CN108823355A - 一种提高钒氮微合金化钢中氮回收率的方法 - Google Patents

一种提高钒氮微合金化钢中氮回收率的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种提高钒氮微合金化钢中氮回收率的方法。本发明通过控制钢包预脱氧和合金化工序中各物料的加入时间和顺序，仅采用一种钒氮合金而不添加其他含N材料的条件下，将钢中的V、N含量稳定控制在要求的范围内，提高N的回收率，使N的回收率可达到71‑91％，同时能够确保N的回收率稳定，有效降低了N的合金化成本，同时简化V、N微合金化钢的N合金化工艺。

Description

一种提高钒氮微合金化钢中氮回收率的方法
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种提高钒氮微合金化钢中氮回收率的方法。
背景技术
废钢中含有一定的氮，电弧炉冶炼过程中存在一个吸氮和脱除氮的动态过程，在熔炼过程中，脱碳反应微弱时，吸氮占主导；在脱碳反应强度超过一个临界值时，脱氮占主导，因此，电弧炉终点钢液中存在一定含量的残余氮含量。钢中不加微合金化V等元素时，氮通常被认为是一种有害元素，此时氮超过一定含量时，会使钢的强度增加、硬度增加，但钢的塑性降低、冲击功降低。钢中加入微合金化元素时，氮就成为了有用的合金元素，在钢中添加微合金化元素(如V)后，通过形成氮化物、碳氮化物的析出强化和细化晶粒，不仅提高了钢的强度同时改善了钢的塑性和冲击功。采用钒、氮复合微合金化比单独加入钒进行微合金化具有更好的强化效果，这是由于在一定的氮含量范围条件下，VN的析出温度较高，且析出量更大，且弥散均匀分布，其强化效果明显提高。氮能有效提高钒微合金化钢析出强化效果，通过充分利用廉价的氮元素，可显著提高钒的析出强化效果，达到节约含钒合金用量、降低成本的目的，同时能提高钢材的塑性和韧性。但是，现有采用钒氮合金化的炼钢工艺中存在氮的回收率较低，且回收率不稳定的问题。
发明内容
针对现有采用钒氮合金化的炼钢工艺中存在氮的回收率较低，且回收率不稳定的问题，本发明提供一种提高钒氮微合金化钢中氮回收率的方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
一种提高钒氮微合金化钢中氮回收率的方法，包括电弧炉熔炼工序、钢包预脱氧及合金化工序和LF精炼工序，所述钢包预脱氧及合金化工序中，根据电弧炉终点碳含量控制脱氧剂加入量，使钢液中的溶解氧含量≤0.0005％；电弧炉出钢至总出钢量的1/5时，加入脱氧剂和增碳剂；电弧炉出钢至总出钢量的1/3时，加入钒氮合金；在电弧炉出钢至总出钢量的2/5时，加入硅锰合金、高碳锰铁、预熔精炼渣、萤石和石灰；上述所有物料在出钢至总出钢量的2/3之前全部加完。
相对于现有技术，本发明通过选择在脱氧剂加完以后和炼钢渣料加入之前的时间段内加入钒氮合金，此时钢包内的钢液是无渣的，加入钒氮合金之后，钒氮合金直接与钢液接触，可使钒氮合金快速熔化，且由于钒氮合金是直接与钢液接触的，钒氮合金熔化和分解产生的N可直接被钢液吸收，从而提高了N的回收率；加完脱氧剂之后，钢液中溶解氧含量≤0.0005％，钢液中的溶解氧含量越低，N的回收率越高。将硅锰合金、高碳锰铁和炼钢渣料在电弧炉出钢至总出钢量的2/5时加入，可以使合金及渣料充分熔化，有利于N的稳定，从而使N的回收率稳定。所有物料在出钢至总出钢量的2/3之前全部加完，是因为后面的至少1/3的钢液能够赋予前面已出的钢液和各种材料充分的动能，可以促使合金充分熔化和成分均匀。本发明通过控制钢包预脱氧和合金化工序中各物料的加入时间和顺序，仅采用一种钒氮合金而不添加其他含N材料的条件下，将钢中的V、N含量稳定控制在要求的范围内，不仅提高了N的回收率，使N的回收率可达到71-91％，同时能够确保N的回收率稳定，有效降低了N的合金化成本，同时简化V、N微合金化钢的合金化工艺。
所述预熔精炼渣的化学组成为：CaO 32～40％，Al2O3 46～54％，SiO2≤10％，CaF2≤2％，MgO≤3％，N≤0.3％，粒度为5～30mm。
优选的，所述电弧炉熔炼工序中，经电弧炉熔炼，获得终点碳含量在0.07-0.20％的电弧炉终点钢液。
将电弧炉终点碳含量控制在0.07％～0.20％之间向钢包出钢，可避免钢液过氧化，控制电弧炉终点钢液中的氧含量，为提高N的回收率创造了良好的条件。
优选的，所述钒氮合金为VN16。
所述钒氮合金的选择确定依据钢中要求的V含量目标值为0.08％、N含量目标值为0.0180％来确定，因电弧炉钢液中残余N含量一般为0.0050％，采用钒氮合金进行V、N的合金化时，VN合金加入应使钢液中的N含量增加量≥0.010％，才能保证成品钢液中的N含量符合钢种的最低N含量要求(0.015％)。VN16合金中V含量为77-81％，N含量为14-18％，采用VN16合金进行V、N合金化，当VN16合金中的N含量为14％时，只需要N的回收率≥68％时，就可保证成品钢液的N含量≥0.015％；因此生产该钢种时选用VN16合金进行V、N的合金化，可保证N回收率较低时，生产出V、N含量在要求范围内的VN微合金化钢种。
优选的，电弧炉出钢至总出钢量的1/3时，所述钒氮合金的加入量为1kg/t钢水。
优选的钒氮合金的加入量可使成品钢中V的含量为0.078％～0.082％、N含量为0.0161％～0.0192％，生产V含量目标值为0.08％，N含量目标值为0.018％的VN微合金化钢种。
优选的，所述脱氧剂为铝锭和电石，所述电石的加入量为0.6-0.8kg/t钢水，所述铝锭的加入量为：电弧炉终点碳含量为0.07％时，铝锭的加入量为1.3kg/t钢水；电弧炉终点碳含量为0.08％时，铝锭的加入量为1.2kg/t钢水；电弧炉终点碳含量为0.09-0.10％时，铝锭的加入量为1.1kg/t钢水；电弧炉终点碳含量大于等于0.12％时，铝锭的加入量为0.9kg/t钢水。
通过精确控制脱氧剂的加入量，可确保钢液脱氧良好，可控制钢液中酸溶铝含量为0.03-0.06％，从而使钢液中溶解氧含量≤0.0005％，溶解氧含量越低，钢液中N的回收率越高。
优选的，电弧炉终点碳含量为0.07％时，所述增碳剂的加入量为1.7kg/t钢水，以此为基准，电弧炉终点碳含量每增加0.01％，增碳剂的加入量减少0.1kg/t钢水。
可选的，所述增碳剂为人工石墨，含碳量大于96％，其余为杂质。
可选的，所述硅锰合金中Si含量为18％，Mn含量为65％，硅锰合金的加入量为14kg/t钢水。
可选的，所述高碳锰铁中C含量为6.0％，Mn含量为66.5％，高碳锰铁的加入量为9kg/t钢水。
严格控制增碳剂、VN16合金、硅锰合金、高碳锰铁加入量，确保到LF精炼时钢液中各控制元素的含量接近目标值，从而减少LF精炼过程中补加合金量，进而可避免在LF精炼过程中因补加大量合金而引起大氩气流量强制搅拌造成的N逸出造成的N含量下降问题的出现。
优选的，所述钢包预脱氧和合金化工序结束后，出钢至LF精炼工序的钢液化学成分重量百分比为：0.33％≤C≤0.37％，0.25％≤Si≤0.35％，1.55％≤Mn≤1.75％，0.07％≤V≤0.09％，P≤0.012％，S≤0.015％，0.015％≤N≤0.019％，0.030≤Als≤0.060％。
将出钢至LF精炼工序的钢液中各化学成分的含量控制在上述范围，可减少后续补加合金及增碳剂的量，避免由于补加大量合金引起大氩气流量搅拌而引起的N逸出造成的N含量下降问题的出现。
优选的，LF精炼过程中氩气的流量控制在180～220NL/min。
将LF精炼过程中氩气的流量控制在180～220NL/min，能使钢水避免二次氧化和吸收气体，同时还能避免大氩气流量搅拌而引起的N逸出造成的N含量下降问题的出现。
可选的，LF精炼工序还包括，通过补加石灰和萤石造渣，采用铝粒、电石和碳化硅脱氧形成白渣，造白渣结束后，取样进行分析，根据分析结果补加合金及增碳剂，补加合金及增碳剂时，控制氩气的流量为180～220NL/min，补加的合金从氩气口加入。
优选的，钢的化学成分重量百分比为：0.15％≤C≤0.45％，0.20％≤Si≤0.40％，1.20％≤Mn≤1.80％，0.07％≤V≤0.10％，P≤0.025％，S≤0.015％，0.015％≤N≤0.025％，0.015％≤Al≤0.040％，余量为Fe和各种杂质。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种提高钒氮微合金化钢中氮回收率的方法：
以1813934炉生产为例，计划出钢量为85吨。
电弧炉终点钢液中，C含量为0.09％，Mn含量为0.11％，Si含量为0.03％，N含量为0.0050％；
准备出钢时，钢包到出钢工位，接通氩气，氩气压力控制在0.4MPa，电弧炉出钢到1/5(17吨)时，按照铝锭1.1kg/t钢水，电石0.7kg/t钢水，增碳剂1.5kg/t钢水加入铝锭、电石和增碳剂；当电弧炉出钢到1/3(26吨)时，按照1kg/t钢水加入VN16合金；当电弧炉出钢到2/5(34吨)时，将氩气压力调整到1.0MPa，同时按照硅锰合金14kg/t钢水、高碳锰铁9/t钢水加入硅锰合金和高碳锰铁，随后加入预熔精炼渣3.5kg/t钢水、萤石1kg/t钢水，石灰4.7kg/t钢水，上述所有物料在出钢到55吨前全部加完；出钢完毕，钢渣总重86.0t。
到LF精炼工位对钢液取气体分析N含量，分析结果为N 0.0189％；用定氧仪定氧，钢液中的溶解氧含量为2.5ppm。
接通氩气送电，氩气流量控制在220NL/min，在精炼过程中，按照每吨钢水补加石灰4.5kg、萤石0.6kg，其后做好快白渣营造和白渣保持精炼工作。
渣白后取样分析，分析结果如下：C 0.34％，Si 0.29％，Mn 1.58％，Al 0.043％，P0.012％，S 0.016％，V 0.0782％。
根据分析结果进行成分微调，加入VN16合金2kg(每吨钢水0.0235kg)，高碳锰铁64kg(每吨钢水0.75kg)；在补加合金时，仍保持220NL/min的氩气流量吹氩，合金均通过人工加到氩气口露出的钢液处。
继续送电，保持白渣精炼，10分钟后，取样分析，分析结果为：C 0.345％，Si0.30％，Mn 1.63％，Al 0.032％，P 0.0125％，S 0.004％，V 0.081％，N 0.0190％。
最后，检验成品钢的化学组分为：C 0.352％，Si 0.3％，Mn 1.63％，Al 0.023％，P0.013％，S 0.0035％，V 0.081％，N 0.0192％。
N的回收率为81.1％。
实施例2
一种提高钒氮微合金化钢中氮回收率的方法：
以1813937炉生产为例，计划出钢量为85吨。
电弧炉终点钢液中，C含量为0.07％，Mn含量为0.09％，Si含量为0.03％，N含量为0.0048％；；
准备出钢时，接通氩气，氩气压力控制在0.4MPa，电弧炉出钢到1/5(17吨)时，按照铝锭1.3kg/t钢水，电石0.7kg/t钢水，增碳剂1.7kg/t钢水；当电弧炉出钢到1/3(27吨)时，按照1kg/t钢水加入VN16合金；当电弧炉出钢到2/5(35吨)时，将氩气压力调整到1.0MPa，同时按照硅锰合金14kg/t钢水、高碳锰铁9/t钢水加入硅锰合金和高碳锰铁，随后，加入预熔精炼渣3.5kg/t钢水、萤石1kg/t钢水，石灰4.7kg/t钢水；上述所有物料在出钢到55吨前全部加完；出钢完毕，钢渣总重86.5t。
到LF精炼工位对钢液取气体分析N含量，分析结果为N 0.0171％，用定氧仪定氧，钢液中的溶解氧含量为4.0ppm。
接通氩气送电，氩气流量控制在220NL/min，在精炼过程中，按照每吨钢水补加石灰4.5kg、萤石0.6kg，其后做好快白渣营造和白渣保持精炼工作。
渣白后取样分析，分析结果如下：C 0.338％，Si 0.28％，Mn 1.59％，Al 0.038％，P 0.012％，S 0.017％，V 0.0779％。
根据分析结果进行成分微调，加入VN16合金3kg(每吨钢水0.0351kg)，高碳锰铁40kg(每吨钢水0.47kg)；在补加合金时，仍保持220NL/min的氩气流量吹氩，合金均通过人工加到氩气口露出的钢液处。
继续送电，保持白渣精炼，10分钟后，取样分析，分析结果为：C 0.351％，Si0.30％，Mn 1.62％，Al 0.028％，P 0.0125％，S 0.0045％，V 0.080％，N 0.0176％。
最后，成品钢的化学组分为：C 0.355％，Si 0.31％，Mn 1.62％，Al 0.020％，P0.013％，S 0.0048％，V 0.080％，N 0.0181％。
N的回收率为82.4％。
实施例3
一种提高钒氮微合金化钢中氮回收率的方法：
以1813943炉生产为例，计划出钢量为85吨。
电弧炉终点钢液中，C含量为0.12％，Mn含量为0.15％，Si含量为0.03％，N含量为0.0053％。
准备出钢时，钢包到达出钢工位，接通氩气，氩气压力控制在0.4MPa，电弧炉出钢到1/5(17吨)时，加入铝锭0.9kg/t钢水、电石0.7kg/t钢水、增碳剂1.2kg/t钢水；当电弧炉出钢到1/3(27吨)时，按照1kg/t钢水加入VN16合金；当电弧炉出钢到2/5(35吨)时，将氩气压力调整到1.0MPa，同时按照硅锰合金14kg/t钢水、高碳锰铁9/t钢水加入硅锰合金和高碳锰铁，随后，加入预熔精炼渣3.5kg/t钢水、萤石1kg/t钢水，石灰4.7kg/t钢水；上述所有物料在出钢到55吨前全部加完；出钢完毕，钢渣总重86.3t。
到LF精炼工位对钢液取气体分析N含量，分析结果为N 0.0182％，用定氧仪定氧，钢液中的溶解氧含量为2.3ppm。
接通氩气送电，氩气流量控制在220NL/min，在精炼过程中，按照每吨钢水补加石灰4.5kg、萤石0.6kg，其后做好快白渣营造和白渣保持精炼工作。
渣白后取样分析，分析结果如下：C 0.342％，Si 0.293％，Mn 1.60％，Al0.049％，P 0.012％，S 0.015％，V 0.080％。
根据分析结果进行成分微调，高碳锰铁30kg(每吨钢水0.47kg)；在补加合金时，仍保持220NL/min的氩气流量吹氩，合金均通过人工加到氩气口露出的钢液处。
继续送电，保持白渣精炼，10分钟后，取样分析，分析结果为：C 0.353％，Si0.30％，Mn 1.63％，Al 0.033％，P 0.0114％，S 0.0035％，V 0.080％，N 0.0187％。
最后，成品钢的化学组分为：C 0.36％，Si 0.31％，Mn 1.65％，Al 0.027％，P0.012％，S 0.0032％，V 0.080％，N 0.0190％。
N的回收率为87.9％。
本发明保护范围内的其他参数也可达到与实施例1-3相同的效果。
以上所述仅为本发明的通常较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种提高钒氮微合金化钢中氮回收率的方法，包括电弧炉熔炼工序、钢包预脱氧及合金化工序和LF精炼工序，其特征在于，所述钢包预脱氧及合金化工序中，根据电弧炉终点碳含量控制脱氧剂加入量，使钢液中的溶解氧含量≤0.0005％；电弧炉出钢至总出钢量的1/5时，加入脱氧剂和增碳剂；电弧炉出钢至总出钢量的1/3时，加入钒氮合金；电弧炉出钢至总出钢量的2/5时，加入硅锰合金、高碳锰铁、预熔精炼渣、萤石和石灰；上述所有物料在出钢至总出钢量的2/3之前全部加完。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电弧炉熔炼工序中，经电弧炉熔炼，控制电弧炉终点钢液的碳含量在0.07～0.20％之间。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述钒氮合金为VN16。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述钒氮合金的加入量为1kg/t钢水。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述脱氧剂为铝锭和电石，所述电石的加入量为0.6-0.8kg/t钢水，所述铝锭的加入量为：电弧炉终点碳含量为0.07％时，铝锭的加入量为1.3kg/t钢水；电弧炉终点碳含量为0.08％时，铝锭的加入量为1.2kg/t钢水；电弧炉终点碳含量为0.09-0.10％时，铝锭的加入量为1.1kg/t钢水；电弧炉终点碳含量大于等于0.12％时，铝锭的加入量为0.9kg/t钢水。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，电弧炉终点碳含量为0.07％时，所述增碳剂的加入量为1.7kg/t钢水，以此为基准，电弧炉终点碳含量每增加0.01％，增碳剂的加入量减少0.1kg/t钢水。
7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述钢包预脱氧和合金化工序结束后，出钢至LF精炼工序的钢液化学成分重量百分比为：0.33％≤C≤0.37％，0.25％≤Si≤0.35％，1.55％≤Mn≤1.75％，0.07％≤V≤0.09％，P≤0.012％，S≤0.015％，0.015％≤N≤0.019％，0.030≤Als≤0.060％。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，LF精炼过程中氩气的流量控制在180～220NL/min。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，LF精炼工序还包括，通过补加石灰和萤石造渣，采用铝粒、电石和碳化硅造白渣，造白渣结束后，取样进行分析，根据分析结果补加合金及增碳剂，补加合金及增碳剂时，控制氩气的流量为180～220NL/min，补加的合金从氩气口加入。
10.如权利要求2所述的方法，其特征在于，钢的化学成分重量百分比为：0.15％≤C≤0.45％，0.20％≤Si≤0.40％，1.20％≤Mn≤1.80％，0.07％≤V≤0.10％，P≤0.025％，S≤0.015％，0.015％≤N≤0.025％，0.015％≤Al≤0.040％，余量为Fe和各种杂质。
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