CN103952511A - 一种高强钢钢水氮含量控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强钢钢水氮含量控制方法，将冶炼高强钢过程中钢水增氮工艺进行转炉冶炼工艺、精炼炉冶炼工艺及连铸保护浇铸工艺三个阶段的优化，通过脱氧造渣、合金化顺序的改进，控制三阶段增氮节点，实现转炉出钢后钢水氮含量控制在0.0030%以内，LF+RH过程钢水增氮稳定控制在0.0010%以内，连铸工序钢水增氮稳定控制在0.0005%以内，最终实现高合金高强钢连铸坯中的氮含量控制在0.0045%以内，该方法大大提高了铸坯内部和表面质量。

Description

一种高强钢钢水氮含量控制方法

技术领域

本发明涉及冶金领域的一种炼钢工艺，涉及高强钢冶炼过程中钢水氮含量的控制方法。 

背景技术

钢中氮含量对钢的机械性能影响较大,随着钢中氮含量的增加，钢的塑性下降，延展性降低；氮还可加重钢材的时效、降低钢材的冷加工性能、造成焊接热影响区脆化、使铸坯开裂及引起晶间腐蚀。因此降低钢水氮含量一直都是冶炼高品质钢追求的目标，特别是耐磨、磨具钢冶炼过程合金量大，LF炉合金化难度大、冶炼周期长，为了提高合金化效率、缩短冶炼周期，保证连铸的生产节奏，通常LF炉采取大氩气搅拌促使合金化，这种大氩气强动力学条件与氮含量控制相矛盾，导致冶炼该系列钢种氮含量偏高，使连铸坯内部和表面质量较差，影响钢板及后续加工性能，最终使钢铁效益得不到发挥。 

发明内容

本发明的目的就在于克服现有缺陷，提供一种高强钢钢水氮含量控制方法，有效控制钢水中氮的含量，提高冶炼钢品质。 

本发明实现以上发明目的的技术方案是： 

一种高强钢钢水氮含量控制方法，包括： 

将冶炼高强钢过程中钢水增氮工艺进行转炉冶炼工艺、精炼炉冶炼工艺及连铸保护浇铸工艺三个阶段的优化，通过脱氧造渣、合金化顺序的改进，控制三阶段增氮节点； 

A、转炉冶炼工艺优化： 

(1)原辅料控制：控制原辅料及合金中氮含量、含铝原辅料氮含量； 

(2)转炉操作：提高转炉一倒命中率95％以上，严禁转炉后期补吹增氮；转炉出钢前1min提前打开钢包底吹氩气，排走钢包内空气，控制出钢合金化后钢包底吹氩流量，防止钢水大翻裸露和空气接触增氮； 

(3)出钢合金化：出钢30s后合金化按钢包造渣料→脱氧剂→合金顺序加入，严禁出钢结束后加钢包造渣料； 

B、精炼炉冶炼工艺优化： 

(1)LF炉前期操作：钢水到站后，仅用氩气破渣壳，供电化渣4～5min后取样分析，化渣阶段禁止加任何脱氧剂； 

(2)LF炉加热升温钢包底吹工艺：电极加热期间，钢包底吹氩气流量400～500NL/min，加热期间，LF炉执行微正压操作，确保电极孔处有微量烟溢出； 

(3)LF炉过程控制：根据精炼炉第一个钢样成分及渣况粘稠情况，加入石灰、萤石和铝丝造渣脱硫，控制脱硫过程氩气流量，喂铝线补钢水中酸溶铝，控制喂铝线和氩气流量，喂铝线后进行成分和温度的微调；LF炉保温阶段，控制钢包底吹氩气流量，以钢水不裸露为原则； 

(4)RH炉过程控制：真空处理过程，RH炉真空度控制在3MPa以内，抽真空时间≥20min，真空结束后进行钙处理，控制钙处理钢包底吹氩气流量； 

C、连铸保护浇铸工艺优化： 

(1)钢包准备：加强钢包下水口清扫工作，确保钢包下水口清洁度，保证与连铸长水口的密切配合； 

(2)保护浇铸：开始浇铸前5min，通过氩气管用氩气吹扫中间包内腔，排除内部空气；开始浇铸，待中间包钢水漫过钢包下水口时，开始添加中间包覆盖剂，同时拔出氩气管；浇铸过程多批次小批量加入中间包覆盖剂，保证覆盖剂厚度大于80mm。 

进一步地，所述步骤A-(1)中，控制原辅料及合金中氮含量在0.020％以内，控制含铝原辅料氮含量在0.050％以内。 

进一步地，所述步骤A-(2)中，出钢合金化后钢包底吹氩流量控制在50～80Nl/min。 

进一步地，所述步骤A-(3)中，钢水出至30s后开始加入钢包造渣料，其中精炼渣5Kg/T钢、石灰4Kg/T钢，钢水出至1/3后按照质量比加入铝锭1.5Kg/T钢，在钢水出至2/3时加完。 

进一步地，所述步骤B-(1)中，用50～200NL/min的氩气流量破渣壳。 

进一步地，所述B-(2)中，在钢包底吹氩气采用双管路吹氩气，在钢包底吹氩气最大实际流量≥300NL/min，压力≥8.0MPa情况下严禁旁通操作。 

进一步地，所述B-(3)中，按照质量比为石灰3Kg/T钢、萤石石灰0.5Kg/T钢、铝丝0.4Kg/T钢的比例加入进行造渣脱硫；造渣脱硫过程分3个阶段加入，每次石灰加入量吨钢小于4Kg。 

进一步地，所述B-(3)中，脱硫过程氩气流量为400～500Nl/min；喂铝线控制氩气流量为30～60Nl/min，喂铝线加入量分3个阶段加入，每次小于加入量0.2Kg；LF炉保温阶段，钢包底吹氩气流量控制在20～80Nl/min，控制软搅拌时间为≥12min。 

进一步地，所述B-(4)中，钙处理钢包底吹氩气流量为20～80Nl/min。 

本发明的高强钢钢水氮含量控制方法通过转炉出钢工艺的优化，LF炉脱氧造渣和合金顺序改进，以及不同冶炼阶段钢包底吹氩气流量和压力的合理控制，RH长时间、高真空脱气处理以及连铸工序完备的保护浇铸，实现转炉出钢后钢水氮含量控制在0.0030％以内，LF+RH过程钢水增氮稳定控制在0.0010％以内，连铸工序钢水增氮稳定控制在0.0005％以内，最终实现高合金高强钢连铸坯中的氮含量控制在0.0045％以内，大大提高铸坯内部和表面质量。经试验验证，采用本发明的高强钢钢水氮含量控制方法，冶炼终点平均氮含量可以控制在0.0038％，氮含量最高0.0061％，完全满足钢板性能和客户要求。 

附图说明

图1为高强钢钢水氮含量控制方法流程图。 

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述。 

本发明的高强钢钢水氮含量控制方法，其特点在于转炉出钢工艺的优化，LF炉脱氧造渣、合金顺序改进，以及不同冶炼阶段钢包底吹氩气流量和压力的合理控制，连铸工序完备的保护浇铸；转炉出钢后钢水氮含量控制在0.0030％以内，LF+RH过程钢水增氮稳定控制在0.0010％以内，连铸工序钢水增氮稳定控 制在0.0005％以内，最终实现高合金高强钢连铸坯中氮含量控制在0.0045％以内。 

如图1所示，高强钢钢水氮含量控制方法包括如下内容： 

1、转炉冶炼工艺： 

(1)原辅料控制。冶炼过程原辅料及合金中氮含量要控制在0.020％以内，特别是含铝原辅料，氮含量要控制在0.050％以内，防止由于合金及辅料造成钢水增氮。 

(2)转炉操作。提高转炉一倒命中率95％以上，严禁转炉后期补吹增氮；保证转炉出钢口形状良好，出钢口钢渣要及时处理，防止出钢散流，钢水和空气接触增氮；转炉出钢前1分钟提前打开钢包底吹氩气，排走钢包内空气，出钢合金化后钢包底吹流量控制在50～80Nl/min，防止钢水大翻裸露和空气接触增氮。 

(3)出钢合金化。出钢合金化按钢包造渣料→脱氧剂→合金顺序加入，在钢水出至30秒后开始加入钢包造渣料(精炼渣5Kg/T钢、石灰4Kg/T钢)，钢水出至1/3后开始加入铝锭1.5Kg/T钢，钢水出至2/3时加完，严禁出钢结束后加钢包造渣料。 

2、精炼炉冶炼工艺： 

(1)LF炉前期操作。钢水到站后，用50～200NL/min的氩气流量破渣壳，实际的氩气流量根据该炉次透气状况调整。不得使用旁通操作破渣壳，供电化渣4～5min后取样分析，化渣阶段禁止加任何脱氧剂。 

(2)LF炉加热升温钢包底吹工艺。电极加热期间，钢包底吹氩气流量400～500NL/min，在钢包双管路底吹最大实际流量≥300NL/min，压力≥8.0Bar情况下严禁旁通操作，加热期间，LF炉应执行微正压操作，确保电极孔处有微量烟溢出。 

(3)LF炉过程控制。根据LF炉第一个钢样成分及渣况粘稠情况，按照质量比为石灰3Kg/T钢、萤石0.5Kg/T钢、铝丝0.4Kg/T钢的比例加入进行造渣脱硫；造渣脱硫过程分3个阶段加入，每次石灰加入量吨钢小于4Kg，铝丝加入量每次小于0.2Kg，脱硫过程氩气流量400～500Nl/min，喂铝线补钢水中酸溶 铝，喂铝线控制氩气流量30～60Nl/min，喂线后进行成分和温度的微调。LF炉保温阶段，钢包底吹氩气流量控制在20～80Nl/min(以钢水不裸露为原则)。 

(4)RH炉过程控制。真空处理过程，RH炉真空度控制在3mbar以内，抽真空时间≥20min，真空结束后进行钙处理，钙处理钢包底吹氩气流量20～80Nl/min；钙处理结束，为了更好促进夹杂物的上浮去除，控制软搅拌时间≥12min，软搅拌钢包底吹氩气流量10～60Nl/min(以钢水不裸露为原则)。 

3、连铸保护浇铸工艺 

(1)钢包准备。加强钢包下水口清扫工作，确保钢包下水口清洁度，保证与连铸长水口的密切配合；在钢包每次灌引流砂前将长水口模具与顶紧器下表比对，贴合不到一起的对顶紧器下表周围的四个角及时打磨，保证贴合，从而减少连铸增氮。 

(2)保护浇铸。开始浇铸前5min开始，通过氩气管用氩气吹扫中间包内腔，排除内部空气；开始浇铸，待中间包钢水漫过钢包下水口时，开始添加中间覆盖剂(购自于河南省西保冶材有限公司)，同时拔出氩气管；浇铸过程多批次小批量加入中间包覆盖剂，保证覆盖剂厚度大于80mm。 

下面通过具体实施例对本发明上述方法做进一步具体说明。 

实施例1 

本实施例选择Q960钢种，在150吨转炉、150吨钢包炉冶炼、板坯连铸机浇铸情况。为了提高铸坯表面和内部质量，其Q960冶炼终点氮含量要求控制0.0050％以内。 

(1)转炉吹炼。吹炼终点成分和温度控制满足要求，转炉未进行补吹。见表1。 

表1转炉终点成分(％) 

(2)转炉炉后脱氧造渣合金化。出钢前1min打开钢包底吹氩气流量设定500NL/min，出钢过程辅料加过顺序：开始出钢→精炼渣、石灰→铝块→硅锰、低碳锰铁。 

(3)出钢结束。出钢合金化后钢包底吹流量调至80Nl/min，防止钢水大翻裸露，取样分析钢水氮含量为0.0033％和0.0037％。 

(4)精炼脱氧、造渣脱硫，去夹杂工艺。LF炉钢水到工位分别设定钢包两路底吹氩气150Nl/min破渣壳→加热升温(设定钢包两路底吹氩气450Nl/min，执行微正压操作，确保电极孔处有微量烟溢出)→加入铝丝、石灰、萤石、喂铝线(设定钢包两路底吹氩气50Nl/min)→加热(设定钢包两路底吹氩气450Nl/min，执行微正压操作，确保电极孔处有微量烟溢出)→加还原剂、铝丝脱硫、喂铝线(设定钢包两路底吹氩气50Nl/min)→合金化(设定钢包两路底吹氩气120Nl/min)→加热(设定钢包两路底吹氩气500Nl/min)。LF精炼炉处理结束氮含量为0.0040％和0.0044％。 

(5)RH真空脱气处理。两炉RH真空度分别在1.9mbar和1.4mbar，抽真空时间分别20min和22min，真空结束后进行钙处理钢包底吹氩气流量设定50Nl/min；钙处理结束，软搅拌均为12min，软搅拌钢包底吹氩气流量设定30Nl/min(以钢水不裸露为原则)。RH处理结束氮含量为0.0032％和0.0034％。 

(6)钢包操作。两炉钢水使用的钢包下水口使用炉次均3炉以内，确保下水口干净无钢残渣。 

(7)保护浇铸。开始浇铸前5min开始，通过氩气管用氩气吹扫中间包内腔，待中间包钢水漫过钢包下水口时(中包钢水重量18t)，开始添加覆盖剂，同时拔出氩气管；浇铸过程多批次小批量加入中间包覆盖剂，两炉覆盖剂厚度分别为110mm和90mm。在连铸结晶器取样分析，氮含量为0.0033％和0.0037％。 

实施例2 

本实施例选择Q1100钢种，在150吨转炉、150吨钢包炉冶炼、板坯连铸机浇铸情况。为了提高铸坯表面和内部质量，其Q890冶炼终点氮含量要求控制0.0060％以内。 

(1)转炉吹炼。吹炼终点成分和温度控制满足要求，转炉未进行补吹。见表2。 

表2转炉终点成分(％) 

(2)转炉炉后脱氧造渣合金化。出钢前1min打开钢包底吹氩气流量设定350NL/min，出钢过程辅料加过顺序：开始出钢→精炼渣、石灰→铝块→硅锰、低碳锰铁。 

(3)出钢结束。出钢合金化后钢包底吹流量调至50Nl/min，防止钢水大翻裸露，取样分析钢水氮含量为0.0030％和0.0028％。 

(4)精炼脱氧、造渣脱硫，去夹杂工艺。LF炉钢水到工位分别设定钢包两路底吹氩气120Nl/min破渣壳→加热升温(设定钢包两路底吹氩气400Nl/min，执行微正压操作，确保电极孔处有微量烟溢出)→加入铝丝、石灰、萤石、喂铝线(设定钢包两路底吹氩气35Nl/min)→加热(设定钢包两路底吹氩气400Nl/min，执行微正压操作，确保电极孔处有微量烟溢出)→加还原剂、铝丝脱硫、喂铝线(设定钢包两路底吹氩气40Nl/min)→合金化(设定钢包两路底吹氩气100Nl/min)→加热(设定钢包两路底吹氩气450Nl/min)。LF精炼炉处理结束氮含量为0.0037％和0.0034％。 

(5)RH真空脱气处理。两炉RH真空度分别在1.1mbar和1.5mbar，抽真空时间分别18min和15min，真空结束后进行钙处理钢包底吹氩气流量设定30Nl/min；钙处理结束，软搅拌均为12min，软搅拌钢包底吹氩气流量设定20Nl/min(以钢水不裸露为原则)。RH处理结束氮含量为0.0030％和0.0025％。 

(6)钢包操作。两炉钢水使用的钢包下水口使用炉次均3炉以内，确保下水口干净无钢残渣。 

(7)保护浇铸。开始浇铸前5min开始，通过氩气管用氩气吹扫中间包内腔，待中间包钢水漫过钢包下水口时(中包钢水重量18t)，开始添加覆盖剂， 同时拔出氩气管；浇铸过程多批次小批量加入中间包覆盖剂，两炉覆盖剂厚度分别为85mm和93mm。在连铸结晶器取样分析，氮含量为0.0032％和0.0028％。 

由此可见，本发明方法主要通过以下几个方面实现了高强钢钢水氮含量的控制： 

①降低转炉出钢钢水氮含量。提高转炉一倒命中率，防止转炉后期补吹增氮，优化出钢造渣料和脱氧剂顺序，防止钢水脱氧后钢水未覆盖而增氮，出钢结束调整氩气流量，防止钢水裸露和空气接触增氮，保证转炉出钢后钢水氮含量控制在0.0035％以内。 

②控制LF处理过程增氮。控制LF炉不同冶炼阶段钢包底吹氩气流量，保证LF炉处理过程钢水氮含量增加在0.0010％以内。 

③充分发挥RH炉真空脱气能力。通过合理控制RH炉高真空度和脱气处理时间，使RH脱气过程脱氮率达20％。 

④保护浇铸。加强保护浇铸，控制连铸过程钢水氮含量增加在0.0005％以内。最终冶炼终点(结晶器中样)氮含量控制在0.0045％以内。 

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 (9)

1.一种高强钢钢水氮含量控制方法，其特征在于，包括：

将冶炼高强钢过程中钢水增氮工艺进行转炉冶炼工艺、精炼炉冶炼工艺及连铸保护浇铸工艺三个阶段的优化，通过脱氧造渣、合金化顺序的改进，控制三阶段增氮节点；

A、转炉冶炼工艺优化：

（1）原辅料控制：控制原辅料及合金中氮含量、含铝原辅料氮含量；

（2）转炉操作：提高转炉一倒命中率95%以上，严禁转炉后期补吹增氮；转炉出钢前1min提前打开钢包底吹氩气，排走钢包内空气，控制出钢合金化后钢包底吹氩流量，防止钢水大翻裸露和空气接触增氮；

（3）出钢合金化：出钢30s后合金化按钢包造渣料→脱氧剂→合金顺序加入，严禁出钢结束后加钢包造渣料；

B、精炼炉冶炼工艺优化：

（1）LF炉前期操作：钢水到站后，仅用氩气破渣壳，供电化渣4～5min后取样分析，化渣阶段禁止加任何脱氧剂；

（2）LF炉加热升温钢包底吹工艺：电极加热期间，钢包底吹氩气流量400～500NL/min，加热期间，LF炉执行微正压操作，确保电极孔处有微量烟溢出；

（3）LF炉过程控制：根据精炼炉第一个钢样成分及渣况粘稠情况，加入石灰、萤石和铝丝造渣脱硫，控制脱硫过程氩气流量，喂铝线补钢水中酸溶铝，控制喂铝线和氩气流量，喂铝线后进行成分和温度的微调；LF炉保温阶段，控制钢包底吹氩气流量，以钢水不裸露为原则；

（4）RH炉过程控制：真空处理过程，RH炉真空度控制在3MPa以内，抽真空时间≥20min，真空结束后进行钙处理，控制钙处理钢包底吹氩气流量；

C、连铸保护浇铸工艺优化：

（1）钢包准备：加强钢包下水口清扫工作，确保钢包下水口清洁度，保证与连铸长水口的密切配合；

（2）保护浇铸：开始浇铸前5min，通过氩气管用氩气吹扫中间包内腔，排除内部空气；开始浇铸，待中间包钢水漫过钢包下水口时，开始添加中间包覆盖剂，同时拔出氩气管；浇铸过程多批次小批量加入中间包覆盖剂，保证覆盖剂厚度大于80mm。

2.根据权利要求1所述的高强钢钢水氮含量控制方法，其特征在于，所述步骤A-（1）中，控制原辅料及合金中氮含量在0.020%以内，控制含铝原辅料氮含量在0.050%以内。

3.根据权利要求1所述的高强钢钢水氮含量控制方法，其特征在于，所述步骤A-（2）中，出钢合金化后钢包底吹氩流量控制在50～80Nl/min。

4.根据权利要求1所述的高强钢钢水氮含量控制方法，其特征在于，所述步骤A-（3）中，钢水出至30s后开始加入钢包造渣料，其中精炼渣5Kg/T钢、石灰4Kg/T钢，钢水出至1/3后按照质量比加入铝锭1.5Kg/T钢，在钢水出至2/3时加完。

5.根据权利要求1所述的高强钢钢水氮含量控制方法，其特征在于，所述步骤B-（1）中，用50～200NL/min的氩气流量破渣壳。

6.根据权利要求1所述的高强钢钢水氮含量控制方法，其特征在于，所述B-（2）中，在钢包底吹氩气采用双管路吹氩气，在钢包底吹氩气最大实际流量≥300NL/min，压力≥8.0MPa情况下严禁旁通操作。

7.根据权利要求1所述的高强钢钢水氮含量控制方法，其特征在于，所述B-（3）中，按照质量比为石灰3Kg/T钢、萤石0.5Kg/T钢、铝丝0.4Kg/T钢的比例加入进行造渣脱硫；造渣脱硫过程分3个阶段加入，每次石灰加入量吨钢小于4Kg。

8.根据权利要求1所述的高强钢钢水氮含量控制方法，其特征在于，所述B-（3）中，脱硫过程氩气流量为400～500Nl/min；喂铝线控制氩气流量为30～60Nl/min，喂铝线加入量分3个阶段加入，每次小于加入量0.2Kg；LF炉保温阶段，钢包底吹氩气流量控制在20～80Nl/min，控制软搅拌时间为≥12min。

9.根据权利要求1所述的高强钢钢水氮含量控制方法，其特征在于，所述B-（4）中，钙处理钢包底吹氩气流量为20～80Nl/min。