CN112899440A

CN112899440A - 一种精确控制含氮钢种氮含量的rh吹氮气合金化工艺

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Publication number: CN112899440A
Application number: CN202110072421.5A
Authority: CN
Inventors: 刘晓峰; 何维祥; 陈露涛; 高祝兵; 尹川; 胡昌志; 刘德宏; 何亮; 刘小红; 陈鸿员; 程殿; 张朝映; 刘渝; 曾令文
Original assignee: Chongqing Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Chongqing Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2021-01-19
Filing date: 2021-01-19
Publication date: 2021-06-04
Anticipated expiration: 2041-01-19
Also published as: CN112899440B

Abstract

本发明公开了一种精确控制含氮钢种氮含量的RH吹氮气合金化工艺，包括：将脱硫铁水和废钢转炉冶炼，顶吹氧气，底吹氮气；钢水依次进行LF精炼、RH真空精炼，RH采用机械泵真空系统，具体为：将RH环流气体进行氩/氮切换，氮气流量90～150Nm³/h，氮气压力1.0～1.8Mpa，并进行RH真空抽气，压力由大气压降低至273Pa以下，RH抽气持续5～10min；测温、取样，分析钢水化学成分和氮成分含量；根据取样分析结果调整钢水成分含量，并将RH真空度调整至4～15kpa，使钢水快速增氮，平均增氮量为3.0～3.50ppm/min；当钢水达到钢种技术要求后，RH结束，复压，打开钢包底吹氩气，喂金属钙线钙处理。本发明能精确控制钢水氮含量波动在±5ppm，满足钢种技术要求，保证钢种质量，降低生产成本。

Description

一种精确控制含氮钢种氮含量的RH吹氮气合金化工艺

技术领域

本发明涉及钢铁冶金技术领域，特别是涉及一种提高RH精炼吹氮气合金化氮成分命中率的方法。

背景技术

向钢水吹入氮气是一种低成本的含氮钢生产新技术，钢铁冶炼工艺中应用广泛。钢厂有转炉底吹氮气、钢包底吹氮气、RH吹氮气等生产含氮钢种的方法。RH是一种广泛应用的钢水真空精炼装置(主要为蒸汽喷射泵系统)，具有脱碳、脱气、升温、去除夹杂物等功能，用于生产高品质洁净钢。但RH吹氮气合金化时，氮成分控制精度在20～40ppm之间，存在氮成分波动较大的问题，影响企业的生产成本和钢种质量。

现有的RH吹氮气合金化氮成分含量控制工艺有以下几种：

中国专利CN102296160A公开了一种低成本RH钢水增氮控氮工艺，采用“转炉-钢包炉精炼-RH炉真空处理-连铸”的工艺路线冶炼，利用钒氮合金析出强化的高强度低合金钢种的RH钢水增氮控氮工艺的方法。该方法的特点有：1、采用的是钒铁进行钒合金化替代钒氮合金；2、RH增氮控氮过程中氮气流量按照800-1200NL/min控制，抽真空处理时间8-10min，以达到钢中氮含量在80-120ppm水平。3、RH真空结束钙处理采用的是硅钙线。该方法采用钒铁和硅钙线，钒合金化和钙处理成本均较高，RH采用的是蒸汽喷射泵真空系统，未提及RH真空增氮控氮过程过程的真空度控制范围，这是RH钢水增氮的一个重要工艺参数。虽然RH抽真空处理时间为8-10min，但氮钢种氮的波动范围为40ppm以内，氮波动较宽。

中国专利CN105154628A公开了一种含氮钢种的RH脱氢增氮工艺，其RH全程采用氮气作为提升气体，通过控制RH精炼过程氮气的流量及压力、RH的真空度及真空处理时间等工艺参数达到既脱氢又增氮的目的。该方法RH采用的是蒸汽喷射泵真空系统，主要目的是为了既脱氢，又保证含氮钢氮含量在80～120ppm，氮波动范围为40ppm以内，波动较宽。

中国专利CN104962698B公开了一种取向电工钢氮含量的精确控制方法，介绍了RH生产取向电工钢氮含量精确控制的方法，钢种氮含量控制精度较高(±5ppm)。但该方法RH采用的是蒸汽喷射泵真空系统，钢种限制为取向电工钢；同时，其生产工艺为：铁水预处理→210吨转炉冶炼→RH精炼→连铸，其中RH精炼过程中两次进行氩气和氮气切换，且RH真空增氮阶段氮气压力为1.1～1.6MPa，循环流量为200～280Nm3/h，RH炉的真空度为3～5KPa，此种循环气体流量的缺陷会导致真空槽内部“结瘤”严重缺陷。

因此，鉴于现有RH精炼吹氮气合金化氮含量控制技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种提高Q420和Q370级桥梁钢RH精炼吹氮气合金化氮成分命中率的方法，提高钢种质量，降低生产成本。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种提高RH精炼吹氮气合金化氮成分命中率的方法，提高钢种质量，降低生产成本。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种精确控制含氮钢种氮含量的RH吹氮气合金化工艺，所述工艺包括如下步骤：

(1)将脱硫铁水和废钢进行转炉冶炼，转炉吹炼为顶底复吹转炉，顶吹氧气，底部吹氮气；转炉出钢时加入脱氧合金，粗调钢水成分；

(2)钢水进入LF精炼炉进行冶炼；

(3)钢水进入RH精炼炉进行真空精炼，RH处理采用机械泵真空系统，RH真空精炼过程如下：

钢包顶升至工作位置，关闭钢包底吹氩气，将RH环流气体从氩气切换为氮气，全程吹氮气，控制氮气流量为90～150Nm³/h，氮气压力为1.0～1.8Mpa，并打开真空泵主阀，进行RH真空抽气，将RH精炼炉压力由大气压101Kpa降低至273Pa以下，RH抽气持续时间控制在5～10min；测温、取样，分析钢水化学成分和氮成分含量；根据钢水温度和取样氮成分含量分析结果，加入调温废钢调整温度，加入合金调整钢水成分含量，并将RH精炼炉真空度调整至4～15kpa，氮气流量控制在90～150Nm³/h，RH抽气持续时间控制在5～15min，使钢水快速增氮，平均增氮量为3.0～3.50ppm/min；当钢水化学成分和氮成分含量达到钢种技术要求后，RH真空精炼处理结束，RH精炼炉复压，打开钢包底吹氩气，喂金属钙线钙处理，弱搅拌钢水5～10min。

进一步，所述步骤(3)中，RH真空精炼过程如下：

①钢包顶升至工作位置，关闭钢包底吹氩气，将RH环流气体从氩气切换为氮气，全程吹氮气，控制氮气流量为90～150Nm³/h，氮气压力为1.0～1.8Mpa，并打开真空泵主阀，进行RH真空抽气，将RH精炼炉压力由大气压101Kpa降低至273Pa以下，RH抽气持续时间控制在5～10min；第一次测温、取样，分析钢水化学成分和氮成分含量；

②根据第一次测温、取样分析结果，加入调温废钢调整钢水温度，如需要加入碳粒、硅铁、锰铁、铝丸等调整钢水C、Si、Mn、Als含量，控制RH合金加入总量≤300kg/炉；第二次测温、取样，分析钢水化学成分和氮成分含量；RH精炼炉压力降低至166Pa以下，RH抽气持续时间控制在10～15min；第三次测温、取样，分析钢水化学成分和氮成分含量；

③根据第三次取样分析结果，将RH精炼炉真空度调整至4～15kpa，氮气流量控制在90～150Nm³/h，RH抽气持续时间控制在5～15min，使钢水快速增氮；第四次测温、取样，分析钢水化学成分和氮成分含量；

④当钢水化学成分和氮成分含量达到技术要求后，RH真空精炼处理结束，RH精炼炉复压，打开钢包底吹氩气，进行钢水喂钙线操作，弱搅拌钢水5～10min；然后取样，分析钢水化学成分和氮成分含量，当钢水满足钢种技术要求后，进入连铸工序浇注。

进一步，所述步骤②中，所述合金选自碳粒、硅铁、锰铁、铝丸中的至少一种。

进一步，所述步骤④中，进行钢水喂钙线操作时，钙线喂入量为150～230m。

进一步，所述步骤④中，RH真空精炼处理结束后，钢包底吹氩气流量为5～20Nm³/h，钢水液面处于蠕动状态。

进一步，所述工艺还包括步骤(4)连铸浇注过程：钢包长水口进行氩气保护浇注，中间包要密封良好，浇注10～15min后，取中间包钢水样，分析钢水化学成分和氮成分含量。

进一步，RH吹氮气合金化后得到的钢水氮成分含量目标值为90～130ppm，实际值与目标值的偏差为±5ppm，即钢水氮含量波动为±5ppm。

进一步，所述钢种为低合金结构钢，具体为Q420qC低合金钢和/或Q370qC低合金钢。

进一步，所述Q420qC低合金钢的钢种技术要求，即化学成分及其含量为：C＝0.12～0.18％、Si≤0.35％、Mn＝1.20～1.60％、P≤0.020％，S≤0.015％，Als＝0.015～0.065％，V＝0.040～0.080％，CEV＝0.37～0.45％，N＝0.009～0.013％，其余为铁及不可避免的残余元素。

进一步，所述Q370qC低合金钢的钢种技术要求，即化学成分及其含量为：C＝0.10～0.17％、Si≤0.50％、Mn＝1.40～1.70％、P≤0.020％，S≤0.010％，Als＝0.015～0.065％，V＝0.030～0.080％，Ni＝0.20～0.50％，CEV＝0.41～0.43％，N＝0.009～0.012％，其余为铁及不可避免的残余元素。

进一步，所述步骤(1)中，所述脱硫铁水的脱硫工艺为KR法和/或喷吹法。

进一步，所述步骤(1)中，所述脱硫铁水的硫含量≤0.005％。

进一步，所述步骤(1)中，所述废钢的硫含量≤0.010％。

进一步，所述步骤(1)中，所述脱硫铁水的装入量为173～225吨，所述废钢的装入量为0～50吨，转炉的出钢量为180～230吨。

进一步，所述步骤(1)中，转炉出钢时加入的脱氧合金选自台铝、硅铁、锰铁、硅钒铁中的至少一种。

进一步，所述步骤(1)中，转炉出钢温度为1590～1640℃，优选为1620℃。

进一步，所述步骤(2)中，钢水进入RH真空精炼处理前，钢包钢水量为180～230t，钢液温度为1580～1620℃，钢水脱氧O≤5ppm，钢水硫含量S≤50ppm，硫含量越低越好，钢液中其他化学元素均达到钢种技术要求。

进一步，所述步骤(2)中，钢水在LF精炼炉的冶炼过程包括：造白渣精炼，精调钢水成分，脱氧、脱硫、去除钢中夹杂物。

进一步，所述步骤①中，RH真空室压力由大气压101Kpa降低至273Pa～20pa；所述步骤②中，RH精炼炉压力降低至166Pa～20pa。

如上所述，本发明的提高RH精炼吹氮气合金化氮成分命中率的方法，具有以下有益效果：

本发明针对RH吹氮气合金化时，氮成分波动较大问题，提出一种提高Q370和Q420级桥梁钢RH精炼吹氮气合金化氮成分命中率的方法，替代用含氮合金氮合金化工艺，达到降低生产成本，满足产品质量要求。

1、本发明的RH吹氮气合金化工艺采用的是机械泵真空系统，有别于蒸汽喷射泵系统，具有可轻易实现抽气系统点设计，更容易实现清洗和吸尘器灰尘清理，能够随意实现按需运行、节约能源，减少污水排放、绿色环保，降低常规锅炉认证成本、维修成本和锅炉操作人员工资成本等优点。

2、本发明的RH真空精炼处理过程通过控制氮气流量、RH真空度及RH吹氮气持续时间，并依据钢水取样氮含量分析结果，及时调整RH真空度及RH吹氮气时间，实现对钢水氮含量的准确控制，本发明的RH真空精炼过程的平均增氮量为3.0～3.50ppm/min，适用于含氮钢，尤其适用于Q420qC、Q370qC低合金结构钢。

3、本发明能根据钢水氮含量要求，在RH吹氮气合金化过程将钢水氮含量波动精确控制在±5ppm，满足钢种氮含量(N＝90～130ppm)要求。

综上所述，本发明的工艺能够提高含氮钢种氮成分含量的控制精度，实现窄成分控制，现场应用效果良好，能提高钢种质量，降低生产成本。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

本发明提供一种提高RH精炼吹氮气合金化氮成分命中率的方法。

本发明提供一种精确控制含氮钢种氮含量的RH吹氮气合金化工艺，所述工艺为：KR脱硫铁水+优质废钢→转炉冶炼→出钢合金化→CAS→LF精炼→RH→板坯连铸→轧钢厂轧制，具体包括如下步骤：

(1)将脱硫铁水和废钢进行转炉冶炼，转炉吹炼为顶底复吹转炉，顶吹氧气，底部吹氩气；转炉出钢时加入脱氧合金，粗调钢水成分。

(2)钢水进入LF精炼炉进行冶炼。

钢包顶升至工作位置，关闭钢包底吹氩气，将RH环流气体从氩气切换为氮气，全程吹氮气，控制氮气流量为90～150Nm³/h，氮气压力为1.0～1.8Mpa，并打开真空泵主阀，进行RH真空抽气，将RH精炼炉压力由大气压101Kpa降低至273Pa以下，RH抽气持续时间控制在5～10min；测温、取样，分析钢水化学成分和氮成分含量；根据钢水温度和取样氮成分含量分析结果，加入调温废钢调整钢水温度，加入合金调整钢水成分含量，并将RH精炼炉真空度调整至4～15kpa，氮气流量控制在90～150Nm³/h，RH抽气持续时间控制在5～15min，使钢水快速增氮，平均增氮量为3.0～3.50ppm/min；当钢水化学成分和氮成分含量达到钢种技术要求后，RH真空精炼处理结束，RH精炼炉复压，打开钢包底吹氩气，弱搅拌钢水5～10min。

(4)连铸浇注过程：钢包长水口进行氩气保护浇注，中间包要密封良好，浇注10～15min后，取中间包钢水样，分析钢水化学成分和氮成分含量。

转炉冶炼过程主要通过吹入氧气和加入石灰等造渣材料达到脱除钢水中的碳、磷，提高钢水温度目的。

具体的，步骤(1)中，脱硫铁水的脱硫工艺为KR法或喷吹法。

具体的，步骤(1)中，脱硫铁水的硫含量≤0.005％。

具体的，步骤(1)中，废钢的硫含量≤0.010％。

具体的，步骤(1)中，脱硫铁水的装入量为173～225吨，废钢的装入量为0～50吨，转炉的出钢量为180～230吨。

具体的，步骤(1)中，转炉出钢时加入的脱氧合金选自台铝、硅铁、锰铁、硅钒铁中的至少一种。

具体的，步骤(1)中，转炉出钢温度为1590～1640℃，优选为1620℃。

具体的，步骤(2)中，钢水进入RH真空精炼处理前，钢包钢水量为180～230t，钢液温度为1580～1620℃，钢水脱氧O≤5ppm，钢水硫含量S≤50ppm，硫含量越低越好，钢液中其他化学元素均达到钢种技术要求。

具体的，步骤(3)中，RH真空精炼过程如下：

①钢包顶升至工作位置，关闭钢包底吹氩气，将RH环流气体从氩气切换为氮气，控制氮气流量为90～150Nm³/h，氮气压力为1.0～1.8Mpa，并打开真空泵主阀，进行RH真空抽气，将RH精炼炉压力由大气压101Kpa降低至273Pa以下，RH抽气持续时间控制在5～10min；第一次测温、取样，分析钢水化学成分和氮成分含量；

②根据第一次取样分析结果，加入调温废钢调整钢水温度，如需要则加入碳粒、硅铁、锰铁、铝丸等调整钢水C、Si、Mn、Als等含量，控制RH合金加入总量≤300kg/炉；第二次测温、取样，分析钢水化学成分和氮成分含量；RH精炼炉压力降低至166Pa以下，RH抽气持续时间控制在10～15min；第三次测温、取样，分析钢水化学成分和氮成分含量；

④当钢水化学成分和氮成分含量达到技术要求后，RH真空精炼处理结束，RH精炼炉复压，打开钢包底吹氩气，钢包底吹氩气流量为5～60Nm³/h，进行钢水喂钙线操作，钙线喂入量为150～230m，弱搅拌钢水5～10min，钢水液面处于蠕动状态；然后取样，分析钢水化学成分和氮成分含量，当钢水满足钢种技术要求后，进入连铸工序浇注。

进一步地，步骤①中，RH真空室压力由大气压101Kpa降低至273Pa～20pa；步骤②中，RH精炼炉压力降低至166Pa～20pa。

本发明中，RH吹氮气合金化后得到的钢水氮成分含量目标值为90～120ppm，实际值与目标值的偏差为±5ppm，即钢水氮含量波动为±5ppm。

本发明中，钢种为低合金钢，具体为Q420qC低合金钢、Q370qC低合金钢。

下面通过具体的实施例来对本发明的内容进行进一步说明。

以下实施例中，炼钢过程钢水取样分析化学成分和氮成分均采用“球拍样”：氮成分分析采用“球拍样”截取致密圆柱部分，经加工成直径为5mm圆柱试样，供TCH-600氧/氮分析仪测定氮含量。氮含量的分析偏差为±5ppm。炼钢生产过程分析结果视为偏差值为定值，忽略不计。

实施例1

一种精确控制含氮钢种氮含量的RH吹氮气合金化工艺，以Q420qC低合金钢为例。Q420qC低合金钢用于轧制≤24mm钢板，主要应用于桥梁建筑、工程和一般结构等用钢。

炼钢生产工艺为：KR脱硫铁水+优质废钢→转炉冶炼→出钢合金化→CAS→LF→RH→板坯连铸→轧钢厂轧制。

表1

备注：CEV＝C+1/6Mn+1/15(Cu+Ni)+1/5(Cr+Mo+V)。

Q420qC钢炼钢包括以下步骤：

为了实现钢水氮含量的精准控制，入转炉铁水硫含量≤0.005％(实际0.003％)，入转炉的废钢采用自产优质废钢(S≤0.010％)。铁水装入量190吨，废钢量48吨，出钢量221吨。

(1)转炉吹炼为顶底复吹转炉，顶吹氧气，底部吹氮气。转炉冶炼过程主要通过吹入氧气和加入石灰等造渣材料达到脱除钢水中的碳、磷，提高钢水温度目的。转炉出钢时加入台铝、硅铁、锰铁、硅钒铁等脱氧合金，粗调钢水成分，加入稠渣剂400kg和石灰800kg预造渣。转炉出钢温度1620℃。

(2)钢水到LF精炼炉的主要化学成分为：C＝0.14％、Si＝0.21％、Mn＝1.23％、P＝0.016％，S＝0.010％，Als＝0.057％，V＝0.053％，N＝0.0032％。通过LF精炼炉造白渣精炼，出LF精炼炉的钢水主要化学成分为：C＝0.16％、Si＝0.26％、Mn＝1.38％、P＝0.018％，S＝0.003％，Als＝0.026％，V＝0.055％，N＝0.0040％。

(3)钢水到RH精炼炉，钢水重量221吨，温度1613℃，钢水氧含量4.3ppm，S＝0.003％，其它化学成分满足钢种技术要求。RH采用的是机械泵真空系统，真空泵投入组数13组，RH浸渍管吹气点个数12个，驱动气体流量90～150Nm³/h，设备工作正常。RH真空精炼按照以下步骤：

①钢包顶升至工作位置。关闭钢包底吹氩气，打开驱动气体氮气阀门，将RH环流气体从氩气切换为氮气，氮气流量＝90Nm³/h。打开真空泵主阀，进行RH真空抽气，将RH真空室压力由大气压降低至273Pa以下，RH抽气持续6min。第一次取钢水样，钢水温度1590℃，分析钢水化学成分和氮成分含量，钢水主要化学成分为：C＝0.16％、Si＝0.28％、Mn＝1.38％、P＝0.018％，S＝0.003％，Als＝0.022％，V＝0.057％，N＝0.0053％。

②根据第一次取样分析结果，加入高碳锰铁130kg、铝丸35kg调整钢水Mn、Als含量。此时钢水温度1583℃，RH真空度166Pa，氮气流量＝90Nm³/h。RH连续抽气持续10min。第二次取钢水样，分析钢水化学成分和氮成分含量，钢水主要化学成分为：C＝0.16％、Si＝0.28％、Mn＝1.42％、P＝0.018％，S＝0.003％，Als＝0.036％，V＝0.057％，N＝0.0056％。

③钢水温度1574℃，RH真空度166Pa，氮气流量90Nm³/h。RH连续抽气持续15min。第三次取样分析钢水氮成分，钢水温度1570℃，N＝0.0064％，钢水中其他主要化学成分与第二次取样相同。此时距钢水出RH精炼炉有25min，钢水RH已连续处理20min。

④调整采用轻处理工艺模式，RH真空度至10kpa，氮气流量120Nm³/h，开始使钢水快速增氮。此阶段RH钢水循环时间10min时，第四次取样分析钢水氮成分，N＝0.0098％，钢水中其他主要化学成分与第二次取样相同。

⑤第四次取样分析钢水N＝0.0098％时，RH真空度10kpa，氮气流量120Nm³/h已循环12min。此时RH复压，结束RH真空精炼处理。从开始循环至循环结束时间为39min。

⑥钢水复压后，打开钢包底吹氩气，氩气流量5Nm³/h。进行钢水喂钙线操作，金属钙线喂入量230m，钢包软氩气保持5min。钢水温度1560℃。此后取钢水样，分析化学成分和氮成分。钢水主要化学成分为：C＝0.16％、Si＝0.28％、Mn＝1.42％、P＝0.018％，S＝0.003％，Als＝0.033％，V＝0.055％，N＝0.0103％。此包钢水满足钢种要求，进入连铸工序浇注。

(4)连铸浇注过程，钢包长水口进行氩气保护浇注，中间包密封良好。浇注12min，取中间包钢水样，分析钢水化学成分及氮含量。钢水主要化学成分为：C＝0.17％、Si＝0.29％、Mn＝1.43％、P＝0.019％，S＝0.003％，Als＝0.029％，V＝0.056％，N＝0.0106％。

按照以上步骤，RH全程采用氮气作为循环气体(吹氮气39min，LF出站视为RH进钢水N＝0.0040％，RH第四次取样N＝0.0098％)，平均增氮速率为0.000149％/min(1.49ppm/min)；快速增氮阶段，RH真空度至10kpa，氮气流量120Nm³/h，钢水氮含量从N＝0.0064％增加至N＝0.0098％，持续10min，平均增氮速率为0.00034％/min(3.40ppm/min)。按照RH精炼吹氮气合金化氮成分目标值为0.0100％(100ppm)，实际值0.0101％(101ppm)与目标值0.0100％(100ppm)偏差(0.0001％)1ppm，实现±0.0005％(±5ppm)命中目标。

RH进行钢水喂钙线和连铸浇注过程，难免出现钢水增氮现象(一般增氮在0.0005～0.0010％)，最终实现钢水氮含量0.0106％，距钢种目标氮成分0.0110％差0.0004％，属于正常误差范围。

实施例2

表2

备注：CEV＝C+1/6Mn+1/15(Cu+Ni)+1/5(Cr+Mo+V)。

Q420qC钢炼钢包括以下步骤：

为了实现钢水氮含量的精准控制，入转炉铁水硫含量≤0.005％(实际0.001％)，入转炉的废钢采用自产优质废钢(S≤0.010％)。铁水装入量195吨，废钢量45吨，出钢量225吨。

(1)转炉吹炼为顶底复吹转炉，顶吹氧气，底部吹氮气。转炉冶炼过程主要通过吹入氧气和加入石灰等造渣材料达到脱除钢水中的碳、磷，提高钢水温度目的。转炉出钢时加入台铝、硅铁、锰铁、硅钒铁等脱氧合金，粗调钢水成分，加入稠渣剂396kg和石灰810kg进行预造渣。转炉出钢温度1600℃。

(2)钢水到LF精炼炉的主要化学成分为：C＝0.12％、Si＝0.15％、Mn＝1.25％、P＝0.012％，S＝0.012％，Als＝0.025％，V＝0.055％，N＝0.0040％。通过LF精炼炉造白渣精炼，调整钢水成分，出LF精炼炉的钢水主要化学成分为：C＝0.16％、Si＝0.23％、Mn＝1.44％、P＝0.015％，S＝0.001％，Als＝0.040％，V＝0.050％，N＝0.0052％。

(3)钢水到RH精炼炉，钢水重量225吨，温度1602℃，钢水氧含量3.5ppm，S＝0.001％，其它化学成分满足钢种技术要求。RH采用的是机械泵真空系统，真空泵投入组数15组，RH浸渍管吹气点个数12个，驱动气体流量90～150Nm3/h，设备工作正常。RH真空精炼按照以下步骤：

①钢包顶升至工作位置。关闭钢包底吹氩气，打开驱动气体氮气阀门，将RH环流气体从氩气切换为氮气，氮气流量＝90Nm³/h。打开真空泵主阀，进行RH真空抽气，将RH真空室压力由大气压降低至273Pa以下，RH抽气持续5.5min。第一次取钢水样，钢水温度1592℃，分析钢水化学成分和氮成分含量，钢水主要化学成分为：C＝0.16％、Si＝0.23％、Mn＝1.43％、P＝0.015％，S＝0.001％，Als＝0.038％，V＝0.050％，N＝0.0058％。

②根据第一次取样分析结果，未调整钢水成分。此时钢水温度1580℃，RH真空度103Pa，氮气流量＝90Nm³/h。RH连续抽气持续10min。第二次取钢水样，分析钢水化学成分和氮成分含量，钢水主要化学成分为：C＝0.16％、Si＝0.23％、Mn＝1.43％、P＝0.015％，S＝0.001％，Als＝0.036％，V＝0.050％，N＝0.0044％。第二次取样氮成分比第一次氮成分低0.0014％，原因为RH真空度达到了103pa，初始氮含量较高(0.0058％)，存在钢水脱氮现象。

③钢水温度1576℃，RH真空度103Pa，氮气流量90Nm³/h。RH连续抽气持续17min。第三次取样分析钢水氮成分，钢水温度1568℃，N＝0.0044％，钢水中其他主要化学成分与第二次取样相同。此时距钢水出RH精炼炉有20min，钢水已RH已连续处理21min。

④调整采用轻处理工艺模式，RH真空度至6kpa，氮气流量120Nm³/h，开始使钢水快速增氮。此阶段RH钢水循环时间15min时，第四次取样分析钢水氮成分，N＝0.0097％，钢水中其他主要化学成分与第二次取样相同。

⑤第四次取样分析钢水N＝0.0097％时，RH真空度6kpa，氮气流量120Nm³/h，已连续循环15min。此时RH复压，结束RH真空精炼处理。从开始循环至循环结束时间为32min。

⑥钢水复压后，打开钢包底吹氩气，氩气流量5Nm³/h。进行钢水喂钙线操作，金属钙线喂入量180m，钢包氩气保持5min。钢水温度1558℃。此后取钢水样，分析化学成分和氮成分。钢水主要化学成分为：C＝0.16％、Si＝0.23％、Mn＝1.43％、P＝0.015％，S＝0.001％，Als＝0.033％，V＝0.050％，N＝0.0105％。此包钢水满足钢种要求，进入连铸工序浇注。

(4)连铸浇注过程，钢包长水口进行氩气保护浇注，中间包密封良好。浇注12min左右，取中间包钢水样，分析钢水化学成分及氮含量。钢水主要化学成分为：C＝0.16％、Si＝0.23％、Mn＝1.43％、P＝0.015％，S＝0.001％，Als＝0.030％，V＝0.050％，N＝0.0110％。

按照以上步骤，RH全程采用氮气作为循环气体(吹氮气32min，LF出站视为RH进钢水N＝0.0058％，RH第四次取样N＝0.0097％)，平均增氮速率为0.000122％/min(1.22ppm/min)；快速增氮阶段，RH真空度至6kpa，氮气流量120Nm³/h，钢水氮含量从N＝0.0044％增加至N＝0.0097％，持续15min，平均增氮速率为0.00035％/min(3.50ppm/min)。按照RH精炼吹氮气合金化氮成分目标值为0.0100％(100ppm)，实际值0.0105％(105ppm)与目标值0.0100％(100ppm)偏差(0.0005％)5ppm，实现±0.0005％(±5ppm)命中目标。

RH进行钢水喂钙线和连铸浇注过程，难免出现钢水增氮现象(一般增氮在0.0005～0.0010％)，最终实现钢水氮含量0.0110％，与目标氮成分0.0110％相同。

实施例3

表3

备注：CEV＝C+1/6Mn+1/15(Cu+Ni)+1/5(Cr+Mo+V)。

Q420qC钢炼钢包括以下步骤：

为了实现钢水氮含量的精准控制，入转炉铁水硫含量≤0.005％(实际0.005％)，入转炉的废钢采用自产优质废钢(S≤0.010％)。铁水装入量193吨，废钢量50吨，出钢量230吨。

(1)转炉吹炼为顶底复吹转炉，顶吹氧气，底部吹氮气。转炉冶炼过程主要通过吹入氧气和加入石灰等造渣材料达到脱除钢水中的碳、磷，提高钢水温度目的。转炉出钢时加入台铝、硅铁、锰铁、硅钒铁等脱氧合金，粗调钢水成分，加入稠渣剂403kg和石灰812kg进行预造渣。转炉出钢温度1640℃。

(2)钢水到LF精炼炉的主要化学成分为：C＝0.16％、Si＝0.12％、Mn＝1.40％、P＝0.010％，S＝0.015％，Als＝0.020％，V＝0.059％，N＝0.0029％。通过LF精炼炉造白渣精炼，调整钢水成分，出LF精炼炉的钢水主要化学成分为：C＝0.16％、Si＝0.15％、Mn＝1.46％、P＝0.011％，S＝0.002％，Als＝0.052％，V＝0.059％，N＝0.0036％。

(3)钢水到RH精炼炉，钢水重量230吨，温度1615℃，钢水氧含量3.2ppm，S＝0.002％，其它化学成分满足钢种技术要求。RH采用的是机械泵真空系统，真空泵投入组数14组，RH浸渍管吹气点个数12个，驱动气体流量90～150Nm3/h，设备工作正常。RH真空精炼按照以下步骤：

①钢包顶升至工作位置。关闭钢包底吹氩气，打开驱动气体氮气阀门，将RH环流气体从氩气切换为氮气，氮气流量＝150Nm³/h。打开真空泵主阀，进行RH真空抽气，将RH真空室压力由大气压降低至273Pa以下，RH抽气持续7min。第一次取钢水样，钢水温度1600℃，分析钢水化学成分和氮成分含量，钢水主要化学成分为：C＝0.16％、Si＝0.15％、Mn＝1.46％、P＝0.011％，S＝0.002％，Als＝0.050％，V＝0.060％，N＝0.0044％。

②根据第一次取样分析结果，加入硅铁300kg调整硅成分，加入803kg调温钢水温度。此时钢水温度1588℃，RH真空度76Pa，氮气流量＝150Nm³/h。RH连续抽气持续11min。第二次取钢水样，分析钢水化学成分和氮成分含量，钢水主要化学成分为：C＝0.16％、Si＝0.25％、Mn＝1.46％、P＝0.011％，S＝0.002％，Als＝0.040％，V＝0.060％，N＝0.0056％。

③钢水温度1580℃，RH真空度76Pa，氮气流量150Nm³/h。RH连续抽气持续15min。第三次取样分析钢水氮成分，钢水温度1575℃，N＝0.0060％，钢水中其他主要化学成分与第二次取样相同。此时距钢水出RH精炼炉有18min，钢水已RH处理18min。

④调整采用轻处理工艺模式，RH真空度至15kpa，氮气流量150Nm³/h，开始使钢水快速增氮。此阶段RH钢水循环时间9min时，第四次取样分析钢水氮成分，N＝0.0095％，钢水中其他主要化学成分与第二次取样相同。

⑤第四次取样分析钢水N＝0.0095％时，RH真空度15kpa，氮气流量150Nm³/h已循环12min。此时RH复压，结束RH真空精炼处理。从开始循环至循环结束时间为30min。

⑥钢水复压后，打开钢包底吹氩气，氩气流量5Nm³/h。进行钢水喂钙线操作，金属钙线喂入量230m，钢包氩气保持5min。钢水温度1555℃。此后取钢水样，分析化学成分和氮成分。钢水主要化学成分为：C＝0.16％、Si＝0.25％、Mn＝1.46％、P＝0.011％，S＝0.002％，Als＝0.035％，V＝0.060％，N＝0.0102％。此包钢水满足钢种要求，进入连铸工序浇注。

(4)连铸浇注过程，钢包长水口进行氩气保护浇注，中间包密封良好。浇注10min左右，取中间包钢水样，分析钢水化学成分及氮含量。钢水主要化学成分为：C＝0.16％、Si＝0.25％、Mn＝1.46％、P＝0.011％，S＝0.002％，Als＝0.034％，V＝0.060％，N＝0.0111％。

按照以上步骤，RH全程采用氮气作为循环气体(吹氮气30min，LF出站视为RH进钢水N＝0.0036％，RH第四次取样N＝0.0095％)，平均增氮速率为0.000197％/min(1.97ppm/min)；快速增氮阶段，RH真空度至9kpa，氮气流量150Nm³/h，钢水氮含量从N＝0.0060％增加至N＝0.0095％，持续9min，平均增氮速率为0.00039％/min(3.90ppm/min)。按照RH精炼吹氮气合金化氮成分目标值为0.0100％(100ppm)，实际值0.0102％(102ppm)与目标值0.0100％(100ppm)偏差(0.0002％)2ppm，实现±0.0005％(±5ppm)命中目标。

RH进行钢水喂钙线和连铸浇注过程，难免出现钢水增氮现象(一般增氮在0.0005～0.0010％)，最终实现钢水氮含量0.0111％，与目标氮成分0.0110％偏差0.0001％，达到目标要求。

实施例4

一种精确控制含氮钢种氮含量的RH吹氮气合金化工艺，以Q370qC低合金钢为例。Q370qC低合金钢用于轧制≤50mm钢板，主要应用于桥梁工程、高层建筑和一般结构等用钢。

表4

备注：CEV＝C+1/6Mn+1/15(Cu+Ni)+1/5(Cr+Mo+V)。

Q370qC钢炼钢包括以下步骤：

为了实现钢水氮含量的精准控制，入转炉铁水硫含量≤0.005％(实际0.001％)，入转炉的废钢采用自产优质废钢(S≤0.010％)。铁水装入量203吨，废钢量44吨，出钢量228吨。

(1)转炉吹炼为顶底复吹转炉，顶吹氧气，底部吹氮气。转炉冶炼过程主要通过吹入氧气和加入石灰等造渣材料达到脱除钢水中的碳、磷，提高钢水温度目的，Ni板随废钢一起进入转炉冶炼。转炉出钢时加入台铝、硅铁、锰铁、硅钒铁等脱氧合金，粗调钢水成分，加入稠渣剂393kg和石灰798kg进行预造渣。转炉出钢温度1592℃。

(2)钢水到LF精炼炉的主要化学成分为：C＝0.10％、Si＝0.20％、Mn＝1.38％、P＝0.015％，S＝0.012％，Als＝0.053％，V＝0.044％，Ni＝0.22％，N＝0.0035％。通过LF精炼炉造白渣精炼，调整钢水成分，出LF精炼炉的钢水主要化学成分为：C＝0.13％、Si＝0.25％、Mn＝1.53％、P＝0.016％，S＝0.003％，Als＝0.044％，V＝0.045％，Ni＝0.22％，N＝0.0047％。

(3)钢水到RH精炼炉，钢水重量228吨，温度1599℃，钢水氧含量3.0ppm，S＝0.002％，其它化学成分满足钢种技术要求。RH采用的是机械泵真空系统，真空泵投入组数15组，RH浸渍管吹气点个数12个，驱动气体流量90～150Nm3/h，设备工作正常。RH真空精炼按照以下步骤：

①钢包顶升至工作位置。关闭钢包底吹氩气，打开驱动气体氮气阀门，将RH环流气体从氩气切换为氮气，氮气流量＝90Nm³/h。打开真空泵主阀，进行RH真空抽气，将RH真空室压力由大气压降低至273Pa以下，RH抽气持续6min。第一次取钢水样，钢水温度1589℃，分析钢水化学成分和氮成分含量，钢水主要化学成分为：C＝0.13％、Si＝0.25％、Mn＝1.53％、P＝0.016％，S＝0.003％，Als＝0.039％，V＝0.045％，Ni＝0.22％，N＝0.0052％。

②根据第一次取样分析结果，加入硅铁50kg调整硅成分，加入301kg调温钢水温度。此时钢水温度1580℃，RH真空度173Pa，氮气流量90Nm³/h。RH连续抽气持续10min。第二次取钢水样，分析钢水化学成分和氮成分含量，钢水主要化学成分为：C＝0.13％、Si＝0.29％、Mn＝1.53％、P＝0.016％，S＝0.003％，Als＝0.035％，V＝0.045％，Ni＝0.22％，N＝0.0048％。

③钢水温度1573℃，RH真空度32Pa，氮气流量90Nm³/h。RH连续抽气持续16min。第三次取样分析钢水氮成分，钢水温度1563℃，N＝0.0045％，钢水中其他主要化学成分与第二次取样相同。此时距钢水出RH精炼炉有19min，钢水已RH处理20min。

④调整采用轻处理工艺模式，RH真空度至9kpa，氮气流量120Nm³/h，开始使钢水快速增氮。此阶段RH钢水循环时间15min时，第四次取样分析钢水氮成分，N＝0.0101％，钢水中其他主要化学成分与第二次取样相同。

⑤第四次取样分析钢水N＝0.0101％时，RH真空度9kpa，氮气流量120Nm³/h已循环17min。此时RH复压，结束RH真空精炼处理。从开始循环至循环结束时间为37min。

⑥钢水复压后，打开钢包底吹氩气，氩气流量5Nm³/h。进行钢水喂钙线操作，金属钙线喂入量180m，钢包氩气保持5min。钢水温度1553℃。此后取钢水样，分析化学成分和氮成分。钢水主要化学成分为：C＝0.13％、Si＝0.29％、Mn＝1.53％、P＝0.016％，S＝0.003％，Als＝0.030％，V＝0.045％，Ni＝0.22％，N＝0.0107％。此包钢水满足钢种要求，进入连铸工序浇注。

(4)连铸浇注过程，钢包长水口进行氩气保护浇注，中间包密封良好。浇注13min左右，取中间包钢水样，分析钢水化学成分及氮含量。钢水主要化学成分为：C＝0.13％、Si＝0.29％、Mn＝1.53％、P＝0.016％，S＝0.003％，Als＝0.028％，V＝0.045％，Ni＝0.22％，N＝0.0111％。

按照以上步骤，RH全程采用氮气作为循环气体(吹氮气39min，LF出站视为RH进钢水N＝0.0047％，RH第四次取样N＝0.0101％)，平均增氮速率为0.000138％/min(1.38ppm/min)；快速增氮阶段，RH真空度至9kpa，氮气流量120Nm³/h，钢水氮含量从N＝0.0045％增加至N＝0.0101％，持续17min，平均增氮速率为0.000329％/min(3.29ppm/min)。按照RH精炼吹氮气合金化氮成分目标值为0.0100％(100ppm)，实际值0.0101％(101ppm)与目标值0.0100％(100ppm)偏差(0.0001％)1ppm，实现±0.0005％(±5ppm)命中目标。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种精确控制含氮钢种氮含量的RH吹氮气合金化工艺，其特征在于，包括如下步骤：

(2)钢水进入LF精炼炉进行冶炼；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，RH真空精炼过程如下：

②根据第一次测温、取样分析结果，加入调温废钢调整钢水温度，根据需要加入合金调整钢水C、Si、Mn、Als含量，控制RH合金加入总量≤300kg/炉；第二次测温、取样，分析钢水化学成分和氮成分含量；RH精炼炉压力降低至166Pa以下，RH抽气持续时间控制在10～15min；第三次测温、取样，分析钢水化学成分和氮成分含量；

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤②中，所述合金选自碳粒、硅铁、锰铁、铝丸中的至少一种；

和/或，所述步骤④中，进行钢水喂钙线操作时，钙线喂入量为150～230m；

和/或，所述步骤④中，RH真空精炼处理结束后，钢包底吹氩气流量为5～20Nm³/h，钢水液面处于蠕动状态。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于：所述工艺还包括步骤(4)连铸浇注过程：钢包长水口进行氩气保护浇注，中间包要密封良好，浇注10～15min后，取中间包钢水样，分析钢水化学成分和氮成分含量。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：RH吹氮气合金化后得到的钢水氮成分含量目标值为90～130ppm，实际值与目标值的偏差为±5ppm，即钢水氮含量波动为±5ppm。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述钢种为低合金结构钢，具体为Q420qC低合金钢和/或Q370qC低合金钢。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述Q420qC低合金钢的钢种技术要求，即化学成分及其含量为：C＝0.12～0.18％、Si≤0.35％、Mn＝1.20～1.60％、P≤0.020％，S≤0.015％，Als＝0.015～0.065％，V＝0.040～0.080％，CEV＝0.37～0.45％，N＝0.009～0.013％，其余为铁及不可避免的残余元素；

所述Q370qC低合金钢的钢种技术要求，即化学成分及其含量为：C＝0.10～0.17％、Si≤0.50％、Mn＝1.40～1.70％、P≤0.020％，S≤0.010％，Als＝0.015～0.065％，V＝0.030～0.080％，Ni＝0.20～0.50％，CEV＝0.41～0.43％，N＝0.009～0.012％，其余为铁及不可避免的残余元素。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述脱硫铁水的脱硫工艺为KR法和/或喷吹法；

和/或，所述步骤(1)中，所述脱硫铁水的硫含量≤0.005％；

和/或，所述步骤(1)中，所述废钢的硫含量≤0.010％；

和/或，所述步骤(1)中，所述脱硫铁水的装入量为173～225吨，所述废钢的装入量为0～50吨，转炉的出钢量为180～230吨；

和/或，所述步骤(1)中，转炉出钢时加入的脱氧合金选自台铝、硅铁、锰铁、硅钒铁中的至少一种；

和/或，所述步骤(1)中，转炉出钢温度为1590～1640℃。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，钢水进入RH真空精炼处理前，钢包钢水量为180～230t，钢液温度为1580～1620℃，钢水脱氧O≤5ppm，钢水硫含量S≤50ppm，钢液中其他化学元素均达到钢种技术要求。

10.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤①中，RH真空室压力由大气压101Kpa降低至273Pa～20pa；所述步骤②中，RH精炼炉压力降低至166Pa～20pa。