CN103468857A - 一种转炉冶炼控制钢水中氮含量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种转炉冶炼控制钢水中氮含量的方法。所述方法包括：在冶炼前期和后期进行顶吹氧气同时底吹氩气，并且在冶炼后期加入炉渣发泡剂，以将钢水的氮含量控制在15ppm以内；进入冶炼末期时停止顶吹氧气并配合底吹氮气，同时加入脱氧剂对炉渣和钢液进行脱氧处理，待钢液中的氧含量达到30ppm以下时，再利用顶部氧枪进行顶吹氮气同时底吹氮气，最终将转炉钢水的终氮含量控制在100～260ppm之间。本发明仅通过转炉冶炼过程增氮就能达到将终点钢水氮含量在100～260ppm之间，可满足不同含氮钢氮含量的控制要求，减少含氮钢生产时含氮包芯线的用量，成本低，具有很好的工业应用前景。

Description

一种转炉冶炼控制钢水中氮含量的方法

技术领域

本发明涉及炼钢技术领域，更具体地讲，涉及一种在转炉炼钢过程中控制钢水氮含量的方法。

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。但对于部分不锈钢、石油管钢等含氮钢来说，氮可与钢水中的合金元素如V、Al、Nb等形成氮化物并在钢中起到调整晶粒，改善钢质和提高钢材性能的作用。为此，在含氮钢生产时，应采取措施使钢液增氮。

公开号为CN102851451A的中国专利公开了“一种出钢工序钢水增氮的方法”，该方法通过在转炉出钢前和出钢过程对钢包进行吹氮操作，以使钢水在精炼前达到80～90ppm之间，并通过精炼处理得到氮含量小于150ppm的钢水。申请人发现，该方法仅通过出钢过程吹氮气，很难实现使钢水氮含量在精炼前达到80～90ppm之间。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。

本发明的目的之一在于提供一种在仅通过转炉冶炼过程增氮就能达到终点钢水氮含量在100～260ppm之间的方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种转炉冶炼控制钢水中氮含量的方法，所述方法采用顶底复吹转炉炼钢，并且将冶炼过程划分为前、后、末期三个阶段。所述方法包括：在冶炼前期和后期进行顶吹氧气同时底吹氩气，并且在冶炼后期加入炉渣发泡剂，以将钢水的氮含量控制在15ppm以内；进入冶炼末期时停止顶吹氧气并配合底吹氮气，同时加入脱氧剂对炉渣和钢液进行脱氧处理，待钢液中的氧含量达到30ppm以下时，再利用顶部氧枪进行顶吹氮气同时底吹氮气，最终将转炉钢水的终氮含量控制在100～260ppm之间。

根据本发明的转炉冶炼控制钢水中氮含量的方法的一个实施例，所述冶炼前期为开始吹氧至转炉顶吹氧气的吹氧量达到整个转炉冶炼过程中的吹氧总量的70%之间的阶段，所述冶炼后期为在转炉顶吹氧气的吹氧量达到整个转炉冶炼过程中的吹氧总量的70%～90%之间的阶段，所述冶炼末期为在转炉顶吹氧气的吹氧量达到整个转炉冶炼过程中的吹氧总量的90%至吹炼结束的阶段。

根据本发明的转炉冶炼控制钢水中氮含量的方法的一个实施例，所述炉渣发泡剂为炼钢钢渣经热闷、磁选后得到的渣钢。

根据本发明的转炉冶炼控制钢水中氮含量的方法的一个实施例，所述炉渣发泡剂含有30～50wt%的铁氧化物，其加入量为3～5Kg/t_钢。

根据本发明的转炉冶炼控制钢水中氮含量的方法的一个实施例，所述底吹氩气的供气强度为0.03～0.05m³/(min·t_钢)。

根据本发明的转炉冶炼控制钢水中氮含量的方法的一个实施例，所述冶炼末期顶吹氮气的供气强度为3～4m³/(min·t_钢)，并将顶部氧枪的枪位控制在1～1.5m之间，底吹氮气的供气强度为0.05～0.09m³/(min·t_钢)，吹氮时间为60～120s。

根据本发明的转炉冶炼控制钢水中氮含量的方法的一个实施例，所述脱氧剂包括对炉渣进行脱氧处理的碳质还原剂和对钢液进行脱氧处理的铝制脱氧剂。

根据本发明的转炉冶炼控制钢水中氮含量的方法的一个实施例，所述碳质还原剂的加入量为0.5～1.5Kg/t_钢，所述碳质还原剂中含有不少于90wt%的固定碳并且其粒度在3～15mm之间。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：仅通过转炉冶炼过程增氮就能达到将终点钢水氮含量在100～260ppm之间，可满足不同含氮钢氮含量的控制要求，减少含氮钢生产时含氮包芯线的用量，成本低，具有很好的工业应用前景。

具体实施方式

在下文中，将结合示例性实施例详细地描述根据本发明的转炉冶炼控制钢水中氮含量的方法。

在现有技术中，增氮工艺通常是采用在转炉冶炼过程中底吹氮气进行增氮，申请人发现，由于氧枪供氧的进行，转炉内钢水具有较高的氧含量，阻碍了钢水的吸氮，同时由于底吹供气强度偏小导致增氮效果不佳，往往出钢时钢水氮含量不高于50ppm。

为满足不同含氮钢氮含量的控制要求，本发明颠覆了传统思维，采用了完全不同于现有技术的增氮工艺，即在转炉冶炼前期、后期对钢液进行深度脱氮，并在冶炼末期对钢液进行猛烈增氮，最终将钢液的终氮含量控制在100～260ppm之间。其主要原理为：当钢液中氮含量低时，吸氮的驱动力更大，短时间内供入大量的氮气将达到钢液剧烈增氮的目的，而当钢液氮含量已较高时，吸氮相对更加困难。

采用顶底复吹转炉炼钢时，通常，将炼钢过程划分为前、后、末期三个阶段。冶炼前期碳氧反应剧烈，脱碳速度始终保持较高水平；冶炼后期脱碳反应继续进行，但钢水中的碳的浓度已较低，脱碳速度随着钢水碳含量的减少不断下降，碳氧反应减缓；冶炼末期碳氧反应基本完成，碳氧反应缓慢。

在本发明中，发明人根据生产实践总结，将开始吹氧至转炉顶吹氧气的吹氧量达到整个转炉冶炼过程中的吹氧总量的70%之间的阶段划作冶炼前期，将转炉顶吹氧气的吹氧量达到整个转炉冶炼过程中的吹氧总量的70%～90%之间的阶段作为冶炼后期，将转炉顶吹氧气的吹氧量达到整个转炉冶炼过程中的吹氧总量的90%至吹炼结束的阶段划为冶炼末期。

根据本发明示例性实施例的转炉冶炼控制钢水中氮含量的方法。所述方法包括在冶炼前期和后期将钢水的氮含量控制在15ppm以内，进入冶炼末期时停止顶吹氧气并配合底吹氮气，同时加入脱氧剂对炉渣和钢液进行脱氧处理，待钢液中的氧含量达到30ppm以下时，再利用顶部氧枪进行顶吹氮气同时底吹氮气，最终将转炉钢水的终氮含量控制在100～260ppm之间。

将进入冶炼末期的钢水氮含量控制在15ppm以内，可以保证冶炼末期增氮有足够的驱动力，若钢水氮含量大于15ppm，则剧烈增氮步骤的吸氮效果不佳，达不到将钢液的终氮含量控制在100～260ppm内的目的。为了将进入冶炼末期的钢水氮含量控制在15ppm以内，在冶炼前期和后期采用顶吹氧气同时底吹氩气的供气模式，并且在冶炼后期加入炉渣发泡剂以降低钢水氮含量。其中，底吹氩气的供气强度为0.03～0.05m³/(min·t_钢)，将底吹供气强度控制在该范围内能保证具有较好的底吹脱氮效果，如果底吹供气强度低于0.03m³/(min·t_钢)则会因为底吹供氩强度偏低导致钢液脱氮效果差，如超过0.05m³/(min·t_钢)则会因为底吹供气强度偏高导致冶炼过程返干、喷溅等影响转炉正常冶炼。炉渣发泡剂为炼钢钢渣经热闷、磁选后得到的渣钢，其中含有30～50wt%的铁氧化物（Fe_xO_y），其加入量为3～5Kg/t_钢。加入炉渣发泡剂的目的是为了提高转炉脱氮能力，在吹氧后期，炉内碳氧反应减缓，产生的CO量少，脱氮能力弱，加入炉渣发泡剂后能使后期炉渣活跃，产生大量的CO促进脱氮，且乳化的炉渣能有效的覆盖在钢液表面防止钢水与空气接触，从而降低钢水氮含量。

因为氧是钢液表面活性元素，氧的存在将起到隔绝钢水和空气的作用。当钢液氧含量达到一定值后即使不间断向钢液中吹入氮气钢液也几乎不增氮，因此在冶炼末期要使钢液剧烈增氮，必须先进行脱氧。为使钢液在冶炼末期剧烈增氮，在转炉顶吹氧气的吹氧量达到整个转炉冶炼过程中的吹氧总量的90%时，顶吹氧枪停止吹氧，此时底吹气体也由氩气改为氮气，供气强度为3～4m³/(min·t_钢)，并向转炉内先加入0.5～1.5Kg/t_钢的碳质还原剂以脱去渣中的氧，然后加入铝制脱氧剂以脱去钢液中的氧，使得钢液中氧含量控制在30ppm以内。然后再利用顶部氧枪进行顶吹氮气同时底吹氮气，顶吹氮气供气强度为3～4m³/(min·t_钢)，顶部氧枪的枪位控制在1～1.5m之间，吹氮时间为60～120s。最终使得终点钢液氮含量控制在100～260ppm之间。将枪位控制在1～1.5m的目的主要是为了氮气射流能更好的穿透熔池，使氮融入钢液，增加钢液氮含量。如果枪位过高则氮气射流冲击深度不足，增氮效果将不理想，但是如果枪位过低则可能导致氮气射流冲击到炉底，导致炉底耐材损毁影响转炉寿命。

碳质还原剂可以为无烟煤增碳剂或其它碳质材料，其中应含有不小于90wt%的固定碳，粒度为3～15mm。碳质还原剂的作用是为了降低炉渣中氧含量。由于转炉冶炼过程本来就有大量炉渣覆盖在钢液面起到隔绝空气的作用，如果再加上炉渣中氧含量高将导致钢液很难与空气接触吸氮。控制碳质还原剂的粒度在3～15mm的目的主要是为了使其能浮在渣面上起到脱去炉渣氧的目的，若粒度过小则可能被风机抽走，若粒度过大则会直接落入钢水中，起不到脱除渣中氧的目的。

铝制脱氧剂为现有技术中的常用脱氧剂，除了脱氧作用外，铝还是与氮结合能力很强的元素，加入铝脱氧后更有利于吸氮，且剩余的铝留在钢中起到极强地固氮作用，从而降低氮在钢液中的分压，进一步促进钢液吸氮。

为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面结合具体示例对其进行进一步说明。

示例1

某厂将铁水兑入转炉后，开始顶底复合吹炼，其中铁水氮含量为38ppm。以整个转炉冶炼过程中的吹氧总量为基准，在吹氧开始至吹氧量占吹氧总量的90%阶段，底吹氩气，供气强度为0.05m³/(min·t_钢)，同时在吹氧量达到吹氧总量的75%时加入炉渣发泡剂促进脱氮，炉渣发泡剂含有50wt%的铁氧化物（Fe_xO_y），加入量为3Kg/t_钢。在吹氧量为90%时停止吹氧，取样分析钢液中氮含量为11ppm，此时，底吹气体也由氩气改为氮气，底吹氮气的供气强度为0.09m³/(min·t_钢)，并向转炉内先加入1.5Kg/t_钢的无烟煤以脱去渣中的氧，无烟煤固定碳含量为93wt%，粒度在3～15mm之间，然后加入铝铁脱去钢液中的氧，脱氧后钢液中氧含量控制为28ppm，钢水脱氧后通过顶部氧枪向钢液中顶吹氮气，顶吹氮气供气强度为3.5m³/(min·t_钢)，顶部氧枪枪位控制在1～1.3m之间，顶底复合吹氮120s后，出钢。最终得到钢液中的氮含量为260ppm。

示例2

某厂将铁水兑入转炉后，开始顶底复合吹炼，其中铁水氮含量为30ppm。以整个转炉冶炼过程中的吹氧总量为基准，在吹氧开始至吹氧量占吹氧总量90%的阶段，底吹氩气，供气强度为0.03m³/(min·t_钢)，同时在吹氧量达到吹氧总量的70%时向转炉加入炉渣发泡剂促进脱氮，炉渣发泡剂含有30wt%的铁氧化物（Fe_xO_y），加入量为5Kg/t_钢。在吹氧量达到吹氧总量的90%时停止吹氧，取样分析钢液中氮含量为15ppm。此时，底吹气体也由氩气改为氮气，底吹氮气的供气强度为0.05m³/(min·t_钢)，并向转炉内先加入0.5Kg/t_钢的无烟煤以脱去渣中的氧，无烟煤固定碳含量为91wt%，粒度在3～15mm之间，然后加入铝铁脱去钢液中的氧，脱氧后钢液中氧含量为30ppm，钢水脱氧后通过顶部氧枪向钢液中吹入氮气，顶吹氮气供气强度为3m³/(min·t_钢)，顶部氧枪枪位控制在1～1.5m之间，顶底复合吹氮60s后，出钢。最终得到钢液中的氮含量为187ppm。

示例3

某厂将铁水兑入转炉后，开始顶底复合吹炼，其中铁水氮含量为42ppm。以整个转炉冶炼过程中的吹氧总量为基准，在吹氧开始至吹氧量占吹氧总量90%的阶段，底吹氩气，供气强度为0.04m³/(min·t_钢)，同时在吹氧量达到吹氧总量的80%时加入炉渣发泡剂促进脱氮，炉渣发泡剂含有40wt%的铁氧化物（Fe_xO_y），加入量为4Kg/t_钢。在吹氧量达到吹氧总量的90%时停止吹氧，取样分析钢液中氮含量为10ppm。此时，底吹气体也由氩气改为氮气，底吹氮气的供气强度为0.07m³/(min·t_钢)，并向转炉内先加入1Kg/t_钢的无烟煤以脱去渣中的氧，无烟煤固定碳含量为92wt%，粒度在3～15mm之间，然后加入铝铁脱去钢液中的氧，脱氧后钢液中氧含量控制为21ppm，钢水脱氧后通过顶部氧枪向钢液中吹入氮气，顶吹氮气供气强度为4m³/(min·t_钢)，顶部氧枪枪位控制在1～1.4m之间，顶底复合吹氮70s后，出钢。最终得到钢液中的氮含量为100ppm。

综上所述，本发明的方法有别于常规的在转炉冶炼全流程中尽可能使钢液增氮的技术思路，而采用在冶炼前、后期先将钢液中的氮含量降低至15ppm以内，然后在冶炼末期进行脱氧处理后剧烈增氮，最终获得终氮含量在100～260ppm之间的钢液。可以看出，本发明仅通过转炉冶炼过程增氮就能达到将终点钢水氮含量在100～260ppm之间，可满足不同含氮钢氮含量的控制要求，减少含氮钢生产时含氮包芯线的用量，成本低，具有很好的工业应用前景。

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims (8)

1.一种转炉冶炼控制钢水中氮含量的方法，其中，将转炉冶炼过程划分为前、后、末期三个阶段，其特征在于，所述方法包括：

在冶炼前期和后期进行顶吹氧气同时底吹氩气，并且在冶炼后期加入炉渣发泡剂，以将钢水的氮含量控制在15ppm以内；

进入冶炼末期时停止顶吹氧气并配合底吹氮气，同时加入脱氧剂对炉渣和钢液进行脱氧处理，待钢液中的氧含量达到30ppm以下时，再利用顶部氧枪进行顶吹氮气同时底吹氮气，最终将转炉钢水的终氮含量控制在100～260ppm之间。

2.根据权利要求1所述的转炉冶炼控制钢水中氮含量的方法，其特征在于，所述冶炼前期为开始吹氧至转炉顶吹氧气的吹氧量达到整个转炉冶炼过程中的吹氧总量的70%之间的阶段，所述冶炼后期为在转炉顶吹氧气的吹氧量达到整个转炉冶炼过程中的吹氧总量的70%～90%之间的阶段，所述冶炼末期为在转炉顶吹氧气的吹氧量达到整个转炉冶炼过程中的吹氧总量的90%至吹炼结束的阶段。

3.根据权利要求1所述的转炉冶炼控制钢水中氮含量的方法，其特征在于，所述炉渣发泡剂为炼钢钢渣经热闷、磁选后得到的渣钢。

4.根据权利要求3所述的转炉冶炼控制钢水中氮含量的方法，其特征在于，所述炉渣发泡剂含有30～50wt%的铁氧化物，其加入量为3～5Kg/t_钢。

5.根据权利要求1所述的转炉冶炼控制钢水中氮含量的方法，其特征在于，所述底吹氩气的供气强度为0.03～0.05m³/(min·t_钢)。

6.根据权利要求1所述的转炉冶炼控制钢水中氮含量的方法，其特征在于，所述冶炼末期顶吹氮气的供气强度为3～4m³/(min·t_钢)，并将顶部氧枪的枪位控制在1～1.5m之间，底吹氮气的供气强度为0.05～0.09m³/(min·t_钢)，吹氮时间为60～120s。

7.根据权利要求1所述的转炉冶炼控制钢水中氮含量的方法，其特征在于，所述脱氧剂包括对炉渣进行脱氧处理的碳质还原剂和对钢液进行脱氧处理的铝制脱氧剂。

8.根据权利要求7所述的转炉冶炼控制钢水中氮含量的方法，其特征在于，所述碳质还原剂的加入量为0.5～1.5Kg/t_钢，所述碳质还原剂中含有不少于90wt%的固定碳并且其粒度在3～15mm之间。