CN102978330B - 一种转炉出钢氮含量的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种转炉出钢氮含量的控制方法，铁水要求：P≤0.150%，T≥1250℃，硫含量低于0.015%，提高铁水比85-90%；在转炉吹炼期间加入30-40kg/t铁矿石；终点控制：C:0.08-0.12%，P≤0.015%，S≤0.020%，T:1650-1690℃；出钢前1-2min提前进行钢包底吹氩，出钢全程吹氩，同时在出钢过程中，底吹氩气量关小进行软吹以不裸露钢水液面为准；出钢过程采用两步脱氧。本发明不需要添加新设备或改造设备，在不增加成本前提下减少转炉出钢后的氮含量为25ppm，从而减少了成品的氮含量，提高了钢材质量。

Description

一种转炉出钢氮含量的控制方法

技术领域

本发明属于炼钢工艺技术领域，涉及一种转炉出钢氮含量的控制方法。

背景技术

钢中的氮含量对钢材的性能影响较大，其氮化物（FexN）的析出，会导致钢材产生时效和蓝脆现象，造成钢材的屈服极限、强度极限和硬度提高，韧性、塑性、深冲性能、HAZ 性能、热加工性能、导电性能和焊接性能下降，还易造成铸坯产生开裂和引起晶间腐蚀。另外钢中的氮极易与钢中的钛、铝等元素形成带有棱角的夹杂物，降低钢材的洁净度，影响其拉拔性能。如果钢中的溶解氮含量超过一定的极限还有可能在铸坯内形成气泡和疏松缺陷。因此，除耐热钢及不锈钢外，应当尽可能地降低钢中的氮含量。

氧是表面活性元素，大量氧原子占据了钢液自由表面。转炉出钢过程中钢液脱氮主要发生在钢水进入钢包后，受钢包内脱氧合金化及钢包顶渣覆盖状况的影响。钢包内钢水脱氧充分，但顶渣熔化不良，容易增氮。转炉终点碳越低，出钢增碳量越大，增氮的可能性越大。

专利201110403469.6公开了一种控制转炉出钢钢水增氮的方法，出钢碳<0.1%时，氧含量300-500ppm；出钢碳0.10-0.20%时，氧含量100-250ppm；出钢碳>0.20%时，氧含量50-100ppm；转炉炉后脱氧合金加入次序为不脱氧合金、弱脱氧合金、强脱氧合金，提高出钢前期钢中氧含量；转炉出钢结束前1min加入硅钙钡铁及含铝材料。专利201110403469.6通过控制出钢氧含量和强脱氧剂加入时机，改善脱氧合金加入次序，从而降低成品氮含量；但限于出钢氧含量的控制难度较大，出钢过程中随加入脱氧合金的增加，钢水脱氧程度增加，钢水增氮量增加，其原因主要为铝锰铁作为合金在加入钢水过程中，会有不同程度的产生卷入空气的现象；同时加入的铝锰铁在钢水局部地区造成钢中氧量降低，减少了钢中氧对吸氮的抑制作用；另外铝进入钢水中后，极易与钢中所氮作用形成AlN夹杂物，产生固氮作用从而造成钢水增氮；当脱氧合金的加入量较高时，其对钢水氮含量的影响较难控制，钢水中的氮量波动较大。

专利201010195201.3公开了一种转炉出钢过程钢水脱氮的方法，转炉出钢过程中先后向钢水包内添加碳酸盐、焦碳和金属铝，利用出钢时钢水的动力学和热力学作用将其分解或促使其与钢水中的氧发生反应，生成CO2或CO，吸附N将其去除，但碳酸盐容易发生喷溅，且对钢包有侵蚀作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对以上现有技术存在的缺点，提出转炉出钢氮含量的控制方法，不需要添加新设备或改造设备，在不增加成本前提下减少了转炉出钢后的氮含量，从而减少了成品的氮含量，提高了钢材质量。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

一种转炉出钢氮含量的控制方法，包括以下控制步骤：

㈠铁水温度：1250-1350℃，控制铁水磷含量重量百分比≤0.150%，控制铁水硫含量重量百分比≤0.020%，提高铁水比至85-90%，减少废钢带入的氮；

㈡终点控制成分重量百分比为：C:0.08-0.12%，P≤0.015%，S≤0.020%，温度：1650-1690℃，控制渣量为120-140kg/t钢，避免过程返干，保证足够的渣层厚度；

㈢在转炉吹炼期间加入30-40kg/t钢的铁矿石化渣和降温，对去除钢中氮含量有利，采用周转钢包受钢，周转钢包里要求没有冷钢，包沿口做好清洁，保证出钢口圆整，防止出钢散流，并使用底吹氩；

㈣挡渣出钢前1-2分钟提前进行钢包底吹氩，驱除钢包内的空气，使钢包被氩气覆盖，避免空气与钢水充分接触造成增氮；出钢全程吹氩，出钢后底吹氩气量关小进行软吹以不裸露钢水液面为准，吹氩后钢水氮含量重量百分比控制在0.0025%以内；

㈤出钢过程采用两步法加入合金脱氧控氮，具体为：①出钢至1/3时，顺序加入电石0.5-0.8kg/t钢，锰目标重量百分比成分的70-80%的锰铁，低氮增碳剂0-2kg/t；②出钢至4/5时，加入石灰3-5kg/t钢及精炼渣3-5kg/t钢；不采用铝合金，防止铝固氮及从空气中吸氮，在吹氩站喂铝线调整氧含量至20ppm。

经申请人研究表明，脱氧钢中氮的控制与脱氧的先后顺序有关，因为钢液中氧是表面活性元素，它能阻止空气中氮气向钢液中溶解扩散，若钢水中氧含量过低，容易造成钢水增氮，先脱氧后合金化的钢中平均氧含量为0.0045%，波动较大，先合金化后脱氧的钢中平均氮含量为0.0025%，而且波动较小，易控制，采用不脱氧或弱脱氧出钢，钢液中含有的氧是表面活性物质，占据钢液界面上的空位，钢液中氧达到400×10^-4%以上时，钢液吸氮过程将停止。本发明在转炉生产中，通过提高铁水比，适当增加渣层厚度，通过控制转炉终点碳含量，减少点吹次数及时间；加入一定量铁矿石，采用先合金化弱脱氧后强脱氧的方法，出钢前提前钢包底吹氩，同时在出钢过程中，底吹氩气量关小进行软吹以不裸露钢水液面为准。

本发明技术方案的说明如下：

转炉冶炼控制：

⑴适当提高铁水比有利于减少钢水增氮，同时高铁水比条件下碳氧反应加剧，有利于脱氮，铁水和废钢中的氮是钢液中氮的主要来源，而废钢中氮含量高于铁水。

⑵适当的增加渣层厚度有利于减少钢水吸氮，吹炼过程出现返干时渣层较薄，造成钢水吸氮加剧，较大的渣量促进吹炼过程中渣-钢-气的乳化，减少钢水熔池表面祼露的机率，同时炉渣能够有效降低氧枪火点的高温区与空气接触的机会，阻止了钢水的增氮现象。

⑶提高终点脱碳速度和终点命中率，减少点吹次数，在冶炼的未期钢水的温度低，补吹之前存在测温过程而导致冶炼过程的中断，导致炉内空气量增加，同时补吹过程中钢中碳含量低，产生的CO 气体量相对较少，重新吹氧后造成钢水液面祼露，使熔池与空气接触机会增加，加之氧枪吹氧过程祼露的钢水温度较高，使钢中氧的阻氮作用减弱造成钢水增氮，因此在冶炼低氮钢时应尽量避免长时间补吹。

⑷在转炉吹炼期间加入一定量的铁矿石能够降终点的氮含量，因为加入的铁矿石所产生的一氧化碳气泡在钢水内形成核心，钢水中的气体能迅速与一氧化碳聚集到一起，通过一氧化碳的上浮而排出钢水。在不改变其他条件的情况下，加入铁矿石的数量与终点氮含量成反比关系，加入铁矿石的数量越多，终点氮含量越低，加入铁矿石的数量30-40kg/t为最佳，加入铁矿石数量过多只会降低温度而对终点氮含量无太大影响。

出钢脱氧合金化：

转炉出钢过程中钢水增氮主要发生在钢水进入钢包以后，受钢包内脱氧合金化及钢包顶渣覆盖状况的影响，钢包内钢水脱氧充分，但顶渣熔化不良，覆盖不好的情况容易增氮，由于出钢时加入脱氧剂和合金将钢水中大部分的氧脱去，造成钢水中的碳氧反应停滞，生成的CO气泡瞬间减少，使钢水表面氮的平衡被破坏，造成钢水大量吸氮。适当控制脱氧剂的加入量，使钢水保持一定得自由氧含量，减少吸氮；同时增氮剂、金属锰等合金也可能会造成钢水增氮，因此尽量使用含氮量低的合金。

分批加入脱氧合金，使得出钢前期的钢水呈现弱沸腾状态，钢水中的氧含量高，极大的减弱了钢水吸氮速率。采用脱氧合金分两批加入，出钢1/3时加入电石、锰铁脱氧，出钢至4/5，加入石灰及精炼渣，不采用铝合金，防止铝固氮，出钢后在氩站喂铝线调整氧含量20ppm以下。

钢包底吹氩：

出钢前1-2min提前吹氩,驱除钢包内的空气，避免空气中氮气与钢水充分接触。出钢全程吹氩，炉后吹氩强度减弱为以不裸露钢水液面为准，保持渣面熔化，并具有足够渣层厚度50-100mm，避免吹翻。将氩后钢水氮含量控制在0.0025%以内。

本发明的有益效果是：本发明通过控制转炉终点碳含量，减少点吹次数及时间；出钢前提前钢包底吹氩，同时在出钢过程中，底吹氩气量关小进行软吹以不裸露钢水液面为准；采用两步脱氧法，避免大量吸氮；可减少转炉出钢后的氮含量为25ppm，从而减少了成品的氮含量，提高了钢材质量。

具体实施方式

实施例1

一种转炉出钢氮含量的控制方法，包括以下控制步骤：

㈠铁水温度：1250℃，控制铁水磷含量重量百分比0.150%，控制铁水硫含量重量百分比0.018%，提高铁水比至85%；

㈡终点控制成分重量百分比为：C:0.08%，P：0.015%，S：0.018%，温度：1650℃，控制渣量为120kg/t钢；

㈢在转炉吹炼期间加入30kg/t钢的铁矿石化渣和降温，采用周转钢包受钢，周转钢包里要求没有冷钢，包沿口做好清洁，保证出钢口圆整，防止出钢散流，并使用底吹氩；

㈣挡渣出钢前1min提前进行钢包底吹氩，驱除钢包内的空气，使钢包被氩气覆盖，避免空气与钢水充分接触造成增氮；出钢全程吹氩，出钢后底吹氩气量关小进行软吹以不裸露钢水液面为准，吹氩后钢水氮含量重量百分比控制在0.0025%以内；

㈤出钢过程采用两步法加入合金脱氧控氮，具体为：①出钢至1/3时，顺序加入电石0.5kg/t钢，锰目标重量百分比成分的70%的锰铁，低氮增碳剂1kg/t；②出钢至4/5时，加入石灰3kg/t钢及精炼渣3kg/t钢；不采用铝合金，防止铝固氮及从空气中吸氮，在吹氩站喂铝线调整氧含量至20ppm。

本实施例通过控制转炉终点碳含量，减少点吹次数及时间；出钢前提前钢包底吹氩，同时在出钢过程中，底吹氩气量关小进行软吹以不裸露钢水液面为准；采用两步脱氧法，避免大量吸氮；可减少转炉出钢后的氮含量为25ppm，从而减少了成品的氮含量，提高了钢材质量。

实施例2

一种转炉出钢氮含量的控制方法，包括以下控制步骤：

㈠铁水温度：1300℃，控制铁水磷含量重量百分比0.120%，控制铁水硫含量重量百分比0.015%，提高铁水比至88%；

㈡终点控制成分重量百分比为：C:0.10%，P：0.012%，S：0.015%，温度：1670℃，控制渣量为130kg/t钢；

㈢在转炉吹炼期间加入35kg/t钢的铁矿石化渣和降温，采用周转钢包受钢，周转钢包里要求没有冷钢，包沿口做好清洁，保证出钢口圆整，防止出钢散流，并使用底吹氩；

㈣挡渣出钢前1.5min提前进行钢包底吹氩，驱除钢包内的空气，使钢包被氩气覆盖，避免空气与钢水充分接触造成增氮；出钢全程吹氩，出钢后底吹氩气量关小进行软吹以不裸露钢水液面为准，吹氩后钢水氮含量重量百分比控制在0.0025%以内；

㈤出钢过程采用两步法加入合金脱氧控氮，具体为：①出钢至1/3时，顺序加入电石0.6kg/t钢，锰目标重量百分比成分的75%的锰铁，石灰4kg/t钢，低氮增碳剂1.5kg/t；②出钢至4/5时，加入石灰3.5kg/t钢及精炼渣4kg/t钢；不采用铝合金，防止铝固氮及从空气中吸氮，在吹氩站喂铝线调整氧含量至20ppm。

本实施例通过控制转炉终点碳含量，减少点吹次数及时间；出钢前提前钢包底吹氩，同时在出钢过程中，底吹氩气量关小进行软吹以不裸露钢水液面为准；采用两步脱氧法，避免大量吸氮；可减少转炉出钢后的氮含量为25ppm，从而减少了成品的氮含量，提高了钢材质量。

实施例3

一种转炉出钢氮含量的控制方法，包括以下控制步骤：

㈠铁水温度： 1350℃，控制铁水磷含量重量百分比0.110%，控制铁水硫含量重量百分比0.10%，提高铁水比至90%；

㈡终点控制成分重量百分比为：C:0.12%，P：0.012%，S：0.010%，温度：1690℃，控制渣量为140kg/t钢；

㈢在转炉吹炼期间加入40kg/t钢的铁矿石化渣和降温，采用周转钢包受钢，周转钢包里要求没有冷钢，包沿口做好清洁，保证出钢口圆整，防止出钢散流，并使用底吹氩；

㈣挡渣出钢前2分钟提前进行钢包底吹氩，驱除钢包内的空气，使钢包被氩气覆盖，避免空气与钢水充分接触造成增氮；出钢全程吹氩，出钢后底吹氩气量关小进行软吹以不裸露钢水液面为准，吹氩后钢水氮含量重量百分比控制在0.0025%以内；

㈤出钢过程采用两步法加入合金脱氧控氮，具体为：①出钢至1/3时，顺序加入电石0.8kg/t钢，锰目标重量百分比成分的80%的锰铁，低氮增碳剂2kg/t；②出钢至4/5时，加入石灰5kg/t钢及精炼渣5kg/t钢；不采用铝合金，防止铝固氮及从空气中吸氮，在吹氩站喂铝线调整氧含量至20ppm。

本实施例通过控制转炉终点碳含量，减少点吹次数及时间；出钢前提前钢包底吹氩，同时在出钢过程中，底吹氩气量关小进行软吹以不裸露钢水液面为准；采用两步脱氧法，避免大量吸氮；可减少转炉出钢后的氮含量为25ppm，从而减少了成品的氮含量，提高了钢材质量。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种转炉出钢氮含量的控制方法，其特征在于：包括以下控制步骤：

㈠铁水温度：1250-1350℃，控制铁水磷含量重量百分比≤0.150%，控制铁水硫含量重量百分比≤0.020%，提高铁水比至85-90%；

㈡终点控制成分重量百分比为：C:0.08-0.12%，P≤0.015%，S≤0.020%，温度：1650-1690℃，控制渣量为120-140kg/t钢；

㈢在转炉吹炼期间加入30-40kg/t钢的铁矿石化渣和降温，采用周转钢包受钢，周转钢包里要求没有冷钢，包沿口做好清洁，保证出钢口圆整，防止出钢散流，并使用底吹氩；

㈣挡渣出钢前1-2min提前进行钢包底吹氩，驱除钢包内的空气，使钢包被氩气覆盖，避免空气与钢水充分接触造成增氮；出钢全程吹氩，出钢后底吹氩气量关小进行软吹以不裸露钢水液面为准，吹氩后钢水氮含量重量百分比控制在0.0025%以内；

㈤出钢过程采用两步法加入合金脱氧控氮，具体为：①出钢至1/3时，顺序加入电石0.5-0.8kg/t钢，锰目标重量百分比成分的70-80%的锰铁，低氮增碳剂0-2kg/t钢；②出钢至4/5时，加入石灰3-5kg/t钢及精炼渣3-5kg/t钢；不采用铝合金，防止铝固氮及从空气中吸氮，在吹氩站喂铝线调整氧含量至20ppm。

2.如权利要求1所述的转炉出钢氮含量的控制方法，其特征在于：包括以下控制步骤：

㈠铁水温度：1250℃，控制铁水磷含量重量百分比0.150%，控制铁水硫含量重量百分比0.018%，提高铁水比至85%；

㈡终点控制成分重量百分比为：C:0.08%，P：0.015%，S：0.018%，温度：1650℃，控制渣量为120kg/t钢；

㈢在转炉吹炼期间加入30kg/t钢的铁矿石化渣和降温，采用周转钢包受钢，周转钢包里要求没有冷钢，包沿口做好清洁，保证出钢口圆整，防止出钢散流，并使用底吹氩；

㈣挡渣出钢前1min提前进行钢包底吹氩，驱除钢包内的空气，使钢包被氩气覆盖，避免空气与钢水充分接触造成增氮；出钢全程吹氩，出钢后底吹氩气量关小进行软吹以不裸露钢水液面为准，吹氩后钢水氮含量重量百分比控制在0.0025%以内；

㈤出钢过程采用两步法加入合金脱氧控氮，具体为：①出钢至1/3时，顺序加入电石0.5kg/t钢，锰目标重量百分比成分的70%的锰铁，低氮增碳剂1kg/t钢；②出钢至4/5时，加入石灰3kg/t钢及精炼渣3kg/t钢；不采用铝合金，防止铝固氮及从空气中吸氮，在吹氩站喂铝线调整氧含量至20ppm。