CN112981038B - 一种在电炉炼钢工艺中降低钢中氮含量得到低氮钢的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在电炉炼钢工艺中降低钢中氮含量得到低氮钢的方法。所述方法为：在电弧炉冶炼过程中采用废钢和铁水混合熔炼的方式，并辅以快速造渣技术，出钢过程中加入硅铁进行钢液弱脱氧；在LF精炼工序，电极口安装耐高温材料密封套，冶炼过程中加入精炼合成渣造渣，调整合适的底吹氩流量；在VD真空处理过程中，采用高真空度、延长处理时间及加大底吹氩气流量强搅拌的方式；在连铸过程中采用保护浇注和浸入式套管密封措施。本发明基于钢液吸氮和脱氮机理，结合各工序的操作特点，明显降低了钢中的氮含量，本发明方法操作简单，在电炉炼钢工艺中全流程控氮稳定，能有效保证最终得到的产品中氮的含量小于30ppm。

Description

一种在电炉炼钢工艺中降低钢中氮含量得到低氮钢的方法
技术领域
本发明属于电炉炼钢技术领域，尤其涉及一种在电炉炼钢工艺中降低钢中氮含量得到低氮钢的方法。
背景技术
在大多数情况下，钢中氮元素的存在极大的影响了钢材的性能，会降低钢的韧性、焊接性能和热应力区韧性，并在一定程度上提高了钢的脆性。同时，在连铸过程中氮元素的存在还会造成连铸坯开裂。因此，有效控制钢中氮含量就成为越来越多业内学者关注的热点课题之一。目前控制钢中氮含量的主要方向是从钢中氮元素来源和冶炼过程钢液脱氮两个方面入手，钢中氮元素的来源一般分为三种情况：1）原材料带入；2）裸露钢液表面从大气中吸收氮气；3）电弧炉和LF炉电弧区电离空气中氮气增氮。在采用的长流程和短流程的冶炼工艺中，钢液脱氮是有所区别的，其中短流程的电炉工艺因其原料和装备特点，相对较难实现钢液中氮元素的脱除。因此，对电炉工艺降低钢中氮含量的研究是十分必要和迫切的。
在电炉炼钢的各个工序中，钢液增氮主要发生在废钢熔化、出钢和LF精炼环节。钢液脱氮一般是通过电弧炉冶炼过程中的碳氧反应和真空处理（VD或者RH）脱气实现。现有电炉炼钢工艺一般在电弧炉冶炼过程中采用大功率操作和全废钢冶炼的方式，缩短冶炼周期以降低钢液吸氮，但熔池中钢液碳含量不足，脱氮效果和泡沫渣覆盖钢液表面效果不理想，终点钢液氮含量40~80ppm；出钢后加铝深脱氧，钢液中碳高氧低，吸氮现象严重，增氮20~30ppm；LF精炼过程，由于造渣料中氮被带入钢液和吹氩强度太大导致钢液面裸露吸氮，增氮15~20ppm。现有的电炉炼钢降氮技术方案中，在电弧炉工位采用的全废钢装料方式，入炉原料的氮含量波动较大，冶炼过程中脱氮任务较重。为实现废钢的快速熔化，在熔化前期采用较高的供氧强度，碳氧反应相对剧烈，但由于废钢尚未完全熔化，氮脱除效果不佳；而在废钢完全熔化后，钢液中已经没有足够的碳氧化实现脱氮。在出钢环节，采用铝脱氧方式进行钢液的深脱氧，导致钢液中氮含量上升较快；这是因为钢液中的氧元素属于表面活性元素，钢液中氧含量较高时会抑制钢液吸氮。在LF精炼炉工位，由于泡沫渣埋弧效果不好和吹氩搅拌强度过大，会造成钢液面裸露，氮气以电弧电离和溶解形式进入钢液。
电炉炼钢工艺生产中钢液增氮现象是难以避免的，但是随着社会对高端钢材需求的增加，对钢中氮含量的要求也是越来越严格，部分钢种的氮含量甚至要求达到30ppm以下，为此不少业内专家学者对电炉工艺下的钢液脱氮做了大量研究工作。
中国专利申请CN111996334A所公开的方法是采用全废钢电弧炉冶炼，进一步优化了炉内泡沫渣的形成，钢液吸氮程度降低，但其在电弧炉工位采用的全废钢装料方式，入炉原料的氮含量波动较大，冶炼过程中脱氮任务较重；此外其炉料配碳量不高，并且只在吹炼后期发生较为剧烈的碳氧反应，脱氮效果并不理想，实现钢中氮含量达到产品要求仍存在一定的不稳定性。中国专利申请CN107502702A采用的全废钢炉料进行冶炼，利用大功率供电快速熔化废钢，并在熔清后喷吹大流量的O2和CO2促进钢液脱氮，但其冶炼后期钢液碳含量不足以进行剧烈的碳氧反应实现脱氮；此外，其在冶炼过程并没有进行充分的泡沫渣形成，导致埋弧效果不好及钢液和大气的接触，因此存在一定程度的吸氮。中国专利申请CN108715912A所公开的方法在出钢前控制钢液氧含量在较高范围，钢液在出钢时是一种轻微的过氧化状态，有效降低了钢液在出钢过程中的吸氮现象，但其在后续的LF精炼工序加入大量的造渣料会导致钢液氮含量升高，其工艺脱氮能力仍有不足，冶炼过程中钢液吸氮现象也并没有得到较大改善。中国专利申请CN110951937A公开了一种采用电炉高效冶炼低氮钢的方法，但其在冶炼过程中并没有对钢液中的氧含量进行控制，造成在冶炼终点碳含量较高和氧含量较低，因此在出钢过程中极其容易造成钢液的吸氮。
综上，非常有必要提供一种电炉炼钢工艺降低钢中氮含量的新方法以降低钢中的氮含量。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种在电炉炼钢工艺中降低钢中氮含量得到低氮钢的方法。本发明方法基于钢液吸氮和脱氮机理，结合各工序的操作特点，得到了一种合理的电炉炼钢全流程控氮的方法，明显降低了钢中的氮含量，本发明方法操作简单，在电炉炼钢工艺中全流程控氮稳定，能有效保证最终得到的产品中氮的含量小于30ppm。
为了实现上述目的，本发明提供了一种在电炉炼钢工艺中降低钢中氮含量得到低氮钢的方法，所述电炉炼钢工艺依次包括EAF电弧炉初炼、LF精炼、VD真空处理和连铸保护浇注，所述方法包括如下步骤：
（1）EAF电弧炉初炼：采用包含废钢和铁水的冶炼炉料进行电弧熔炼，得到初炼钢液，所述初炼钢液中的氧含量为0.02~0.04%，碳含量为0.5~1.0%；其中，在电弧熔炼开始的第8~12min往所述冶炼炉料中加入第一部分石灰，在电弧熔炼开始的第20~30min往所述冶炼炉料中加入第二部分石灰以在所述EAF电弧炉内形成炉渣层；在电弧熔炼过程中，利用EAF电弧炉的炉壁侧氧枪喷吹氧气作为无烟碳粉的载气以使无烟碳粉吹入所述炉渣层内形成泡沫渣；
（2）LF精炼：在LF精炼炉的电极口处安装耐高温材料密封套，并预先在LF精炼炉的钢包内加入精炼合成渣，然后将所述初炼钢液出钢至LF精炼炉的钢包内；在所述初炼钢液出钢的过程中，往所述初炼钢液中加入硅铁脱氧剂，在将所述初炼钢液全部出钢至LF精炼炉的钢包中后加入无烟碳粉进行LF精炼，得到精炼钢液；其中，所述精炼合成渣包含以质量百分比计的组分为：CaO，48~55%；SiO2，15~20%；Al2O3，18~25%；MgO，8~12%；FeO，0.1~1.1%；MnO，0.2~0.8%；余量为杂质；并且，在所述精炼合成渣中，CaO与SiO2的质量比值为3.0~3.6；所述精炼合成渣的加入量为20~25kg/t；
（3）VD真空处理：将所述精炼钢液进行VD真空处理，得到待浇注钢液；
（4）连铸保护浇注：在连铸浸入式套管上焊接浸入式套管密封盒，然后采用如下方式将所述待浇注钢液进行浇注：长水口氩封保护，浇注中间包加覆盖剂保护，浇注中间包至结晶器加浸入式水口氩封保护，以及在浸入式套管密封盒内充入氩气保护，得到低氮钢。
优选地，所述冶炼炉料中铁水的质量百分含量为30~40%；和/或所述第一部分石灰的加入量为10~15kg/t，所述第二部分石灰的加入量为15~20kg/t。
优选地，在步骤（1）的电弧熔炼过程中，当所述冶炼炉料熔清后，对所述冶炼炉料进行取样测定碳含量，并根据所述冶炼炉料中的碳含量判断是否利用EAF电弧炉的炉壁侧氧枪喷吹氧气作为无烟碳粉的载气继续吹入无烟碳粉；当所述冶炼炉料中的碳含量不小于0.5%时，停止吹入无烟碳粉；当所述冶炼炉料中的碳含量小于0.5%时，继续吹入无烟碳粉；在步骤（1）中，所述无烟碳粉的总吹入量为20~30kg/t。
优选地，所述EAF电弧炉设置有3支炉壁侧氧枪喷吹氧气和1支炉门水冷氧枪喷吹氧气；在电弧熔炼过程中，3支炉壁侧氧枪喷吹氧气的总流量为4500Nm3/h，炉门水冷氧枪喷吹氧气的流量为3000Nm3/h。
优选地，在LF精炼过程中，往LF精炼炉的钢包内底吹氩气，底吹氩气的流量为80~120NL/min，底吹氩气的时间不少于8min。
优选地，所述精炼钢液中的硫含量小于0.006%。
优选地，在步骤（2）中，在将所述初炼钢液的总质量的1/3~1/4出钢至LF精炼炉的钢包中后往未完成出钢的所述初炼钢液中加入硅铁脱氧剂；所述初炼钢液的出钢温度为1590~1630℃；和/或在步骤（2）中，所述无烟碳粉的加入量为1.1~1.5kg/t。
优选地，在步骤（3）中，将所述精炼钢液在真空度不大于67Pa的条件下进行VD真空处理25~35min；在VD真空处理的过程中，采用底吹氩气的方式对所述精炼钢液进行搅拌，底吹氩气的流量为300~400NL/min。
优选地，在步骤（3）中，在VD真空处理破空前4~6min，将底吹氩气的流量降至30~40NL/min进行软吹。
优选地，所述初炼钢液的氮含量小于25ppm；将所述初炼钢液全部出钢至LF精炼炉的钢包中的过程的增氮量为5~10ppm；LF精炼过程的增氮量在10ppm以内；VD真空处理过程的脱氮率为40~55%；连铸保护浇注过程的增氮量为3~5ppm；和/或所述低氮钢中的氮含量小于30ppm。
本发明与现有技术相比至少具有如下的有益效果：
（1）本发明在EAF电弧炉初炼过程中采用大铁水比、炉料高配碳、快速造渣技术，使得钢液中碳氧反应剧烈，形成的大量CO气泡将钢液中的氮脱除，冶炼终点钢中氧含量控制在0.02~0.04%，碳含量控制在0.5~1.0%，并且大量CO气泡对炉渣的乳化效果明显，形成足够厚度的且埋弧效果良好的泡沫渣，有效降低了钢液的吸氮，能够使得终点钢液氮含量小于25ppm；在EAF电弧炉初炼结束后电炉出钢1/3时加入硅铁进行钢液弱脱氧，保持钢液中的氧含量大于200ppm，有效降低了此过程的吸氮，能够使电炉出钢过程中的增氮量控制在5~10ppm，相较于出钢采用加入铝块或铝铁脱氧剂强脱氧的方式，这种强脱氧的方式在冶炼过程中并没有对钢液中的氧含量进行控制，造成在冶炼终点碳含量较高和氧含量较低，加剧了钢液吸氮，而本发明采用硅铁脱氧剂的弱脱氧方式不仅可以最大限度降低出钢过程中钢液吸氮量，而且也减轻了后续LF精炼过程的脱氧负担；相较于出钢采用加入铝块强脱氧，本发明采用弱脱氧方式极大降低了此过程的增氮量，本发明不同脱氧方式EAF电弧炉出钢增氮量对比图如图4所示。
（2）本发明在LF精炼炉工位，LF精炼炉的电极口密封了耐高温材料密封套，该耐高温材料密封套的设置提高了装备密封性，降低了LF精炼过程中钢液吸氮和高温烟气对电极的侵蚀，同时本发明在LF精炼炉工位利用精炼合成渣造渣，精炼合成渣的利用减少了造渣过程原料带入钢液中的氮，缩短了造渣的时间，加入的无烟碳粉可以促进泡沫渣的形成，泡沫渣的形成较快，能量损耗较少；此外，在LF精炼炉工位，采用合理的底吹氩流量不仅有利于钢液脱氮，也防止了钢液面的裸露，LF精炼过程的增氮量能够控制在10ppm以内。
（3）本发明在VD真空处理的过程中，采用高真空度、长时间处理钢液和底吹氩强搅拌的方法，加大了钢液脱氮程度，可以有效提高钢液脱氮率；特别是，在破空前降低底吹氩流量，有效防止了钢液面的裸露，对破空后的钢液起到了保护作用，本发明中VD真空处理脱氮率能够达到40~55%。
（4）本发明在连铸工序中，钢包到中间包采用长水口氩封保护浇注，中间包加覆盖剂保护裸露钢液面，中间包至结晶器钢流加浸入式水口氩封保护浇注，并在连铸浸入式套管上焊接浸入式套管密封盒，在浸入式套管密封盒内充入氩气保护浇注钢流，降低了钢液在浇注过程中与大气接触吸氮程度，能够将吸氮量控制在3~5ppm。
（5）本发明方法基于钢液吸氮和脱氮机理，结合各工序的操作特点，得到了一种合理的在电炉炼钢工艺中降低钢中氮含量得到低氮钢的方法，明显降低了钢中的氮含量，本发明方法操作简单，在电炉炼钢工艺中全流程控氮稳定，能有效保证最终得到的产品中氮的含量小于30ppm，得到一种氮含量小于30ppm的低氮钢。
附图说明
图1是本发明方法的工艺流程图。
图2是本发明采用的密封LF精炼炉电极口的耐高温材料密封套的结构示意图。
图3是本发明采用的密封连铸浸入式套管的浸入式套管密封盒的结构示意图。图中：1：吹氩口；2：进气凹槽。
图4是本发明进行多炉次工业试验采用的不同脱氧方式EAF电炉出钢增氮量对比图。其中，上下限分别对应增氮量的最大值和最小值，中间值为平均值。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
钢液吸氮机理：
1）空气中氮气被电弧电离
在电弧炉和LF精炼炉中产生的高温电弧会将空气中的多原子分子电离为单原子，空气中的双原子氮气分子被电离后的反应方程式如下：
Figure 149258DEST_PATH_IMAGE001
氮原子溶入钢液中反应方程式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
式中：
Figure 643562DEST_PATH_IMAGE003
为氮气分子，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
为氮原子，
Figure 994603DEST_PATH_IMAGE005
为溶解态氮原子。
在电弧给钢液加热的时候，会在钢液面形成类似氧气流股冲击一样的凹坑，裸露 的钢液面就会发生吸氮。在电弧加热的裸露钢液面，阴极温度达到2400K，阳极温度达到 2600K时，钢液中的表面活性原子溶解态的
Figure DEST_PATH_IMAGE006
原子和
Figure 530758DEST_PATH_IMAGE007
原子抑制吸氮的作用几乎消失，因 此裸露钢液面吸氮能力增强，钢液中的氮含量上升。
2）空气中氮气溶解进入钢液
空气中氮气溶解进入钢液溶解度遵循西华特定律：
Figure DEST_PATH_IMAGE008
式中：
Figure 17234DEST_PATH_IMAGE009
为溶解氮的质量分数，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
为反应的平衡常数，
Figure 948019DEST_PATH_IMAGE011
为氮的活度系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
为氮气的平衡分压，
Figure 418315DEST_PATH_IMAGE013
为钢液中的元素
Figure DEST_PATH_IMAGE014
与氮元素的相互作用系数，
Figure 522274DEST_PATH_IMAGE015
为钢液中元 素
Figure 863257DEST_PATH_IMAGE014
的质量分数，
Figure DEST_PATH_IMAGE016
为温度，单位K。
钢液中主要元素对氮元素的相互作用系数如表1所示。
表1：钢液中主要元素对氮元素的相互作用系数（1873K）
Figure DEST_PATH_IMAGE017
由上式可知，影响钢液中氮溶解因素有氮气平衡分压、温度和钢中化学成分。由于炼钢温度变化不大，所以影响氮在钢中溶解的主要因素是氮气的平衡分压。
在电炉工艺的各工序中，电弧炉冶炼、出钢、LF精炼和连铸浇注过程中都会发生不同程度的吸氮现象。一般情况下，在出钢过程中钢液吸氮现象最为严重。
脱氮机理：
钢液的脱氮方式主要有两种，分别是在真空状态下降低外部环境压强，以促进钢液中的氮气逸出；以及碳氧反应形成的CO气泡和底吹氩产生的氩气泡而形成的伪真空效应，使得钢液中的氮气会附着在气泡上随气泡上浮逸散到外部环境中。
在电炉炼钢工艺中，氮元素的来源不仅仅是来自大气，还有加入的含氮冶炼原料也会将氮元素带入钢液当中。而废钢中的氮含量波动比较大，属于电炉炼钢工艺的一种先天性缺陷，因此只能通过各冶炼工序的处理实现钢液的脱氮。由上述的机理分析可知，脱除钢液中氮元素的方法主要是采用高真空处理和钢液中气泡的伪真空效应。
本发明基于钢液吸氮和脱氮机理，结合各工序的操作特点，得到了一种合理的在电炉炼钢工艺中降低钢中氮含量得到低氮钢的方法。本发明方法在电弧炉冶炼（EAF电弧炉初炼）过程中采用大铁水比、炉料高配碳、快速造渣技术；并在EAF电弧炉初炼结束后的出钢过程中采用钢液弱脱氧措施，在钢液初炼工序和出钢过程中就实现了较好的脱氮效果，为后续VD真空处理脱氮奠定了良好的基础。
本发明提供了一种在电炉炼钢工艺中降低钢中氮含量得到低氮钢的方法，所述电炉炼钢工艺依次包括EAF电弧炉初炼、LF精炼、VD真空处理和连铸保护浇注，所述方法包括如下步骤：
（1）EAF电弧炉初炼：采用包含废钢和铁水的冶炼炉料进行电弧熔炼，得到初炼钢液，所述初炼钢液中的氧含量为0.02~0.04%，碳含量为0.5~1.0%；其中，在电弧熔炼开始的第8~12min（例如8、9、10、11或12min）往所述冶炼炉料中加入第一部分石灰，在电弧熔炼开始的第20~30min（例如20、21、22、23、24、25、26、27、28、29或30min）往所述冶炼炉料中加入第二部分石灰以在所述EAF电弧炉内形成炉渣层；在电弧熔炼过程中，当所述冶炼炉料熔清后即当所述冶炼炉料完全熔化后，利用EAF电弧炉的炉壁侧氧枪喷吹氧气作为无烟碳粉的载气以使无烟碳粉吹入所述炉渣层内快速形成泡沫渣，在本发明中，往所述炉渣层内吹入无烟碳粉，在剧烈的碳氧反应产生的大量CO气泡的作用下，炉渣层发生乳化形成泡沫渣，进而起到埋弧和保护钢液面的作用；在本发明中，所述无烟碳粉的吹入量例如为20~30kg/t（例如20、21、22、23、24、25、26、27、28、29或30kg/t），即指的是每吨冶炼炉料需要配入20~30kg的无烟碳粉；特别说明的是，在本发明中，吹入量或加入量的单位“kg/t”均指的是每吨冶炼炉料所需的吹入量或加入量；在本发明的EAF电弧炉初炼过程中，采用大铁水比、无烟碳粉的吹入量为20~30kg/t的炉料高配碳技术，在本发明中，高配碳是指大铁水比和喷吹无烟碳粉两者，一般加入铁水碳含量在4%左右，相比全废钢炉料，碳含量较高，增强了EAF电弧炉初炼过程中的碳氧反应程度，对脱除钢液中氮的作用效果明显；同时，本发明通过在电弧熔炼开始的第8~12min和20~30min分别加入第一部分石灰和第二部分石灰形成炉渣层，并利用EAF电弧炉的炉壁侧氧枪喷吹氧气作为无烟碳粉的载气以使无烟碳粉吹入所述炉渣层内快速形成泡沫渣的快速造渣技术，可以在EAF电弧炉初炼的初期较快形成有效覆盖钢液面的泡沫渣，有效防止钢液吸氮；此外，本发明在EAF电弧炉初炼终点得到的初炼钢液中氧含量控制在0.02~0.04%，碳含量控制在0.5~1.0%，并且大量CO气泡对炉渣的乳化效果明显，形成足够厚度的且埋弧效果良好的泡沫渣，有效降低了钢液的吸氮，能够使得初炼终点钢液（初炼钢液）的氮含量小于25ppm；在本发明中，正是由于同时采用了大铁水比、炉料高配碳和快速造渣技术，才有效保证了将EAF电弧炉初炼终点得到的所述初炼钢液中的氧含量控制为0.02~0.04%，碳含量控制为0.5~1.0%，如此更有利于降低得到的初炼钢液在出钢过程中的钢流吸氮现象。本发明石灰加入第一个时间点（在电弧熔炼开始的第8~12min）是在冶炼炉料熔化期形成熔池过程添加，尽可能降低已形成的钢液面的裸露吸氮，石灰加入第二个时间点（在电弧熔炼开始的第20~30min）是在冶炼炉料熔清后，此阶段会发生剧烈碳氧反应，加入的石灰料熔化后在大量CO气泡的作用下形成泡沫渣具有良好的埋弧和保护钢液面作用。
（2）LF精炼：在LF精炼炉的电极口处安装耐高温材料密封套，在本发明中，所述耐高温材料密封套采用耐高温材料制成，本发明对所述耐高温材料的种类没有特别的限制，采用能耐受LF精炼温度要求的可用于制作密封套的耐高温材料即可，所述耐高温材料密封套的结构示意图，例如，如图2所示；并预先在LF精炼炉的钢包内加入精炼合成渣，然后将所述初炼钢液出钢至LF精炼炉的钢包内；在所述初炼钢液出钢的过程中，往所述初炼钢液中加入硅铁脱氧剂，在将所述初炼钢液全部出钢至LF精炼炉的钢包中后加入无烟碳粉进行LF精炼，得到精炼钢液；其中，所述精炼合成渣包含以质量百分比计的组分为：CaO，48~55%；SiO2，15~20%；Al2O3，18~25%；MgO，8~12%；FeO，0.1~1.1%；MnO，0.2~0.8%；余量为杂质；并且，在所述精炼合成渣中，CaO与SiO2的质量比值即碱度R为3.0~3.6（例如3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5或3.6）；本发明中的所述精炼合成渣中CaO含量较高，碱度较高，相比现有技术中加入的其它精炼合成渣，本发明中的所述精炼合成渣硫容量大，可以满足脱硫要求，而且本发明中的所述精炼合成渣会和脱氧产物相结合降低脱氧产物活度，增强了脱氧能力，为后续VD真空处理脱氮奠定了基础；并且在R为3.0~3.6的此碱度范围也满足形成泡沫渣的要求；所述精炼合成渣的加入量为20~25kg/t（例如20、21、22、23、24或25kg/t），即指的是每吨冶炼炉料需要加入20~25kg的精炼合成渣；在本发明中，在所述初炼钢液出钢的过程中，往所述初炼钢液中加入硅铁脱氧剂，例如在将所述初炼钢液的总质量出钢1/3时往未完成出钢的所述初炼钢液中加入硅铁脱氧剂进行钢液弱脱氧，保证出钢过程中钢液氧含量不是太低，有利于降低出钢过程中钢液吸氮；在本发明中，所述硅铁脱氧剂的加入量例如为0.5~2.3kg/t（例如0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2或2.3kg/t），即指的是每吨冶炼炉料需要加入0.5~2.3kg的硅铁脱氧剂；在本发明中，所述硅铁脱氧剂中含有的硅和含有的铁的质量比为7:2.6，并且所述硅铁脱氧剂中还可以含有少部分的杂质；众所周知，铝块的脱氧能力强于硅铁脱氧剂的脱氧能力，现有技术中在对钢材产品氮含量要求不是很严苛的情况下，考虑到对钢液的深脱氧一般采用加入铝块强脱氧的方式，而本发明中，在采用硅铁脱氧剂进行弱脱氧后，LF精炼环节采用的高碱度炉渣和加入无烟碳粉的操作，能够进一步对钢液氧含量进行调整，达到产品要求；在本发明中，在LF精炼过程中，在LF精炼炉的电极口处安装耐高温材料密封套，提高装备密封性，可以有效降低因电极口处漏气造成的钢液吸气，以及冶炼过程产生的高温烟气对电极的侵蚀；利用精炼合成渣造渣，降低了原料带入钢液中的氮，缩短了造渣的时间，LF精炼中加入的无烟碳粉可以促进泡沫渣的形成，所述无烟碳粉的加入量要适量，无烟碳粉加入量过多需要大氩气流量搅拌熔化，容易导致钢液面裸露吸氮，优选的是，所述无烟碳粉的加入量为1.1~1.5kg/t，即指的是每吨冶炼炉料需要加入1.1~1.5kg的无烟碳粉。
（3）VD真空处理：将所述精炼钢液进行VD真空处理，得到待浇注钢液；在本发明中，具体地，在真空度≤67Pa的条件下进行所述VD真空处理，VD真空处理时间控制在25~35min；VD达到真空保持时间时采用底吹大氩气流量强搅拌，流量300~400NL/min；在破空前5min降低吹氩流量至30~40NL/min进行软吹，防止在破空后钢液面裸露吸氮；在本发明中，所述破空指的是破除VD真空处理的真空条件；氩气的流量单位NL/min为标准状况下的流量单位，即标准升每分钟；在本发明中，在VD真空处理中，采用高真空度、长时间处理钢液和底吹氩强搅拌的措施可以有效提高钢液脱氮率，特别是，在破空前降低底吹氩流量，防止了钢液面的裸露，对破空后的钢液起到了保护作用，进一步加大了钢液脱氮程度，保证使得VD真空处理过程的脱氮率达到40~55%。
（4）连铸保护浇注：在连铸浸入式套管上焊接浸入式套管密封盒，然后采用如下方式将所述待浇注钢液进行浇注：长水口氩封保护，浇注中间包加覆盖剂保护，浇注中间包至结晶器加浸入式水口氩封保护，以及在浸入式套管密封盒内充入氩气保护，得到低氮钢；所述浸入式套管密封盒的结构示意图，例如，如图3所示，在本发明中，在连铸保护浇注工序采用的保护浇注和浸入式套管密封措施，降低了钢液在浇注过程中与大气接触吸氮程度，能够将吸氮量控制在3~5ppm；在本发明中，所述连铸浸入式套管设置在浇注中间包水口的下口和浸入式水口上端连接处；在本发明中，所述覆盖剂的种类及用量采用现有常用的覆盖剂及用量即可；在本发明中，所述浸入式套管密封盒上设置有吹氩口1和进气凹槽2，例如，如图3所示，在本发明中，在浇注过程中通过吹氩口向所述浸入式套管密封盒中吹入氩气，氩气通过所述进气凹槽很快弥散均匀分布在所述浸入式套管密封盒和水口连接处之间，避免了浇注过程中吸氮。
现有的电炉炼钢降氮技术方案中，在电弧炉工位采用的全废钢装料方式，入炉原料的氮含量波动较大，冶炼过程中脱氮任务较重。为实现废钢的快速熔化，在熔化前期采用较高的供氧强度，碳氧反应相对剧烈，但由于废钢尚未完全熔化，氮脱除效果不佳。而在废钢完全熔化后，钢液中已经没有足够的碳氧化实现脱氮。在出钢环节，采用铝脱氧方式进行钢液的深脱氧，导致钢液中氮含量上升较快。这是因为钢液中的氧元素属于表面活性元素，钢液中氧含量较高时会抑制钢液吸氮。在LF精炼炉工位，由于泡沫渣埋弧效果不好和吹氩搅拌强度过大，会造成钢液面裸露，氮气以电弧电离和溶解形式进入钢液。因此，本发明针对电炉炼钢的各工艺环节提出了相应的优化措施：在电弧炉冶炼过程中，采用大铁水比、炉料高配碳的方式，并辅以快速造渣技术，从而加快冶炼过程钢液脱氮。碳氧反应放出大量的热和CO气泡，不仅缩短了冶炼时间，而且形成的泡沫渣具有良好的埋弧效果，渣层厚度和电弧冲击区凹坑深度基本一致，并且在冶炼终点需要控制钢液的碳含量和氧含量，以降低在出钢过程的钢流吸氮；同时，为了降低出钢过程钢液吸氮幅度，在出钢过程中，采用加入硅铁弱脱氧的钢液脱氧方式；在LF精炼炉工位，LF精炼炉的电极口安装耐高温材料密封套，提高吨钢精炼合成渣加入量，适当降低吹氩搅拌强度；在VD真空处理过程中，提高炉内真空度，延长真空处理时间，达到真空度后加大底吹氩气流量强搅拌；在连铸过程中采用氩气保护浇注和浸入式套管密封措施。通过对电炉工艺各工序的优化改进，最终实现钢中氮含量小于30ppm。
本发明在电弧炉初炼过程中的石灰料加料时间节点控制和判断是否吹入无烟碳粉的方式可以快速有效的形成覆盖钢液面和埋弧效果良好的泡沫渣；在出钢过程中采用硅铁弱脱氧的方式，可以有效降低钢液吸氮；LF精炼炉电极口安装耐高温材料密封套，有效防止电极口的漏气点吸气，增强了LF精炼炉的密封性，并且采用的高碱度精炼合成渣硫容量较大，脱硫效果良好，也可以满足脱氧任务的要求；VD过程长时间、高真空度处理，并采取强吹氩搅拌可以加快钢液脱氮；连铸过程在浸入式套管中间包水口下口和浸入式水口上端连接处焊接浸入式套管密封盒，降低浇注过程钢流吸氮。与CN108715912A中的方法相比，本发明在电弧炉冶炼过程中分两批加入石灰造渣，并根据冶炼过程中钢液碳含量高低决定是否喷吹无烟碳粉，加快了泡沫渣的形成，冶炼终点钢液氮含量小于25ppm，出钢1/3时加入硅铁脱氧，出钢过程增氮量在5~10ppm。而CN108715912A中并没有对造渣过程和加料时机进行说明，且没有进行喷碳操作，钢液在冶炼过程脱氮效果相比本发明较差，其出钢后钢包中钢液氮含量在40ppm左右；本发明在LF精炼过程中采用高碱度精炼合成渣不仅可以有效降低钢液吸氮，还可以促进钢液脱硫、脱氧，在电极口安装耐高温材料密封套有效防止钢液吸气。相比CN108715912A操作更加方便，工艺水平更高；在VD过程中，长时间、高真空度的处理钢液，并在处理过程中吹氩强搅拌，脱氮率达到40~55%，相比CN108715912A脱氮率更高；并且本发明在连铸过程的浸入式套管上焊接氩气密封盒（浸入式套管密封盒），是一种比较创新的工艺方式。
根据一些优选的实施方式，所述冶炼炉料中铁水的质量百分含量为30~40%；在本发明中，所述铁水采用现有用于炼钢的铁水即可；和/或所述第一部分石灰的加入量为10~15kg/t（例如10、11、12、13、14或15kg/t），所述第二部分石灰的加入量为15~20kg/t（例如15、16、17、18、19或20kg/t）。
根据一些优选的实施方式，在步骤（1）的电弧熔炼过程中，当所述冶炼炉料熔清后即当所述冶炼炉料完全熔化后，对所述冶炼炉料进行取样测定碳含量，并根据所述冶炼炉料中的碳含量判断是否利用EAF电弧炉的炉壁侧氧枪喷吹氧气作为无烟碳粉的载气继续吹入无烟碳粉；当所述冶炼炉料中的碳含量不小于0.5%时，停止吹入无烟碳粉；当所述冶炼炉料中的碳含量小于0.5%时，继续吹入无烟碳粉；在步骤（1）中，所述无烟碳粉的总吹入量为20~30kg/t。
根据一些优选的实施方式，所述EAF电弧炉设置有3支炉壁侧氧枪喷吹氧气和1支炉门水冷氧枪喷吹氧气；在电弧熔炼过程中，3支炉壁侧氧枪喷吹氧气的总流量为4500Nm3/h，每支所述炉壁侧氧枪喷吹氧气的流量均相等，炉门水冷氧枪喷吹氧气的流量为3000Nm3/h；在本发明中，氧气的流量单位Nm3/h为标准状况下的流量单位，即标准立方米每小时。
根据一些优选的实施方式，在LF精炼过程中，往LF精炼炉的钢包内底吹氩气，底吹氩气的流量为80~120NL/min，底吹氩气的时间不少于8min；在本发明中，在LF精炼过程中，采取该合理的底吹氩流量不仅有利于钢液脱氮，也能有效防止钢液面的裸露。
根据一些优选的实施方式，所述精炼钢液中的硫含量小于0.006%，如此可以有效避免影响VD真空处理脱氮。
根据一些优选的实施方式在步骤（2）中，在将所述初炼钢液的总质量的1/3~1/4出钢至LF精炼炉的钢包中后往未完成出钢的所述初炼钢液中加入硅铁脱氧剂，如此可以延缓出钢过程钢液脱氧，可以降低钢流从大气环境中吸收氮气，同时也可以满足完成初炼钢液的脱氧任务要求；所述初炼钢液的出钢温度为1590~1630℃；和/或在步骤（2）中，所述无烟碳粉的加入量为1.1~1.5kg/t（例如1.1、1.2、1.3、1.4或1.5kg/t）。
根据一些优选的实施方式，在步骤（3）中，将所述精炼钢液在真空度不大于67Pa的条件下进行VD真空处理25~35min（例如25、26、27、28、29、30、31、32、33、34或35min）；在VD真空处理的过程中，采用底吹氩气的方式对所述精炼钢液进行强搅拌，底吹氩气的流量为300~400NL/min。
根据一些优选的实施方式，在步骤（3）中，在VD真空处理破空前4~6min（例如4、5或6min），将底吹氩气的流量降至30~40NL/min进行软吹；在本发明中，破空即指的是破除VD真空处理的真空条件，在VD真空处理破空前4~6min即指的是在VD真空处理结束前4~6min，将底吹氩气的流量降至30~40NL/min进行软吹，软吹时间即为4~6min。
根据一些优选的实施方式，所述初炼钢液的氮含量小于25ppm；将所述初炼钢液全部出钢至LF精炼炉的钢包中的过程的增氮量为5~10ppm；LF精炼过程的增氮量在10ppm以内；VD真空处理过程的脱氮率为40~50%；连铸保护浇注过程的增氮量为3~5ppm；和/或所述低氮钢中的氮含量小于30ppm。
根据一些具体的实施方式，本发明的在电炉炼钢工艺中降低钢中氮含量得到低氮钢的方法，例如如图1所示，包括如下步骤：
①EAF电弧炉初炼：采用废钢和铁水混合熔炼的方法，将包含废钢和铁水的冶炼炉料进行电弧熔炼，得到初炼钢液，所述冶炼炉料中铁水的质量百分含量为30~40%；所述EAF电弧炉设置有3支炉壁侧氧枪喷吹氧气和1支炉门水冷氧枪喷吹氧气；在电弧熔炼过程中，3支炉壁侧氧枪喷吹氧气的总流量为4500Nm3/h，炉门水冷氧枪喷吹氧气的流量为3000Nm3/h；石灰分两部分加入EAF电弧炉内即加入EAF电弧炉内的所述冶炼炉料中，第一部分石灰在电弧熔炼开始的第10min时加入，加入量10~15kg/t，第二部分石灰在电弧熔炼开始的第25min时加入，加入量15~20kg/t，以在所述EAF电弧炉内形成炉渣层；在电弧熔炼过程中，利用EAF电弧炉的炉壁侧氧枪喷吹氧气作为无烟碳粉的载气以使无烟碳粉吹入EAF电弧炉的所述炉渣层内，发生剧烈碳氧反应，使得炉渣泡沫化快速形成泡沫渣；在电弧熔炼过程中，当所述冶炼炉料熔清后，对所述冶炼炉料进行取样测定碳含量，并且根据所述冶炼炉料中的碳含量判断是否利用EAF电弧炉的炉壁侧氧枪喷吹氧气作为无烟碳粉的载气继续吹入（喷入）无烟碳粉；在电弧熔炼中的所述冶炼炉料碳含量处于0.5~0.8%范围时，停止喷无烟碳粉，此时碳含量满足形成泡沫渣要求；在电弧熔炼中的所述冶炼炉料碳含量处于0.2~0.5%范围但不取0.5%时，进行喷无烟碳粉；所述无烟碳粉总配入量（吹入量）为20~30kg/t；冶炼终点钢（初炼钢液）中氧含量控制在0.02~0.04%，碳含量控制在0.5~1.0%；EAF电弧出钢温度1590~1630℃。在将初炼钢液出钢1/3时，往未完成出钢的所述初炼钢液中加入硅铁脱氧剂进行钢液弱脱氧，降低出钢过程吸氮幅度。
②LF精炼：在LF精炼炉的电极口处安装耐高温材料密封套，可以有效降低因电极口（电极孔）处漏气造成的钢液吸气，以及冶炼过程产生的高温烟气对电极的侵蚀；预先在LF精炼炉的钢包中加入精炼合成渣，精炼合成渣主要成分：CaO，48~55%；SiO2，15~20%；Al2O3，8~25%；MgO，8~12%；FeO，0.1~1.1%；MnO，0.2~0.8%；余量为杂质；CaO与SiO2的质量比值为R为3.0~3.6，精炼合成渣的加入量20~25kg/t。在将所述初炼钢液全部出钢至LF精炼炉的钢包中后加入适量的无烟碳粉脱氧并造泡沫渣进行LF精炼，得到精炼钢液，所述无烟碳粉的加入量1.1~1.5kg/t；无烟碳粉加入量过多需要大氩气流量搅拌熔化，导致钢液面裸露吸氮，因此加入量要适宜；在LF精炼过程中，底吹氩流量80~120NL/min，吹氩时间在8min以上；出站得到的精炼钢液中硫含量小于0.006%，以免影响VD真空处理脱氮。
③VD真空处理：在真空度≤67Pa的条件下进行VD真空处理，VD真空处理时间控制在25~35min；VD达到真空保持时间时采用底吹大氩气流量强搅拌，流量300~400NL/min；在VD真空处理破空前5min降低吹氩流量至30~40NL/min进行软吹，防止在破空后钢液面裸露吸氮，得到待浇注钢液。
④连铸保护浇注：在连铸浸入式套管上焊接浸入式套管密封盒，然后在LF精炼炉钢包到浇注中间包采用如下方式将所述待浇注钢液进行浇注：长水口氩封保护，浇注中间包加覆盖剂保护裸露钢液面，浇注中间包至结晶器钢流加浸入式水口氩封保护，以及在浸入式套管密封盒内充入氩气保护，得到低氮钢。
下文将通过举例的方式对本发明进行进一步的说明，但是本发明的保护范围不限于这些实施例。
实施例1
本实施例中，具体操作流程为：
①EAF电弧炉初炼：采用废钢和铁水混合熔炼的方法，将包含废钢和铁水的冶炼炉料进行电弧熔炼，得到初炼钢液，所述冶炼炉料中铁水的质量百分含量为33%；所述EAF电弧炉设置有3支炉壁侧氧枪喷吹氧气和1支炉门水冷氧枪喷吹氧气；在电弧熔炼过程中，3支炉壁侧氧枪喷吹氧气的总流量为4500Nm3/h，炉门水冷氧枪喷吹氧气的流量为3000Nm3/h；石灰分两部分加入EAF电弧炉内即加入EAF电弧炉内的所述冶炼炉料中，第一部分石灰在电弧熔炼开始的第10min时加入，加入量12kg/t，第二部分石灰在电弧熔炼开始的第25min时加入，加入量16kg/t，以在所述EAF电弧炉内形成炉渣层；在电弧熔炼过程中，利用EAF电弧炉的炉壁侧氧枪喷吹氧气作为无烟碳粉的载气以使无烟碳粉吹入EAF电弧炉的所述炉渣层内，发生剧烈碳氧反应，使得炉渣泡沫化快速形成泡沫渣；在电弧熔炼过程中，当所述冶炼炉料熔清后，对所述冶炼炉料进行取样测定碳含量，并且根据所述冶炼炉料中的碳含量判断是否利用EAF电弧炉的炉壁侧氧枪喷吹氧气作为无烟碳粉的载气继续吹入无烟碳粉；在电弧熔炼中的所述冶炼炉料碳含量处于0.5~0.8%范围时，停止喷无烟碳粉，此时碳含量满足形成泡沫渣要求；在电弧熔炼中的所述冶炼炉料碳含量处于0.2~0.5%范围但不取0.5%时，进行喷无烟碳粉；所述无烟碳粉的总配入量（吹入量）为30kg/t；冶炼终点钢（初炼钢液）中氧含量控制在0.02%，碳含量控制在0.9%；EAF电弧出钢温度1595℃，EAF电弧炉出钢前的初炼钢液中氮含量为22ppm。在将初炼钢液出钢1/3时，往未完成出钢的所述初炼钢液中加入硅铁脱氧剂进行钢液弱脱氧，硅铁脱氧剂加入量为0.8kg/t。钢液增氮10ppm。
②LF精炼：在LF精炼炉的电极口处安装耐高温材料密封套，可以有效降低因电极口（电极孔）处漏气造成的钢液吸气，以及冶炼过程产生的高温烟气对电极的侵蚀；预先在LF精炼炉的钢包中加入精炼合成渣，精炼合成渣主要成分：CaO，50%；SiO2，16%；Al2O3，19%；MgO，12%；FeO，1.0%；MnO，0.8%；余量为杂质；CaO与SiO2的质量比值为R为3.1，精炼合成渣的加入量20kg/t。在将所述初炼钢液全部出钢至LF精炼炉的钢包中后加入适量的无烟碳粉脱氧并造泡沫渣进行LF精炼，得到精炼钢液，所述无烟碳粉的加入量1.1kg/t；在LF精炼过程中，底吹氩流量80NL/min，吹氩时间为10min；出站得到的精炼钢液中硫含量为0.005%，LF精炼终点得到的精炼钢液增氮8ppm。
③VD真空处理：在真空度60Pa的条件下进行VD真空处理，VD真空处理时间为28min；VD达到真空保持时间时采用底吹大氩气流量强搅拌，流量390NL/min；在VD真空处理破空前5min降低吹氩流量至35NL/min进行软吹，VD真空处理结束得到的待浇注钢液降氮21ppm。
④连铸保护浇注：在连铸浸入式套管上焊接浸入式套管密封盒，然后采用如下方式将所述待浇注钢液进行浇注：长水口氩封保护，浇注中间包加覆盖剂保护裸露钢液面，浇注中间包至结晶器钢流加浸入式水口氩封保护，以及在浸入式套管密封盒内充入氩气保护；在连铸保护浇注后钢液增氮3ppm。
本实施例最终获得的产品低氮钢中氮含量22ppm。
对比例1
本对比例中，具体操作流程为：
①EAF电弧炉初炼：采用全废钢（冶炼炉料）熔炼的方法进行电弧熔炼，得到初炼钢液；所述EAF电弧炉设置有3支炉壁侧氧枪喷吹氧气和1支炉门水冷氧枪喷吹氧气；在电弧熔炼过程中，3支炉壁侧氧枪喷吹氧气的总流量为4500Nm3/h，炉门水冷氧枪喷吹氧气的流量为3000Nm3/h；石灰分两部分加入EAF电弧炉内即加入EAF电弧炉内的所述冶炼炉料中，第一部分石灰在电弧熔炼开始的第10min时加入，加入量12kg/t，第二部分石灰在电弧熔炼开始的第25min时加入，加入量16kg/t，以在所述EAF电弧炉内形成炉渣层；在电弧熔炼过程中，利用EAF电弧炉的炉壁侧氧枪喷吹氧气作为无烟碳粉的载气以使无烟碳粉吹入EAF电弧炉的所述炉渣层内，发生剧烈碳氧反应，使得炉渣泡沫化快速形成泡沫渣；在电弧熔炼过程中，当所述冶炼炉料熔清后，对所述冶炼炉料进行取样测定碳含量，并且根据所述冶炼炉料中的碳含量判断是否利用EAF电弧炉的炉壁侧氧枪喷吹氧气作为无烟碳粉的载气继续吹入无烟碳粉；在电弧熔炼中的所述冶炼炉料碳含量处于0.5~0.8%范围时，停止喷无烟碳粉，此时碳含量满足形成泡沫渣要求；在电弧熔炼中的所述冶炼炉料碳含量处于0.2~0.5%范围但不取0.5%时，进行喷无烟碳粉；所述无烟碳粉的总配入量（吹入量）为30kg/t；冶炼终点钢（初炼钢液）中氧含量控制在0.02%，碳含量控制在0.9%；EAF电弧出钢温度1595℃，EAF电弧炉出钢前的初炼钢液中氮含量为60ppm。在将初炼钢液出钢1/3时，往未完成出钢的所述初炼钢液中加入硅铁脱氧剂进行钢液弱脱氧，硅铁脱氧剂加入量为0.8kg/t。钢液增氮9ppm。
②LF精炼：在LF精炼炉的电极口处安装耐高温材料密封套，可以有效降低因电极口（电极孔）处漏气造成的钢液吸气，以及冶炼过程产生的高温烟气对电极的侵蚀；预先在LF精炼炉的钢包中加入精炼合成渣，精炼合成渣主要成分：CaO，50%；SiO2，16%；Al2O3，19%；MgO，12%；FeO，1.0%；MnO，0.8%；余量为杂质；CaO与SiO2的质量比值为R为3.1，精炼合成渣的加入量20kg/t。在将所述初炼钢液全部出钢至LF精炼炉的钢包中后加入适量的无烟碳粉脱氧并造泡沫渣进行LF精炼，得到精炼钢液，所述无烟碳粉的加入量1.1kg/t；在LF精炼过程中，底吹氩流量80NL/min，吹氩时间为10min；出站得到的精炼钢液中硫含量为0.005%，LF精炼终点得到的精炼钢液增氮7ppm。
③VD真空处理：在真空度60Pa的条件下进行VD真空处理，VD真空处理时间为28min；VD达到真空保持时间时采用底吹大氩气流量强搅拌，流量390NL/min；在VD真空处理破空前5min降低吹氩流量至35NL/min进行软吹，VD真空处理结束得到的待浇注钢液降氮34ppm。
④连铸保护浇注：在连铸浸入式套管上焊接浸入式套管密封盒，然后采用如下方式将所述待浇注钢液进行浇注：长水口氩封保护，浇注中间包加覆盖剂保护裸露钢液面，浇注中间包至结晶器钢流加浸入式水口氩封保护，以及在浸入式套管密封盒内充入氩气保护；在连铸保护浇注后钢液增氮4ppm。
本对比例最终获得的产品中氮含量46ppm。
对比实验分析：对比例1相较于实施例1，在EAF电弧炉初炼过程中采用的是全废钢的冶炼炉料，废钢中的氮含量较高且不稳定；在冶炼过程中，熔清阶段相对时间较长，且无渣面覆盖，空气在电弧的电离和溶解作用下，造成钢液吸氮现象严重。
实施例2
本实施例中，具体操作流程为：
①EAF电弧炉初炼：采用废钢和铁水混合熔炼的方法，将包含废钢和铁水的冶炼炉料进行电弧熔炼，得到初炼钢液，所述冶炼炉料中铁水的质量百分含量为36%；所述EAF电弧炉设置有3支炉壁侧氧枪喷吹氧气和1支炉门水冷氧枪喷吹氧气；在电弧熔炼过程中，3支炉壁侧氧枪喷吹氧气的总流量为4500Nm3/h，炉门水冷氧枪喷吹氧气的流量为3000Nm3/h；石灰分两部分加入EAF电弧炉内即加入EAF电弧炉内的所述冶炼炉料中，第一部分石灰在电弧熔炼开始的第11min时加入，加入量13kg/t，第二部分石灰在电弧熔炼开始的第23min时加入，加入量18kg/t，以在所述EAF电弧炉内形成炉渣层；在电弧熔炼过程中，利用EAF电弧炉的炉壁侧氧枪喷吹氧气作为无烟碳粉的载气以使无烟碳粉吹入EAF电弧炉的所述炉渣层内，发生剧烈碳氧反应，使得炉渣泡沫化快速形成泡沫渣；在电弧熔炼过程中，当所述冶炼炉料熔清后，对所述冶炼炉料进行取样测定碳含量，并且根据所述冶炼炉料中的碳含量判断是否利用EAF电弧炉的炉壁侧氧枪喷吹氧气作为无烟碳粉的载气继续吹入无烟碳粉；在电弧熔炼中的所述冶炼炉料碳含量处于0.5~0.8%范围时，停止喷无烟碳粉，此时碳含量满足形成泡沫渣要求；在电弧熔炼中的所述冶炼炉料碳含量处于0.2~0.5%范围但不取0.5%时，进行喷无烟碳粉；所述无烟碳粉的总配入量（吹入量）为27kg/t；冶炼终点钢（初炼钢液）中氧含量控制在0.028%，碳含量控制在0.7%；EAF电弧出钢温度1610℃，EAF电弧炉出钢前的初炼钢液中氮含量为18ppm。在将初炼钢液出钢1/3时，往未完成出钢的所述初炼钢液中加入硅铁脱氧剂进行钢液弱脱氧，硅铁脱氧剂加入量为1.0kg/t。钢液增氮9ppm。
②LF精炼：在LF精炼炉的电极口处安装耐高温材料密封套，可以有效降低因电极口（电极孔）处漏气造成的钢液吸气，以及冶炼过程产生的高温烟气对电极的侵蚀；预先在LF精炼炉的钢包中加入精炼合成渣，精炼合成渣主要成分：CaO，53%；SiO2，16%；Al2O3，21%；MgO，8%；FeO，0.9%；MnO，0.7%；余量为杂质；CaO与SiO2的质量比值为R为3.3，精炼合成渣的加入量22kg/t。在将所述初炼钢液全部出钢至LF精炼炉的钢包中后加入适量的无烟碳粉脱氧并造泡沫渣进行LF精炼，得到精炼钢液，所述无烟碳粉的加入量1.3kg/t；在LF精炼过程中，底吹氩流量95NL/min，吹氩时间为13min；出站得到的精炼钢液中硫含量为0.004%，LF精炼终点得到的精炼钢液增氮6ppm。
③VD真空处理：在真空度58Pa的条件下进行VD真空处理，VD真空处理时间为33min；VD达到真空保持时间时采用底吹大氩气流量强搅拌，流量395NL/min；在VD真空处理破空前5min降低吹氩流量至33NL/min进行软吹，VD真空处理结束得到的待浇注钢液降氮15ppm。
④连铸保护浇注：在连铸浸入式套管上焊接浸入式套管密封盒，然后采用如下方式将所述待浇注钢液进行浇注：长水口氩封保护，浇注中间包加覆盖剂保护裸露钢液面，浇注中间包至结晶器钢流加浸入式水口氩封保护，以及在浸入式套管密封盒内充入氩气保护；在连铸保护浇注后钢液增氮3ppm。
本实施例最终获得的产品低氮钢中氮含量21ppm。
对比例2
本对比例中，具体操作流程为：
①EAF电弧炉初炼：采用废钢和铁水混合熔炼的方法，将包含废钢和铁水的冶炼炉料进行电弧熔炼，得到初炼钢液，所述冶炼炉料中铁水的质量百分含量为36%；所述EAF电弧炉设置有3支炉壁侧氧枪喷吹氧气和1支炉门水冷氧枪喷吹氧气；在电弧熔炼过程中，3支炉壁侧氧枪喷吹氧气的总流量为4500Nm3/h，炉门水冷氧枪喷吹氧气的流量为3000Nm3/h；石灰分两部分加入EAF电弧炉内即加入EAF电弧炉内的所述冶炼炉料中，第一部分石灰在电弧熔炼开始的第11min时加入，加入量13kg/t，第二部分石灰在电弧熔炼开始的第23min时加入，加入量18kg/t，以在所述EAF电弧炉内形成炉渣层；在电弧熔炼过程中，利用EAF电弧炉的炉壁侧氧枪喷吹氧气作为无烟碳粉的载气以使无烟碳粉吹入EAF电弧炉的所述炉渣层内，发生剧烈碳氧反应，使得炉渣泡沫化快速形成泡沫渣；在电弧熔炼过程中，当所述冶炼炉料熔清后，对所述冶炼炉料进行取样测定碳含量，并且根据所述冶炼炉料中的碳含量判断是否利用EAF电弧炉的炉壁侧氧枪喷吹氧气作为无烟碳粉的载气继续吹入无烟碳粉；在电弧熔炼中的所述冶炼炉料碳含量处于0.5~0.8%范围时，停止喷无烟碳粉，此时碳含量满足形成泡沫渣要求；在电弧熔炼中的所述冶炼炉料碳含量处于0.2~0.5%范围但不取0.5%时，进行喷无烟碳粉；所述无烟碳粉的总配入量（吹入量）为27kg/t；冶炼终点钢（初炼钢液）中氧含量控制在0.028%，碳含量控制在0.7%；EAF电弧出钢温度1610℃，EAF电弧炉出钢前的初炼钢液中氮含量为19ppm。在将初炼钢液出钢1/3时，往未完成出钢的所述初炼钢液中加入铝块进行钢液弱脱氧，加入量为1.0kg/t。钢液增氮22ppm。
②LF精炼：在LF精炼炉的电极口处安装耐高温材料密封套，可以有效降低因电极口（电极孔）处漏气造成的钢液吸气，以及冶炼过程产生的高温烟气对电极的侵蚀；预先在LF精炼炉的钢包中加入精炼合成渣，精炼合成渣主要成分：CaO，53%；SiO2，16%；Al2O3，21%；MgO，8%；FeO，0.9%；MnO，0.7%；余量为杂质；CaO与SiO2的质量比值为R为3.3，精炼合成渣的加入量22kg/t。在将所述初炼钢液全部出钢至LF精炼炉的钢包中后加入适量的无烟碳粉脱氧并造泡沫渣进行LF精炼，得到精炼钢液，所述无烟碳粉的加入量1.3kg/t；在LF精炼过程中，底吹氩流量95NL/min，吹氩时间为13min；出站得到的精炼钢液中硫含量为0.004%，LF精炼终点得到的精炼钢液增氮8ppm。
③VD真空处理：在真空度58Pa的条件下进行VD真空处理，VD真空处理时间为33min；VD达到真空保持时间时采用底吹大氩气流量强搅拌，流量395NL/min；在VD真空处理破空前5min降低吹氩流量至33NL/min进行软吹，VD真空处理结束得到的待浇注钢液降氮19ppm。
④连铸保护浇注：在连铸浸入式套管上焊接浸入式套管密封盒，然后采用如下方式将所述待浇注钢液进行浇注：长水口氩封保护，浇注中间包加覆盖剂保护裸露钢液面，浇注中间包至结晶器钢流加浸入式水口氩封保护，以及在浸入式套管密封盒内充入氩气保护；在连铸保护浇注后钢液增氮4ppm。
本对比例最终获得的产品中氮含量34ppm。
对比实验分析：对比例2相较于实施例2，在出钢过程中采用了加入铝块强脱氧的方式对钢液进行脱氧，导致钢液氧含量较低，加剧了钢液吸氮。由于钢液中的氧元素是一种表面活性元素，适量氧元素的存在可以抑制钢液对大气环境中氮气的吸收溶解。而铝元素相比于硅元素，与氧的亲和性更高，因此，出钢过程采用铝脱氧的方式更容易造成钢液氧含量大幅降低，进而加剧钢液吸氮。在出钢1/3时加入硅铁脱氧，不仅可以最大限度降低出钢过程中钢液吸氮，而且也减轻了后续LF精炼过程的脱氧负担。
实施例3
本实施例中，具体操作流程为：
①EAF电弧炉初炼：采用废钢和铁水混合熔炼的方法，将包含废钢和铁水的冶炼炉料进行电弧熔炼，得到初炼钢液，所述冶炼炉料中铁水的质量百分含量为39%；所述EAF电弧炉设置有3支炉壁侧氧枪喷吹氧气和1支炉门水冷氧枪喷吹氧气；在电弧熔炼过程中，3支炉壁侧氧枪喷吹氧气的总流量为4500Nm3/h，炉门水冷氧枪喷吹氧气的流量为3000Nm3/h；石灰分两部分加入EAF电弧炉内即加入EAF电弧炉内的所述冶炼炉料中，第一部分石灰在电弧熔炼开始的第12min时加入，加入量14kg/t，第二部分石灰在电弧熔炼开始的第28min时加入，加入量20kg/t，以在所述EAF电弧炉内形成炉渣层；在电弧熔炼过程中，利用EAF电弧炉的炉壁侧氧枪喷吹氧气作为无烟碳粉的载气以使无烟碳粉吹入EAF电弧炉的所述炉渣层内，发生剧烈碳氧反应，使得炉渣泡沫化快速形成泡沫渣；在电弧熔炼过程中，当所述冶炼炉料熔清后，对所述冶炼炉料进行取样测定碳含量，并且根据所述冶炼炉料中的碳含量判断是否利用EAF电弧炉的炉壁侧氧枪喷吹氧气作为无烟碳粉的载气继续吹入无烟碳粉；在电弧熔炼中的所述冶炼炉料碳含量处于0.5~0.8%范围时，停止喷无烟碳粉，此时碳含量满足形成泡沫渣要求；在电弧熔炼中的所述冶炼炉料碳含量处于0.2~0.5%范围但不取0.5%时，进行喷无烟碳粉；所述无烟碳粉的总配入量（吹入量）为24kg/t；冶炼终点钢（初炼钢液）中氧含量控制在0.039%，碳含量控制在0.5%；EAF电弧出钢温度1620℃，EAF电弧炉出钢前的初炼钢液中氮含量为15ppm。在将初炼钢液出钢1/3时，往未完成出钢的所述初炼钢液中加入硅铁脱氧剂进行钢液弱脱氧，硅铁脱氧剂加入量为1.7kg/t。钢液增氮7ppm。
②LF精炼：在LF精炼炉的电极口处安装耐高温材料密封套，可以有效降低因电极口（电极孔）处漏气造成的钢液吸气，以及冶炼过程产生的高温烟气对电极的侵蚀；预先在LF精炼炉的钢包中加入精炼合成渣，精炼合成渣主要成分：CaO，55%；SiO2，15%；Al2O3，20%；MgO，9%；FeO，0.4%；MnO，0.2%；余量为杂质；CaO与SiO2的质量比值为R为3.7，精炼合成渣的加入量25kg/t。在将所述初炼钢液全部出钢至LF精炼炉的钢包中后加入适量的无烟碳粉脱氧并造泡沫渣进行LF精炼，得到精炼钢液，所述无烟碳粉的加入量1.4kg/t；在LF精炼过程中，底吹氩流量100NL/min，吹氩时间为12min；出站得到的精炼钢液中硫含量为0.0035%，LF精炼终点得到的精炼钢液增氮4ppm。
③VD真空处理：在真空度50Pa的条件下进行VD真空处理，VD真空处理时间为35min；VD达到真空保持时间时采用底吹大氩气流量强搅拌，流量395NL/min；在VD真空处理破空前5min降低吹氩流量至33NL/min进行软吹，VD真空处理结束得到的待浇注钢液降氮12ppm。
④连铸保护浇注：在连铸浸入式套管上焊接浸入式套管密封盒，然后采用如下方式将所述待浇注钢液进行浇注：长水口氩封保护，浇注中间包加覆盖剂保护裸露钢液面，浇注中间包至结晶器钢流加浸入式水口氩封保护，以及在浸入式套管密封盒内充入氩气保护；在连铸保护浇注后钢液增氮3ppm。
本实施例最终获得的产品低氮钢中氮含量17ppm。
对比例3
本对比例中，具体操作流程为：
①EAF电弧炉初炼：采用废钢和铁水混合熔炼的方法，将包含废钢和铁水的冶炼炉料进行电弧熔炼，得到初炼钢液，所述冶炼炉料中铁水的质量百分含量为39%；所述EAF电弧炉设置有3支炉壁侧氧枪喷吹氧气和1支炉门水冷氧枪喷吹氧气；在电弧熔炼过程中，3支炉壁侧氧枪喷吹氧气的总流量为4500Nm3/h，炉门水冷氧枪喷吹氧气的流量为3000Nm3/h；石灰分两部分加入EAF电弧炉内即加入EAF电弧炉内的所述冶炼炉料中，第一部分石灰在电弧熔炼开始的第12min时加入，加入量14kg/t，第二部分石灰在电弧熔炼开始的第28min时加入，加入量20kg/t，以在所述EAF电弧炉内形成炉渣层；在电弧熔炼过程中，利用EAF电弧炉的炉壁侧氧枪喷吹氧气作为无烟碳粉的载气以使无烟碳粉吹入EAF电弧炉的所述炉渣层内，发生剧烈碳氧反应，使得炉渣泡沫化快速形成泡沫渣；在电弧熔炼过程中，当所述冶炼炉料熔清后，对所述冶炼炉料进行取样测定碳含量，并且根据所述冶炼炉料中的碳含量判断是否利用EAF电弧炉的炉壁侧氧枪喷吹氧气作为无烟碳粉的载气继续吹入无烟碳粉；在电弧熔炼中的所述冶炼炉料碳含量处于0.5~0.8%范围时，停止喷无烟碳粉，此时碳含量满足形成泡沫渣要求；在电弧熔炼中的所述冶炼炉料碳含量处于0.2~0.5%范围但不取0.5%时，进行喷无烟碳粉；所述无烟碳粉的总配入量（吹入量）为24kg/t；冶炼终点钢（初炼钢液）中氧含量控制在0.039%，碳含量控制在0.5%；EAF电弧出钢温度1620℃，EAF电弧炉出钢前的初炼钢液中氮含量为16ppm。在将初炼钢液出钢1/3时，往未完成出钢的所述初炼钢液中加入硅铁脱氧剂进行钢液弱脱氧，硅铁脱氧剂加入量为1.7kg/t。钢液增氮8ppm。
②LF精炼：预先在LF精炼炉的钢包中加入精炼合成渣，精炼合成渣主要成分：CaO，45%；SiO2，25%；Al2O3，20%；MgO，9%；FeO，0.4%；MnO，0.2%；余量为杂质；CaO与SiO2的质量比值为R为1.8，精炼合成渣的加入量25kg/t。在将所述初炼钢液全部出钢至LF精炼炉的钢包中后加入适量的无烟碳粉脱氧并造泡沫渣进行LF精炼，得到精炼钢液，所述无烟碳粉的加入量1.4kg/t；在LF精炼过程中，底吹氩流量100NL/min，吹氩时间为12min；出站得到的精炼钢液中硫含量为0.0094%，LF精炼终点得到的精炼钢液增氮20ppm。
③VD真空处理：在真空度50Pa的条件下进行VD真空处理，VD真空处理时间为35min；VD达到真空保持时间时采用底吹大氩气流量强搅拌，流量395NL/min；在VD真空处理破空前5min降低吹氩流量至33NL/min进行软吹，VD真空处理结束得到的待浇注钢液降氮17ppm。
④连铸保护浇注：在连铸浸入式套管上焊接浸入式套管密封盒，然后采用如下方式将所述待浇注钢液进行浇注：长水口氩封保护，浇注中间包加覆盖剂保护裸露钢液面，浇注中间包至结晶器钢流加浸入式水口氩封保护，以及在浸入式套管密封盒内充入氩气保护；在连铸保护浇注后钢液增氮4ppm。
本对比例最终获得的产品中氮含量31ppm。
对比实验分析：对比例3相较于实施例3，没有在LF精炼炉的电极口安装耐高温材料密封套，加入精炼合成渣碱度也较低。在LF精炼过程中，炉内处于负压强状态，由于精炼炉密封性差，存在漏气点，因此在精炼过程中吸气现象较为严重；精炼合成渣碱度较低，硫容量也会降低，导致LF精炼终点硫含量升高，而硫元素是一种表面活性元素，其含量过高在一定程度上抑制了LF精炼的脱氮过程。
实施例4
本实施例中，具体操作流程为：
①EAF电弧炉初炼：采用废钢和铁水混合熔炼的方法，将包含废钢和铁水的冶炼炉料进行电弧熔炼，得到初炼钢液，所述冶炼炉料中铁水的质量百分含量为35%；所述EAF电弧炉设置有3支炉壁侧氧枪喷吹氧气和1支炉门水冷氧枪喷吹氧气；在电弧熔炼过程中，3支炉壁侧氧枪喷吹氧气的总流量为4500Nm3/h，炉门水冷氧枪喷吹氧气的流量为3000Nm3/h；石灰分两部分加入EAF电弧炉内即加入EAF电弧炉内的所述冶炼炉料中，第一部分石灰在电弧熔炼开始的第9min时加入，加入量11kg/t，第二部分石灰在电弧熔炼开始的第22min时加入，加入量18kg/t，以在所述EAF电弧炉内形成炉渣层；在电弧熔炼过程中，利用EAF电弧炉的炉壁侧氧枪喷吹氧气作为无烟碳粉的载气以使无烟碳粉吹入EAF电弧炉的所述炉渣层内，发生剧烈碳氧反应，使得炉渣泡沫化快速形成泡沫渣；在电弧熔炼过程中，当所述冶炼炉料熔清后，对所述冶炼炉料进行取样测定碳含量，并且根据所述冶炼炉料中的碳含量判断是否利用EAF电弧炉的炉壁侧氧枪喷吹氧气作为无烟碳粉的载气继续吹入无烟碳粉；在电弧熔炼中的所述冶炼炉料碳含量处于0.5~0.8%范围时，停止喷无烟碳粉，此时碳含量满足形成泡沫渣要求；在电弧熔炼中的所述冶炼炉料碳含量处于0.2~0.5%范围但不取0.5%时，进行喷无烟碳粉；所述无烟碳粉的总配入量（吹入量）为26kg/t；冶炼终点钢（初炼钢液）中氧含量控制在0.03%，碳含量控制在0.6%；EAF电弧出钢温度1605℃，EAF电弧炉出钢前的初炼钢液中氮含量为18ppm。在将初炼钢液出钢1/3时，往未完成出钢的所述初炼钢液中加入硅铁脱氧剂进行钢液弱脱氧，硅铁脱氧剂加入量为1.3kg/t。钢液增氮6ppm。
②LF精炼：在LF精炼炉的电极口处安装耐高温材料密封套，可以有效降低因电极口（电极孔）处漏气造成的钢液吸气，以及冶炼过程产生的高温烟气对电极的侵蚀；预先在LF精炼炉的钢包中加入精炼合成渣，精炼合成渣主要成分：CaO，52%；SiO2，16%；Al2O3，22%；MgO，7%；FeO，0.7%；MnO，0.5%；余量为杂质；CaO与SiO2的质量比值为R为3.3，精炼合成渣的加入量23kg/t。在将所述初炼钢液全部出钢至LF精炼炉的钢包中后加入适量的无烟碳粉脱氧并造泡沫渣进行LF精炼，得到精炼钢液，所述无烟碳粉的加入量1.3kg/t；在LF精炼过程中，底吹氩流量90NL/min，吹氩时间为11min；出站得到的精炼钢液中硫含量为0.0041%，LF精炼终点得到的精炼钢液增氮5ppm。
③VD真空处理：在真空度55Pa的条件下进行VD真空处理，VD真空处理时间为30min；VD达到真空保持时间时采用底吹大氩气流量强搅拌，流量390NL/min；在VD真空处理破空前5min降低吹氩流量至36NL/min进行软吹，VD真空处理结束得到的待浇注钢液降氮14ppm。
④连铸保护浇注：在连铸浸入式套管上焊接浸入式套管密封盒，然后采用如下方式将所述待浇注钢液进行浇注：长水口氩封保护，浇注中间包加覆盖剂保护裸露钢液面，浇注中间包至结晶器钢流加浸入式水口氩封保护，以及在浸入式套管密封盒内充入氩气保护；在连铸保护浇注后钢液增氮3ppm。
本实施例最终获得的产品低氮钢中氮含量18ppm。
对比例4
本对比例中，具体操作流程为：
①EAF电弧炉初炼：采用废钢和铁水混合熔炼的方法，将包含废钢和铁水的冶炼炉料进行电弧熔炼，得到初炼钢液，所述冶炼炉料中铁水的质量百分含量为35%；所述EAF电弧炉设置有3支炉壁侧氧枪喷吹氧气和1支炉门水冷氧枪喷吹氧气；在电弧熔炼过程中，3支炉壁侧氧枪喷吹氧气的总流量为4500Nm3/h，炉门水冷氧枪喷吹氧气的流量为3000Nm3/h；石灰在电弧熔炼开始的第10min全部加入，加入量29kg/t，以在所述EAF电弧炉内形成炉渣层；无烟碳粉在电弧熔炼开始的第15min全部加入，加入量26kg/t。冶炼终点钢（初炼钢液）中氧含量控制在0.015%，碳含量控制在1.8%；EAF电弧出钢温度1605℃，EAF电弧炉出钢前的初炼钢液中氮含量为42ppm。在将初炼钢液出钢1/3时，往未完成出钢的所述初炼钢液中加入硅铁脱氧剂进行钢液弱脱氧，硅铁脱氧剂加入量为1.3kg/t。钢液增氮8ppm。
②LF精炼：在LF精炼炉的电极口处安装耐高温材料密封套，可以有效降低因电极口（电极孔）处漏气造成的钢液吸气，以及冶炼过程产生的高温烟气对电极的侵蚀；预先在LF精炼炉的钢包中加入精炼合成渣，精炼合成渣主要成分：CaO，52%；SiO2，16%；Al2O3，22%；MgO，7%；FeO，0.7%；MnO，0.5%；余量为杂质；CaO与SiO2的质量比值为R为3.3，精炼合成渣的加入量23kg/t。在将所述初炼钢液全部出钢至LF精炼炉的钢包中后加入适量的无烟碳粉脱氧并造泡沫渣进行LF精炼，得到精炼钢液，所述无烟碳粉的加入量1.3kg/t；在LF精炼过程中，底吹氩流量90NL/min，吹氩时间为11min；出站得到的精炼钢液中硫含量为0.0041%，LF精炼终点得到的精炼钢液增氮7ppm。
③VD真空处理：在真空度55Pa的条件下进行VD真空处理，VD真空处理时间为30min；VD达到真空保持时间时采用底吹大氩气流量强搅拌，流量390NL/min；在VD真空处理破空前5min降低吹氩流量至36NL/min进行软吹，VD真空处理结束得到的待浇注钢液降氮23ppm。
④连铸保护浇注：在连铸浸入式套管上焊接浸入式套管密封盒，然后采用如下方式将所述待浇注钢液进行浇注：长水口氩封保护，浇注中间包加覆盖剂保护裸露钢液面，浇注中间包至结晶器钢流加浸入式水口氩封保护，以及在浸入式套管密封盒内充入氩气保护；在连铸保护浇注后钢液增氮3ppm。
本对比例最终获得的产品低氮钢中氮含量37ppm。
对比实验分析：对比例4相较于实施例4，在电弧冶炼过程中石灰料和无烟碳粉采用的是一次性装入的方式，大量石灰和无烟碳粉的加入需要较长时间吸热熔化，不利于冶炼过程的进行。并且在炉料熔清后也不能迅速形成泡沫渣，造成了钢液面和电弧的裸露，钢液吸氮严重。
实施例5
本实施例中，具体操作流程为：
①EAF电弧炉初炼：采用废钢和铁水混合熔炼的方法，将包含废钢和铁水的冶炼炉料进行电弧熔炼，得到初炼钢液，所述冶炼炉料中铁水的质量百分含量为33%；所述EAF电弧炉设置有3支炉壁侧氧枪喷吹氧气和1支炉门水冷氧枪喷吹氧气；在电弧熔炼过程中，3支炉壁侧氧枪喷吹氧气的总流量为4500Nm3/h，炉门水冷氧枪喷吹氧气的流量为3000Nm3/h；石灰分两部分加入EAF电弧炉内即加入EAF电弧炉内的所述冶炼炉料中，第一部分石灰在电弧熔炼开始的第12min时加入，加入量13kg/t，第二部分石灰在电弧熔炼开始的第24min时加入，加入量17kg/t，以在所述EAF电弧炉内形成炉渣层；在电弧熔炼过程中，利用EAF电弧炉的炉壁侧氧枪喷吹氧气作为无烟碳粉的载气以使无烟碳粉吹入EAF电弧炉的所述炉渣层内，发生剧烈碳氧反应，使得炉渣泡沫化快速形成泡沫渣；在电弧熔炼过程中，当所述冶炼炉料熔清后，对所述冶炼炉料进行取样测定碳含量，并且根据所述冶炼炉料中的碳含量判断是否利用EAF电弧炉的炉壁侧氧枪喷吹氧气作为无烟碳粉的载气继续吹入无烟碳粉；在电弧熔炼中的所述冶炼炉料碳含量处于0.5~0.8%范围时，停止喷无烟碳粉，此时碳含量满足形成泡沫渣要求；在电弧熔炼中的所述冶炼炉料碳含量处于0.2~0.5%范围但不取0.5%时，进行喷无烟碳粉；所述无烟碳粉的总配入量（吹入量）为25kg/t；冶炼终点钢（初炼钢液）中氧含量控制在0.024%，碳含量控制在0.65%；EAF电弧出钢温度1610℃，EAF电弧炉出钢前的初炼钢液中氮含量为21ppm。在将初炼钢液出钢1/3时，往未完成出钢的所述初炼钢液中加入硅铁脱氧剂进行钢液弱脱氧，硅铁脱氧剂加入量为1.1kg/t。钢液增氮8ppm。
②LF精炼：在LF精炼炉的电极口处安装耐高温材料密封套，可以有效降低因电极口（电极孔）处漏气造成的钢液吸气，以及冶炼过程产生的高温烟气对电极的侵蚀；预先在LF精炼炉的钢包中加入精炼合成渣，精炼合成渣主要成分：CaO，54%；SiO2，15%；Al2O3，18%；MgO，11%；FeO，0.8%；MnO，0.6%；余量为杂质；CaO与SiO2的质量比值为R为3.6，精炼合成渣的加入量22kg/t。在将所述初炼钢液全部出钢至LF精炼炉的钢包中后加入适量的无烟碳粉脱氧并造泡沫渣进行LF精炼，得到精炼钢液，所述无烟碳粉的加入量1.4kg/t；在LF精炼过程中，底吹氩流量87NL/min，吹氩时间为13min；出站得到的精炼钢液中硫含量为0.0027%，LF精炼终点得到的精炼钢液增氮3ppm。
③VD真空处理：在真空度52Pa的条件下进行VD真空处理，VD真空处理时间为32min；VD达到真空保持时间时采用底吹大氩气流量强搅拌，流量380NL/min；在VD真空处理破空前5min降低吹氩流量至34NL/min进行软吹，VD真空处理结束得到的待浇注钢液降氮14ppm。
④连铸保护浇注：在连铸浸入式套管上焊接浸入式套管密封盒，然后采用如下方式将所述待浇注钢液进行浇注：长水口氩封保护，浇注中间包加覆盖剂保护裸露钢液面，浇注中间包至结晶器钢流加浸入式水口氩封保护，以及在浸入式套管密封盒内充入氩气保护；在连铸保护浇注后钢液增氮4ppm。
本实施例最终获得的产品低氮钢中氮含量22ppm。
对比例5
本对比例中，具体操作流程为：
①EAF电弧炉初炼：采用废钢和铁水混合熔炼的方法，将包含废钢和铁水的冶炼炉料进行电弧熔炼，得到初炼钢液，所述冶炼炉料中铁水的质量百分含量为33%；所述EAF电弧炉设置有3支炉壁侧氧枪喷吹氧气和1支炉门水冷氧枪喷吹氧气；在电弧熔炼过程中，3支炉壁侧氧枪喷吹氧气的总流量为4500Nm3/h，炉门水冷氧枪喷吹氧气的流量为3000Nm3/h；石灰分两部分加入EAF电弧炉内即加入EAF电弧炉内的所述冶炼炉料中，第一部分石灰在电弧熔炼开始的第12min时加入，加入量13kg/t，第二部分石灰在电弧熔炼开始的第24min时加入，加入量17kg/t，以在所述EAF电弧炉内形成炉渣层；在电弧熔炼过程中，利用EAF电弧炉的炉壁侧氧枪喷吹氧气作为无烟碳粉的载气以使无烟碳粉吹入EAF电弧炉的所述炉渣层内，发生剧烈碳氧反应，使得炉渣泡沫化快速形成泡沫渣；在电弧熔炼过程中，当所述冶炼炉料熔清后，对所述冶炼炉料进行取样测定碳含量，并且根据所述冶炼炉料中的碳含量判断是否利用EAF电弧炉的炉壁侧氧枪喷吹氧气作为无烟碳粉的载气继续吹入无烟碳粉；在电弧熔炼中的所述冶炼炉料碳含量处于0.5~0.8%范围时，停止喷无烟碳粉，此时碳含量满足形成泡沫渣要求；在电弧熔炼中的所述冶炼炉料碳含量处于0.2~0.5%范围但不取0.5%时，进行喷无烟碳粉；所述无烟碳粉的总配入量（吹入量）为25kg/t；冶炼终点钢（初炼钢液）中氧含量控制在0.024%，碳含量控制在0.65%；EAF电弧出钢温度1610℃，EAF电弧炉出钢前的初炼钢液中氮含量为22ppm。在将初炼钢液出钢1/3时，往未完成出钢的所述初炼钢液中加入硅铁脱氧剂进行钢液弱脱氧，硅铁脱氧剂加入量为1.1kg/t。钢液增氮8ppm。
②LF精炼：在LF精炼炉的电极口处安装耐高温材料密封套，可以有效降低因电极口（电极孔）处漏气造成的钢液吸气，以及冶炼过程产生的高温烟气对电极的侵蚀；预先在LF精炼炉的钢包中加入精炼合成渣，精炼合成渣主要成分：CaO，54%；SiO2，15%；Al2O3，18%；MgO，11%；FeO，0.8%；MnO，0.6%；余量为杂质；CaO与SiO2的质量比值为R为3.6，精炼合成渣的加入量22kg/t。在将所述初炼钢液全部出钢至LF精炼炉的钢包中后加入适量的无烟碳粉脱氧并造泡沫渣进行LF精炼，得到精炼钢液，所述无烟碳粉的加入量1.4kg/t；在LF精炼过程中，底吹氩流量87NL/min，吹氩时间为13min；出站得到的精炼钢液中硫含量为0.0027%，LF精炼终点得到的精炼钢液增氮5ppm。
③VD真空处理：在真空度52Pa的条件下进行VD真空处理，VD真空处理时间为32min；VD达到真空保持时间时采用底吹大氩气流量强搅拌，流量380NL/min；在VD真空处理破空前5min降低吹氩流量至34NL/min进行软吹，VD真空处理结束得到的待浇注钢液降氮14ppm。
④连铸保护浇注：在LF精炼炉钢包到浇注中间包采用长水口氩封保护，浇注中间包加覆盖剂保护裸露钢液面，浇注中间包至结晶器钢流加浸入式水口氩封保护的方式将待浇注钢液进行浇注，在连铸保护浇注后钢液增氮15ppm。
本对比例最终获得的产品低氮钢中氮含量36ppm。
对比实验分析：对比例5相较于实施例5，连铸浸入式套管上没有焊接浸入式套管密封盒，在钢液浇注过程中，浇注钢流表面和外部大气环境之间形成负压强，造成钢液从空气中吸收大量的氮气。
本发明的主要技术点：
1.在电弧炉冶炼过程当中采用大铁水比、炉料高配碳，增强了冶炼过程中的碳氧反应程度，对脱除钢液中氮的作用效果明显。采用的快速造渣技术可以在冶炼初期较快形成有效覆盖钢液面的泡沫渣，防止钢液吸氮。
2.为降低出钢过程中钢流吸氮，控制冶炼终点钢液的碳含量和氧含量，并在出钢1/3时往未完成出钢的初炼钢液中加入硅铁进行钢液弱脱氧，保证出钢过程钢液氧含量不是太低，降低此过程钢液吸氮。
3.在LF精炼过程中，在LF精炼炉的电极口处安装耐高温材料密封套，提高装备密封性，降低冶炼过程钢液吸氮和高温烟气对电极的侵蚀。利用精炼合成渣造渣，降低了原料带入钢液中的氮，缩短了造渣的时间，加入的无烟碳粉可以促进泡沫渣的形成。同时，采取合理的底吹氩流量不仅有利于钢液脱氮，也防止了钢液面的裸露。
4.VD真空处理过程，采用高真空度、长时间处理钢液和底吹氩强搅拌的措施可以有效提高钢液脱氮率。
5.在连铸过程中，钢包到中间包采用长水口氩封保护，中间包加覆盖剂保护裸露钢液面，中间包至结晶器钢流加浸入式水口氩封保护浇注，并在连铸浸入式套管上焊接密封盒，在密封盒内充入氩气保护浇注钢流。
本发明在上述主要技术点的共同作用下，保证获得了一种氮含量小于30ppm的低氮钢，本发明发现任意条件的缺失，都会使得最终产品中的氮含量增大，无法获得氮含量低于30ppm的高品质钢。
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种在电炉炼钢工艺中降低钢中氮含量得到低氮钢的方法，其特征在于，所述电炉炼钢工艺依次包括EAF电弧炉初炼、LF精炼、VD真空处理和连铸保护浇注，所述方法包括如下步骤：
（1）EAF电弧炉初炼：采用包含废钢和铁水的冶炼炉料进行电弧熔炼，得到初炼钢液，所述初炼钢液中的氧含量为0.02~0.04%，碳含量为0.5~1.0%；其中，在电弧熔炼开始的第8~12min往所述冶炼炉料中加入第一部分石灰，在电弧熔炼开始的第20~30min往所述冶炼炉料中加入第二部分石灰以在所述EAF电弧炉内形成炉渣层；在电弧熔炼过程中，利用EAF电弧炉的炉壁侧氧枪喷吹氧气作为无烟碳粉的载气以使无烟碳粉吹入所述炉渣层内形成泡沫渣；所述第一部分石灰的加入量为10~15kg/t，所述第二部分石灰的加入量为15~20kg/t；所述初炼钢液的氮含量小于25ppm；
（2）LF精炼：在LF精炼炉的电极口处安装耐高温材料密封套，并预先在LF精炼炉的钢包内加入精炼合成渣，然后将所述初炼钢液出钢至LF精炼炉的钢包内；在所述初炼钢液出钢的过程中，往所述初炼钢液中加入硅铁脱氧剂，在将所述初炼钢液全部出钢至LF精炼炉的钢包中后加入无烟碳粉进行LF精炼，得到精炼钢液；其中，所述精炼合成渣包含以质量百分比计的组分为：CaO，48~55%；SiO2，15~20%；Al2O3，18~25%；MgO，8~12%；FeO，0.1~1.1%；MnO，0.2~0.8%；余量为杂质；并且，在所述精炼合成渣中，CaO与SiO2的质量比值为3.0~3.6；所述精炼合成渣的加入量为20~25kg/t；将所述初炼钢液全部出钢至LF精炼炉的钢包中的过程的增氮量为5~10ppm；LF精炼过程的增氮量在10ppm以内；
（3）VD真空处理：将所述精炼钢液进行VD真空处理，得到待浇注钢液；
（4）连铸保护浇注：在连铸浸入式套管上焊接浸入式套管密封盒，然后采用如下方式将所述待浇注钢液进行浇注：长水口氩封保护，浇注中间包加覆盖剂保护，浇注中间包至结晶器加浸入式水口氩封保护，以及在浸入式套管密封盒内充入氩气保护，得到低氮钢；连铸保护浇注过程的增氮量为3~5ppm；所述低氮钢中的氮含量小于30ppm。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述冶炼炉料中铁水的质量百分含量为30~40%。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
在步骤（1）的电弧熔炼过程中，当所述冶炼炉料熔清后，对所述冶炼炉料进行取样测定碳含量，并根据所述冶炼炉料中的碳含量判断是否利用EAF电弧炉的炉壁侧氧枪喷吹氧气作为无烟碳粉的载气继续吹入无烟碳粉；
当所述冶炼炉料中的碳含量不小于0.5%时，停止吹入无烟碳粉；
当所述冶炼炉料中的碳含量小于0.5%时，继续吹入无烟碳粉；
在步骤（1）中，所述无烟碳粉的总吹入量为20~30kg/t。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述EAF电弧炉设置有3支炉壁侧氧枪喷吹氧气和1支炉门水冷氧枪喷吹氧气；
在电弧熔炼过程中，3支炉壁侧氧枪喷吹氧气的总流量为4500Nm3/h，炉门水冷氧枪喷吹氧气的流量为3000Nm3/h。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
在LF精炼过程中，往LF精炼炉的钢包内底吹氩气，底吹氩气的流量为80~120NL/min，底吹氩气的时间不少于8min。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述精炼钢液中的硫含量小于0.006%。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
在步骤（2）中，在将所述初炼钢液的总质量的1/3~1/4出钢至LF精炼炉的钢包中后往未完成出钢的所述初炼钢液中加入硅铁脱氧剂；
所述初炼钢液的出钢温度为1590~1630℃；和/或
在步骤（2）中，所述无烟碳粉的加入量为1.1~1.5kg/t。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
在步骤（3）中，将所述精炼钢液在真空度不大于67Pa的条件下进行VD真空处理25~35min；
在VD真空处理的过程中，采用底吹氩气的方式对所述精炼钢液进行搅拌，底吹氩气的流量为300~400NL/min。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：
在步骤（3）中，在VD真空处理破空前4~6min，将底吹氩气的流量降至30~40NL/min进行软吹。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于：
VD真空处理过程的脱氮率为40~55%。
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