CN103993132A - Lf炉精炼低氮钢的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LF炉精炼低氮钢的方法，所述LF炉采用空心石墨电极；所述精炼过程中，经空心石墨电极的中心孔向钢包全程吹入氩气，同时配合底吹氩气搅拌钢液。本方法通过将传统LF的实心石墨电极更换为空心石墨电极，在冶炼过程中，氩气流经空心石墨电极，在钢渣表面形成惰性保护气氛，减少钢液增氮；同时配合LF精炼炉的底吹氩搅拌，利用氩气泡构成的真空室对钢液脱氮。尤其是氩气流经特定中孔尺寸的石墨电极，通过调节载气量的大小与稳定性，能更有效的在钢渣表面形成惰性保护气氛，更有效的减少钢液增氮。本方法中的LF炉主体设备不需改造，只需更换电极、连接气源装置和增加载气控制系统，设备改造费用低，运行可靠，可实现大规模工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于炼钢精炼技术领域，尤其是一种LF炉精炼低氮钢的方法。
背景技术
LF具备升温、脱硫和合金化等功能，钢铁冶金过程中重要的炉外精炼手段之一，由于其精炼功能强大，冶炼周期灵活，是炼钢与连铸的有效缓冲环节。目前90%以上的钢种需要经过LF进行精炼。由于LF采用电极埋弧加热，加热时电弧的最高温度可大6000℃。在电弧产生初期，电弧击穿渣层，将空气中的氮气离解成活性氮原子；同时，电弧区的钢液由于电弧的加热，温度可超过2300℃，高于氮在钢液中的溶解反应温度（2130℃），在氮分压一定的条件下，增加了钢液中氮的溶解度，导致了钢液的增氮。有文献称，LF精炼过程平均增氮量最高可达0.009%。因此，控制LF过程电弧电离空气增氮是生产低氮钢的关键环节。
针对精炼过程钢液的增氮问题，目前生产低氮钢的主要手段有：（1）采用微正压和埋弧操作；（2）优化造渣工艺，缩短泡沫渣成渣时间；（3）避免钢液裸露；（4）借助二次精炼中的RH或VD工艺来脱氮。上述四种方法均不能从根本上解决电弧电离空气中的氮气导致的增氮问题，只能对增氮问题有所减轻。
申请号200910244373.2提供了一种用于控制低碳钢中氮含量的冶炼方法，该方法的冶炼工艺路线为“铁水脱硫预处理-转炉冶炼-LF炉精炼-RH真空精炼-板坯连铸”，采用二次精炼的方式来控制钢液中的氮含量。具体的精炼步骤是：在LF炉精炼采用埋弧操作，控制一次加热时间1～15min，减少增氮；RH真空处理提升氩气流量，延长真空时间和降低真空度，强化脱氮。该方法可将钢中的氮含量脱除到30ppm以下。该方法是减少通电时间，并不能根本解决LF过程的增氮问题；并且采用了二次精炼，增加了炼钢工序的生产成本。
上海大学博士孙铭山学位论文“外场作用下强化钢液脱氮、脱氧的研究”在实验室钼丝炉上，研究真空条件下，利用氢气形成的氢直流辉光等离子体对钢液进行脱氮，其机理是利用氢直流辉光等离子体中的活性氢粒子将钢液中的氮元素经碰撞生成氨气，排出钢液。其结果表明，氢直流辉光等离子体对钢液脱氮有明显的强化作用。此工艺可导致钢水增氢现象，且LF精炼炉无法产生直流辉光；考虑到H对钢材质量和力学性能的不良影响和设备限制因素，该方法仅限于实验室研究，很难在实际生产中获得应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能有效减少钢液增氮，且工艺简单、成本低的LF炉精炼低氮钢的方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：所述LF炉采用空心石墨电极；所述精炼过程中，经空心石墨电极的中心孔向钢包全程吹入氩气，同时配合底吹氩气搅拌钢液。
本发明所述空心石墨电极中心孔直径为9～20mm。
本发明所述LF炉采用三根空心石墨电极，每根空心石墨电极的吹氩强度为0.3～15NL·min-1·t-1，同时配合底吹强度为0.5～15NL·min-1·t-1的氩搅拌。
进一步的，本发明采用下述步骤：（1）钢包到达LF的工作位后，每根空心石墨电极的吹氩强度控制在0.3～3NL·min-1·t-1，电极加热前取样，底吹氩强度为0.5～2NL·min-1·t-1；
（2）加入造渣用料，将空心石墨电极插入钢液面与渣面之间，接通电源使电极起弧，电弧稳定后，降低每根空心石墨电极的吹氩强度至0.1～1NL·min-1·t-1，控制精炼气氛为惰性气氛，底吹氩强度为0.5～10NL·min-1·t-1，化渣；
（3）化渣结束后，升起空心石墨电极，控制每根空心石墨电极的吹氩强度在0.3～3NL·min-1·t-1，底吹氩强度调至5～15NL·min-1·t-1，利用氩气产生的气泡翻搅钢液；
（4）测温、取样，底吹氩强度控制在0.5～2NL·min-1·t-1，每根空心石墨电极的吹氩强度控制在0.3～3NL·min-1·t-1，至精炼结束。
更进一步的，所述步骤（1）中， LF的进站温度为1570～1630℃。
更进一步的，所述步骤（2）中，化渣时间3～8min。
更进一步的，所述步骤（3）中，气泡翻搅钢液3～10min。
更进一步的，所述步骤（2）中的造渣用料为低氮渣料。
更进一步的，所述步骤（4）精炼结束后，空心石墨电极抬起过程中，控制每根空心石墨电极的吹氩强度在0.3～3NL·min-1·t-1。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明通过将传统LF的实心石墨电极更换为空心石墨电极，在冶炼过程中，氩气流经空心石墨电极，在钢渣表面形成惰性保护气氛，减少钢液增氮；同时配合LF精炼炉的底吹氩搅拌，利用氩气泡构成的真空室对钢液脱氮。尤其是氩气流经特定中孔尺寸的石墨电极，通过调节载气量的大小与稳定性，能更有效的在钢渣表面形成惰性保护气氛，更有效的减少钢液增氮。
本发明中的LF炉主体设备不需要改造，只需要更换中空电极、连接气源装置和增加载气控制系统，设备改造费用低，运行可靠，可实现大规模工业化生产。
本发明利用氩气惰性保护气氛和氩气泡构成的真空室脱氮，可将钢液氮含量控制到30ppm以下。采用本发明方法冶炼低氮钢，可部分取代RH或VD的脱氮功能，减少炼钢工序，节约生产成本。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：本LF炉精炼低氮钢的方法采用下述具体工艺步骤。
冶炼钢种为SS400（SS400是日本钢材材质的一种标示方式，指抗拉强度大于400MPa的一般结构用钢，标准号为JIS G3101）。
（1）LF炉为三相交流电源供电，使用三根中心孔直径为15mm的空心石墨电极，电极电源采用低压大电流三相交流电源；LF进站温度1578℃，氮含量0.0025wt%；钢包到达工作位后，每根空心石墨电极中吹氩强度控制在每吨钢2.3NL·min-1（标准升每分钟），电极加热前进行取样，底吹氩强度为每吨钢1NL·min-1。
（2）加入低氮造渣用料，将空心石墨电极插入钢液面与渣面之间，接通电源使电极起弧，电弧稳定后，降低每根空心石墨电极的吹氩强度至每吨钢0.5NL·min-1，底吹氩强度为每吨钢2NL·min-1，化渣时间4min。
（3）化渣结束后，升起石墨电极，每根空心石墨电极中的吹氩强度控制在每吨钢2NL·min-1，底吹氩强度调至每吨钢13NL·min-1，利用大氩气量产生的气泡来翻搅钢液以达到真空室脱氮的目的，翻搅时间控制在4min。
（4）测温、取样，底吹氩强度控制在每吨钢0.6NL·min-1，每根空心石墨电极中的氩气流量控制在每吨钢0.3NL·min-1，至精炼结束。精炼结束后，空心石墨电极抬起过程中，控制每根空心石墨电极的吹氩强度在0.6NL·min-1·t-1，从而始终保持精炼气氛为惰性气氛。
本实施例的脱氮效果为：LF进站钢液中N含量为0.0025wt%，出站钢液中N含量为0.0024wt%。
实施例2：本LF炉精炼低氮钢的方法采用下述具体工艺步骤。
（1）冶炼钢种为Q235B碳素钢，LF进站温度1585℃，氮含量0.0021wt%。LF炉采用三根中心孔直径为18mm的空心石墨电极，钢包到达工作位后，每根空心石墨电极中吹氩强度控制在1.3NL·min-1·t-1，电极加热前进行取样，底吹氩强度为0.8NL·min-1·t-1。
（2）加入造渣用料，将空心石墨电极插入钢液面与渣面之间，接通电源使电极起弧，电弧稳定后，降低每根空心石墨电极的吹氩强度至0.1NL·min-1·t-1，底吹氩强度为1.2NL·min-1·t-1，化渣时间6min。
（3）化渣结束后，升起空心石墨电极，每根空心石墨电极中的吹氩强度控制在1.5NL·min-1·t-1，底吹氩强度调至10NL·min-1·t-1，利用大氩气量产生的气泡达到真空室脱氮的目的，大翻时间控制在3min。
（4）测温、取样，底吹氩强度控制在0.9NL·min-1·t-1，每根空心石墨电极中的吹氩强度控制在1.5NL·min-1·t-1，至精炼结束。精炼结束后，空心石墨电极抬起过程中，控制每根空心石墨电极的吹氩强度在1.5NL·min-1·t-1，从而始终保持精炼气氛为惰性气氛。
本实施例的脱氮效果为：LF进站钢液中N含量为0.0021wt%，出站钢液中N含量为0.0021wt%。
实施例3：本LF炉精炼低氮钢的方法采用下述具体工艺步骤。
（1）冶炼钢种为C380CL，LF进站温度1580℃，氮含量0.0025wt%。LF炉采用三根中心孔直径为12mm的空心石墨电极，钢包到达工作位后，每根空心石墨电极中吹氩强度控制在2.1NL·min-1·t-1，电极加热前进行取样，底吹氩强度为0.8NL·min-1·t-1。
（2）加入造渣用料，将空心石墨电极插入钢液面与渣面之间，接通电源使电极起弧，电弧稳定后，降低每根电极的吹氩强度至0.3NL·min-1·t-1，底吹氩强度为1.2NL·min-1·t-1，化渣时间8min。
（3）化渣结束后，升起石墨电极，每根电极中的吹氩强度控制在3NL·min-1·t-1，底吹氩强度调至12NL·min-1·t-1，利用大氩气量产生的气泡达到真空室脱氮的目的，大翻时间控制在6min。
（4）测温、取样，底吹氩强度控制在0.8NL·min-1·t-1，每根电极中的吹氩强度控制在1.3NL·min-1·t-1，至精炼结束。精炼结束后，空心石墨电极抬起过程中，控制每根空心石墨电极的吹氩强度在1.3NL·min-1·t-1。
本实施例的脱氮效果为：LF进站钢液中N含量为0.0025wt%，出站钢液中N含量为0.0022wt%。
实施例4：本LF炉精炼低氮钢的方法采用下述具体工艺步骤。
（1）冶炼钢种为SPHD，LF进站温度1581℃，氮含量0.0021wt%。LF炉采用三根中心孔直径为9mm的空心石墨电极，钢包到达工作位后，每根空心石墨电极中吹氩强度控制在2.5NL·min-1·t-1，电极加热前进行取样，底吹氩强度为1.1NL·min-1·t-1。
（2）加入造渣用料，将空心石墨电极插入钢液面与渣面之间，接通电源使电极起弧，电弧稳定后，降低每根电极的吹氩强度至1NL·min-1·t-1，底吹氩强度为1.5NL·min-1·t-1，化渣时间3min。
（3）化渣结束后，升起石墨电极，每根电极中的吹氩强度控制在1.8NL·min-1·t-1，底吹氩强度调至13NL·min-1·t-1，利用大氩气量产生的气泡达到真空室脱氮的目的，大翻时间控制在5min。
（4）测温、取样，底吹氩强度控制在1.1NL·min-1·t-1，每根电极中的吹氩强度控制在0.9NL·min-1·t-1，至精炼结束。精炼结束后，空心石墨电极抬起过程中，控制每根空心石墨电极的吹氩强度在0.9NL·min-1·t-1。
本实施例的脱氮效果为：LF进站钢液中N含量为0.0021wt%，出站钢液中N含量为0.0019wt%。
实施例5：本LF炉精炼低氮钢的方法采用下述具体工艺步骤。
（1）冶炼钢种为SS400，LF进站温度1570℃，氮含量0.0026wt%；LF炉采用三根中心孔直径为16mm的空心石墨电极，钢包到达工作位后，每根空心石墨电极中吹氩强度控制在3.0NL·min-1·t-1，电极加热前进行取样，底吹氩强度为0.5NL·min-1·t-1。
（2）加入造渣用料，将空心石墨电极插入钢液面与渣面之间，接通电源使电极起弧，电弧稳定后，降低每根电极的吹氩强度至0.8NL·min-1·t-1，底吹氩强度为0.5NL·min-1·t-1，化渣时间5min。
（3）化渣结束后，升起石墨电极，每根电极中的吹氩强度控制在0.3NL·min-1·t-1，底吹氩强度调至15NL·min-1·t-1，利用大氩气量产生的气泡达到真空室脱氮的目的，大翻时间控制在8min。
（4）测温、取样，底吹氩强度控制在0.5NL·min-1·t-1，每根电极中的吹氩强度控制在3.0NL·min-1·t-1，至精炼结束。精炼结束后，空心石墨电极抬起过程中，控制每根空心石墨电极的吹氩强度在3.0NL·min-1·t-1。
本实施例的脱氮效果为：LF进站钢液中N含量为0.0026wt%，出站钢液中N含量为0.0025wt%。
实施例6：本LF炉精炼低氮钢的方法采用下述具体工艺步骤。
（1）冶炼钢种为C380CL，LF进站温度1630℃，氮含量0.0024wt%。LF炉采用三根中心孔直径为20mm的空心石墨电极，钢包到达工作位后，每根空心石墨电极中吹氩强度控制在0.3NL·min-1·t-1，电极加热前进行取样，底吹氩强度为2.0NL·min-1·t-1。
（2）加入造渣用料，将空心石墨电极插入钢液面与渣面之间，接通电源使电极起弧，电弧稳定后，降低每根电极的吹氩强度至0.2NL·min-1·t-1，底吹氩强度为10NL·min-1·t-1，化渣时间4min。
（3）化渣结束后，升起石墨电极，每根电极中的吹氩强度控制在0.3NL·min-1·t-1，底吹氩强度调至5NL·min-1·t-1，利用大氩气量产生的气泡达到真空室脱氮的目的，大翻时间控制在10min。
（4）测温、取样，底吹氩强度控制在2.0NL·min-1·t-1，每根电极中的吹氩强度控制在2.0NL·min-1·t-1，至精炼结束。精炼结束后，空心石墨电极抬起过程中，控制每根空心石墨电极的吹氩强度在0.3NL·min-1·t-1。
本实施例的脱氮效果为：LF进站钢液中N含量为0.0024wt%，出站钢液中N含量为0.0024wt%。
Claims (9)
1.一种LF炉精炼低氮钢的方法，其特征在于：所述LF炉采用空心石墨电极；所述精炼过程中，经空心石墨电极的中心孔向钢包全程吹入氩气，同时配合底吹氩气搅拌钢液。
2.根据权利要求1所述的LF炉精炼低氮钢的方法，其特征在于：所述空心石墨电极中心孔直径为9～20mm。
3.根据权利要求1所述的LF炉精炼低氮钢的方法，其特征在于：所述LF炉采用三根空心石墨电极，每根空心石墨电极的吹氩强度为0.3～15NL·min-1·t-1，同时配合底吹强度为0.5～15NL·min-1·t-1的氩搅拌。
4.根据权利要求1、2或3所述的LF炉精炼低氮钢的方法，其特征在于，其采用下述步骤：（1）钢包到达LF的工作位后，每根空心石墨电极的吹氩强度控制在0.3～3NL·min-1·t-1，电极加热前取样，底吹氩强度为0.5～2NL·min-1·t-1；
（2）加入造渣用料，将空心石墨电极插入钢液面与渣面之间，接通电源使电极起弧，电弧稳定后，降低每根空心石墨电极的吹氩强度至0.1～1NL·min-1·t-1，底吹氩强度为0.5～10NL·min-1·t-1，化渣；
（3）化渣结束后，升起空心石墨电极，控制每根空心石墨电极的吹氩强度在0.3～3NL·min-1·t-1，底吹氩强度调至5～15NL·min-1·t-1，利用氩气产生的气泡翻搅钢液；
（4）测温、取样，底吹氩强度控制在0.5～2NL·min-1·t-1，每根空心石墨电极的吹氩强度控制在0.3～3NL·min-1·t-1，至精炼结束。
5.根据权利要求4所述的LF炉精炼低氮钢的方法，其特征在于：所述步骤（1）中， LF的进站温度为1570～1630℃。
6.根据权利要求4所述的LF炉精炼低氮钢的方法，其特征在于：所述步骤（2）中，化渣时间3～8min。
7.根据权利要求4所述的LF炉精炼低氮钢的方法，其特征在于：所述步骤（3）中，气泡翻搅钢液3～10min。
8.根据权利要求4所述的LF炉精炼低氮钢的方法，其特征在于：所述步骤（2）中的造渣用料为低氮渣料。
9.根据权利要求4所述的LF炉精炼低氮钢的方法，其特征在于：步骤（4）精炼结束后，空心石墨电极抬起过程中，控制每根空心石墨电极的吹氩强度在0.3～3NL·min-1·t-1。
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |