CN105624367A

CN105624367A - 一种控制钢水氮含量的精炼装置及方法

Info

Publication number: CN105624367A
Application number: CN201410721173.2A
Authority: CN
Inventors: 李广帮; 廖相巍; 张晓光; 贾吉祥; 赵亮; 丁丽华; 朱晓雷
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2014-12-01
Filing date: 2014-12-01
Publication date: 2016-06-01
Anticipated expiration: 2034-12-01
Also published as: CN105624367B

Abstract

本发明提供一种控制钢水氮含量的精炼装置，包括升降液压缸、浸入管、炉盖、电极、料仓及钢包；升降液压缸活塞杆前端连接杆前端焊接在炉盖上，炉盖中间设有电极，一侧进料口上方设有料仓，浸入管固定在炉盖下面，炉盖通过升降液压缸升降和吊挂在钢包上方。与常规方法相比，本发明可减少钢液与空气接触的机会，钢液增氮量不超过0.0003％；减少钢水在处理过程中的温降，温度损失降低50％；有效去除钢水中的夹杂物，提高钢水洁净度，预熔渣用量减少40％，降低成本。本发明装置结构简单，易于操作，投资小，不影响其它设备的正常操作，浸入管可以重复多次使用。

Description

一种控制钢水氮含量的精炼装置及方法

技术领域

本发明属于连钢技术领域，特别涉及一种可控制钢水氮含量的精炼装置及方法。

背景技术

氮在钢中的作用具有两面性：一方面，氮作为间隙固溶元素可大幅度提高钢的强度。另一方面，氮会显著降低钢的延展性，这在超低碳钢中影响尤为突出；韧性方面，氮会大幅度提高韧脆转变温度；氮与铝、钛等元素形成氮化物，在某些情况下会导致钢的热脆；另外氮在室温时的延迟析出还与钢的某些时效效应有关。对绝大多数钢种来说，氮在钢中被视为杂质元素，钢中的氮含量较高时，可使钢材产生时效脆化，降低钢材的冲击韧性，也可引起钢的冷脆等不利影响。在加热至一定温度范围时，钢的强度上升，冲击韧性降低，发生“蓝脆”现象，因此降低钢中氮含量可提高钢材的韧性指标。此外，铝镇静钢钢中氮含量增加会增加连铸坯裂纹敏感性。因此，氮对钢的使用性能有不利影响，需要进行控制。

降低钢中氮含量包括两方面内容，即抑制钢液由大气吸氮和氮自钢液中的脱除。吸氮与钢液的氧位、硫位密切相关。钢液的脱氮主要依靠真空处理，氮在钢液中的扩散系数较低，因此脱氮速率较慢。在真空条件下，低硫、低氧含量有利于钢液的脱氮，而在大气条件下，钢液中低硫、低氧含量时，钢水易于吸氮。

钢水在进行LF精炼时，LF炉盖与钢包的直径相当，正好扣在钢包的上沿，熔池金属靠电弧的高温加热，电弧是一种高温高速的气体射流，它对熔池的冲击作用和转炉中氧气流股的冲击作用在本质上是相似的，在冲击点处造成一个凹坑。电极加热时，凹坑处会出现裸露的钢液面，而这部分裸露的钢液较其它部位的钢液温度高，大于2400K，在该温度下，氧、硫对阻碍钢液吸氮的表面活性作用也消失。此时只要钢液裸露就容易吸氮。电弧的高温作用下，周围空气中的氮气基本上全部被离解为单原子状态，也给钢液吸氮创造了条件。钢包内整个渣面与空气接触且处于活跃状态，底吹氩气分布在整个钢包，因此在LF精炼时非常容易吸氮。

中国发明专利申请号200910300110.9公开了一种“控制转炉工艺生产铝脱氧钢氮含量的方法”，该方法在转炉开始造渣时将转炉炉渣碱度CaO/SiO2调整为5～7。通过控制转炉炉渣碱度使转炉冶炼过程的脱氮率由50～70％提高到65～85％,转炉终点钢水氮含量可控制在15ppm以内。通过碱度控制、加入特殊渣料和连铸开浇前在钢包下口与保护管之间使用带帽沿的密封垫圈密封，实现了LD—LF—SCC工艺铸坯氮含量≤35ppm、LD—LF—RH—BCC工艺铸坯氮含量≤3Oppm的稳定控制。但该专利在实施时所生产的钢种均需经过LF处理，而在整个炼钢生产过程中，主要的增氮环节是LF精炼环节，该专利只是对转炉环节采取了措施，在LF并未采取必要的措施。由于转炉冶炼用的铁水中含有一定量的硅元素,在吹炼时会生成SiO₂，在转炉内将炉渣碱度调整为5～7，由于转炉内的渣量非常大，约为钢液量的10％，因此将会浪费大量的石灰，同时，渣的流动性会很差，不利于钢液脱磷。转炉冶炼钢液中氧含量比较高，钢液不易吸氮，同时，转炉内碳氧反应生成CO，有利于钢液的脱氮。因此，由转炉引起的钢液增氮在整个炼钢过程中问题较小。

申请号201210020449.5公开了“一种顶吹氩气防止LF精炼过程钢水增氮的方法”，是在LF精炼过程中，通过LF顶吹氩枪或利用LF的事故氩枪，在钢液面140～17Omm处，以流量为20～80NL/min顶吹纯氩气，营造惰性气体环境，稳定地控制钢液增氮量小于5ppm。但由于顶部吹气枪向钢包渣面进行吹氩操作过程，极易造成钢液、钢渣的飞溅，为生产安全埋下重大隐患，在生产中难以应用。

发明内容

本发明旨在提供一种能够在LF精炼时有效脱硫，抑制增氮，对钢水进行还原与合金化，去除钢中夹杂物，同时减少钢水温降的精炼装置及方法。

为此，本发明所采取的解决方案是：

一种控制钢水氮含量的精炼装置，其特征在于，包括升降液压缸、浸入管、炉盖、电极、料仓及钢包；升降液压缸固定在地面上，液压缸活塞杆前端横向固定一连接杆，连接杆前端焊接在炉盖上，炉盖中间设有至少2根电极，炉盖一侧进料口上方设有料仓，耐火材料浸入管固定在炉盖下面的钢结构上，炉盖通过升降液压缸及连接杆升降和吊挂在钢包上方。

所述炉盖直径为钢包直径的1/3～1/2。

一种控制钢水氮含量的方法，其特征在于，其具体方法和步骤为：

(1)先将炉盖下方浸入管使用前预热到950～1050℃。

(2)转炉出钢过程中采取挡渣操作，渣层厚度控制在50～100mm；并加入脱氧剂进行预脱氧，钢水中氧含量控制在30～80ppm，转炉出钢温度控制在1640～1660℃。

(3)出钢结束后进入LF精炼钢水，钢包放好后，通过透气砖底吹氩气，将钢水面上的钢渣吹活动。

(4)利用升降液压缸降下炉盖，当浸入管浸入钢水的位置到达钢液面下50～150mm深度后，由料仓向浸入管内部液渣中加入预熔渣和电石，用于形成良好的泡沫渣，预熔渣加入量为0.8～1.2kg/吨钢，电石加入量为0.3～0.7kg/吨钢，分2～3次加入；同时，在浸入管外部向渣面加入石灰，用于形成不易流动的钢渣，使外部钢渣碱度达到7.3～8.0。预熔渣具有较低的熔点，同时吸附夹杂物的能力很强，电石有利于形成泡沫渣，浸入管内部空间比较小，同时有泡沫渣覆盖，抑制钢水的增氮。

(5)在加入预熔渣及石灰后，降下电极进行升温操作，以达到精炼化渣目的，对浸入管内部的液渣进行还原操作，保持底吹氩气，氩气流量为0.13～0.26Nm³/(h.t)，并在浸入管内部液渣面上加入铝线段，进行脱氧还原。在降下浸入管后，底吹氩气仅通过浸入管向钢液外排出，利于去除钢液中的硫及氧化物夹杂物，氩气对钢液起到保护作用。

(6)待液渣充分还原且钢水温度达到设定温度后，升起电极，保持底吹氩气流量4～8min；其后降低氩气流量至0.025～0.050Nm³/(h.t)进行软吹，使渣液面微动而不使钢水裸露，保持5～7min，升起炉盖。

(7)将精炼后钢水送至连铸工序进行浇铸，连铸过程中采取保护浇铸，减少钢水增氮。

所述预熔渣主要组分wt％为：CaO：40～45％，Al₂O₃：38～42％，SiO₂：5～9％，MgO：4～7％，其它为不可避免的杂质。

所述石灰中CaO含量≥90wt％。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.本发明可以完全达到控制钢水增氮的目的，小尺寸的炉盖减少了钢液与空气接触的机会，且底吹氩气全部由浸入管内的钢液中排出，与常规LF相比，浸入管内上升的氩气也起到减少钢液吸氮的作用，达到增氮量不超过0.0003％。

2.本发明采用的精炼方法可以有效地减少钢水在处理过程中的温降，与常规LF精炼相比，温度损失降低约50％。

3.本发明在精炼时，采用预熔渣可以有效地去除钢水中的夹杂物，使夹杂物充分上浮并被钢渣吸附，提高了钢水的洁净度，预熔渣用量是常规操作的40％，降低成本。

4.本发明精炼装置结构简单，易于操作，投资小，不影响其它设备的正常操作，浸入管可以重复多次使用。

附图说明

图1是精炼装置使用状态剖面示意图。

图中：升降液压缸1、浸入管2、炉盖3、预熔渣4、电极5、料仓6、石灰7、钢水8、钢包9、透气砖10。

具体实施方式

由图1可见，本发明控制钢水氮含量的精炼装置，主要由升降液压缸1、浸入管2、炉盖3、电极5、料仓6及钢包9所组成。升降液压缸1固定在地面上，升降液压缸1的活塞杆前端横向固定一根连接杆，连接杆前端焊接在炉盖3上，炉盖3中间设有3根电极5，炉盖3一侧进料口上方设有料仓6，由耐火材料制成的浸入管2固定在炉盖3下面的钢结构上，炉盖3直径为钢包9直径的1/3～1/2，因此炉盖3通过升降液压缸1和连接杆升降并吊挂在钢包9的上方。

本发明控制钢水氮含量方法的具体步骤为：

1、先将炉盖3下方浸入管2使用前预热到950～1050℃。

2、转炉出钢过程中采取挡渣操作，渣层厚度控制在50～100mm；并加入脱氧剂进行预脱氧，钢水8中氧含量控制在30～80ppm，转炉出钢温度控制在1640～1660℃。

3、出钢结束后进入LF精炼钢水，钢包9放好后，通过透气砖10底吹氩气，将钢水8面上的钢渣吹活动。

4、利用升降液压缸1降下炉盖3，当浸入管2浸入钢水8的位置到达钢液面下50～150mm深度后，由料仓6向浸入管2内部液渣中加入预熔渣4和电石，用于形成良好的泡沫渣，预熔渣4加入量为0.8～1.2kg/吨钢，电石加入量为0.3～0.7kg/吨钢，分2～3次加入；同时，在浸入管2外部向渣面加入石灰7，用于形成不易流动的钢渣，使外部钢渣碱度达到7.3～8.0。预熔渣4具有较低的熔点，同时吸附夹杂物的能力很强，电石有利于形成泡沫渣，浸入管2内部空间比较小，同时有泡沫渣覆盖，抑制钢水8的增氮。

5、在加入预熔渣4及石灰7后，降下电极5进行升温操作，以达到精炼化渣目的，对浸入管2内部的液渣进行还原操作，保持底吹氩气，氩气流量为0.13～0.26Nm³/(h.t)，并在浸入管2内部液渣面上加入铝线段，进行脱氧还原。在降下浸入管2后，底吹氩气仅通过浸入管2向钢液外排出，利于去除钢液中的硫及氧化物夹杂物，氩气对钢液起到保护作用。

6、待液渣充分还原且钢水8温度达到设定温度后，升起电极5，保持底吹氩气流量4～8min；其后降低氩气流量至0.025～0.050Nm³/(h.t)进行软吹，使渣液面微动而不使钢水8裸露，保持5～7min，升起炉盖3。

7、将精炼后钢水8送至连铸工序进行浇铸，连铸过程中采取保护浇铸，减少钢水8增氮。

所述预熔渣4主要组分wt％为：CaO：40～45％，Al₂O₃：38～42％，SiO₂：5～9％，MgO：4～7％，其它为不可避免的杂质。

所述石灰7中CaO含量≥90wt％。

下面以150吨LF炉冶炼超低硫铝镇静钢为例，对本发明作进一步说明。

炉盖3直径为钢包9直径的1/2，浸入管2在使用前的预热温度为1000℃。对比例是在通常的LF炉进行，加入预熔渣4进行钢渣还原脱硫，整个钢液面上的钢渣均匀一致，然后上机浇铸。实施例与对比例工艺参数见表1，控制结果见表2，预熔渣的成分见表3。

表1实施例与对比例工艺参数

表2实施例与对比例控制结果

表3预熔渣的成分

从表1中可以看出，采用在LF利用该精炼装置进行精炼脱硫，钢水需要升温时间大幅降低，约为原工艺的一半，减少了钢水的温度损失，有利于降低生产成本。显著地降低了增氮量，精炼增氮量≤0.0003％，同时成品氧含量也大幅度降低，均小于0.0020％，提高了钢材的质量。从表3中可以看出，预熔渣的加入量也较对比例有所降低，进一步降低了生产成本。

Claims

1.一种控制钢水氮含量的精炼装置，其特征在于，包括升降液压缸、浸入管、炉盖、电极、料仓及钢包；升降液压缸固定在地面上，液压缸活塞杆前端横向固定一连接杆，连接杆前端焊接在炉盖上，炉盖中间设有至少2根电极，炉盖一侧进料口上方设有料仓，耐火材料浸入管固定在炉盖下面的钢结构上，炉盖通过升降液压缸及连接杆升降和吊挂在钢包上方。

2.根据权利要求1所述的控制钢水氮含量的精炼装置，其特征在于，所述炉盖直径为钢包直径的1/3～1/2。

3.一种应用权利要求1所述控制钢水氮含量的精炼装置的方法，其特征在于，其具体方法和步骤为：

(1)先将炉盖下方浸入管使用前预热到950～1050℃；

(2)转炉出钢过程中采取挡渣操作，渣层厚度控制在50～100mm；并加入脱氧剂进行预脱氧，钢水中氧含量控制在30～80ppm，转炉出钢温度控制在1640～1660℃；

(3)出钢结束后进入LF精炼钢水，钢包放好后，通过透气砖底吹氩气，将钢水面上的钢渣吹活动；

(4)利用升降液压缸降下炉盖，当浸入管浸入钢水的位置到达钢液面下50～150mm深度后，由料仓向浸入管内部液渣中加入预熔渣和电石，预熔渣加入量为0.8～1.2kg/吨钢，电石加入量为0.3～0.7kg/吨钢，分2～3次加入；同时，在浸入管外部向渣面加入石灰，使外部钢渣碱度达到7.3～8.0；

(5)在加入预熔渣及石灰后，降下电极进行升温操作，保持底吹氩气，氩气流量为0.13～0.26Nm³/(h.t)，并在浸入管内部液渣面上加入铝线段，进行脱氧还原；

(6)待液渣充分还原且钢水温度达到设定温度后，升起电极，保持底吹氩气流量4～8min；其后降低氩气流量至0.025～0.050Nm³/(h.t)进行软吹，使渣液面微动而不使钢水裸露，保持5～7min，升起炉盖；

4.根据权利要求3所述控制钢水氮含量的精炼装置的方法，其特征在于，所述预熔渣主要组分wt％为：CaO：40～45％，Al₂O₃：38～42％，SiO₂：5～9％，MgO：4～7％，其它为不可避免的杂质。

5.根据权利要求3所述控制钢水氮含量的精炼装置的方法，其特征在于，所述石灰中CaO含量≥90wt％。