮量+加合金后的增氮量＝脱碳处理开始至合金配加结束的时间×0.57ppm/min+合金加入完毕至整个真空循环脱气处理结束的时间×2.02ppm/min。
通过大量的数据统计发现，该转炉钢包内的搪瓷钢钢水氮含量一般最低为17-18ppm，最高为60-65ppm，因此在RH处理初始的氮含量在17-65ppm之间，采用本发明氮气环流增氮后，完全能够将成品氮成份稳定控制在50-90ppm之间，从而实现了在搪瓷钢生产中精确、稳定的增氮控制，并提高了增氮效率，不但降低了合金添加成本，而且也大幅降低了整个RH处理时间，与原来采用的氩气环流相比，RH处理时间至少能够节约8～9分钟/每炉。
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 (5)

1.一种搪瓷钢的RH增氮控制方法，包括脱碳、合金配加、加合金后增氮三个主要步骤，其特征在于：
该控制方法采用全程氮气环流的方式进行增氮，其中，
在脱碳步骤中，先通过对钢包钢水进行测温度定氧作业，准确得到钢包钢水中碳和游离氧的含量，为采用顶枪进行强制脱碳作业提供数据依据；然后通过真空循环脱气装置进行氮气环流以进行脱碳和增氮作业。
2.如权利要求1所述的搪瓷钢的RH增氮控制方法，其特征在于：
在脱碳步骤中的氮气环流，其真空度控制在0.006-0.266Pa，氮气环流量为3200±50NI/min，氮气压力5.5-8Kg/cm2。
3.如权利要求2所述的搪瓷钢的RH增氮控制方法，其特征在于：
在脱碳至17-18分钟时，进行合金配加步骤，合金配加量和种类如下：
硫铁，加入量0.47-0.49Kg/t.s；
电解金属锰，加入量0.33-0.36Kg/t.s；
台铝，加入量1.25-1.30Kg/t.s；
钛铁，加入量1.77-1.80Kg/t.s；
在合金配加过程中，仍通过氮气环流进行增氮作业。
4.如权利要求1所述的搪瓷钢的RH增氮控制方法，其特征在于：
在加合金后增氮步骤中，通过降低氮气环流量和真空度来进行氮气环流的增氮作业，其真空度控制在0.6-1Kpa，氮气流量为2500±50NI/min，氮气压力继续控制在5.5-8Kg/cm2。
5.如权利要求1所述的搪瓷钢的RH增氮控制方法，其特征在于：
所述的全程氮气环流的增氮计算公式如下：
最终钢水中含氮量＝转炉钢包取样钢水中的氮成份+脱碳期以及合金配加期间的增氮量+加合金后的增氮量；
脱碳期以及合金配加期间的增氮量＝脱碳处理开始至合金配加结束的时间×0.57ppm/min；
加合金后的增氮量＝合金加入完毕至整个真空循环脱气处理结束的时间×2.02即m/min。
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