CN114635006A - 降低转炉过程钢水增氮的冶炼方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种降低转炉过程钢水增氮的冶炼方法，包括：对废钢原料的氮含量、尺寸作出限制要求，转炉前期底吹氩改为氮氩复合吹炼，并提高气体流量，冶炼中后期采用底吹纯氩气，并提高底吹气体流量；冶炼终点温度≤1630℃，氧枪切换为氩气，往转炉内吹扫氩气10‑30s；出钢过程，出钢前先在钢包底部预先加入1.0‑1.2Kg/t电石，出钢过程在钢流冲击区抛洒电石0.5‑1.0Kg/t，利用电石脱氧产生的CO形成气幕，隔绝钢液与空气接触，降低钢水吸氮；出钢过程钢液[O]含量控制在(200‑400)×10^‑4%；出钢前20s钢包启动底吹氩，排空钢包内空气，自出钢前20s至出钢结束，出钢结束后立即关氩气，钢包加盖保温及防止钢液裸露增氮；本发明工艺流程简单清晰，可操作性强，易于控制。

Description

降低转炉过程钢水增氮的冶炼方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶金，转炉冶炼技术领域，特别是一种降低转炉过程钢水增氮的冶炼方法。

背景技术

氮对于大多数钢种是一种有害元素，氮含量高是引起的纯净度、流动性、铸坯表面质量及性能波动等一系列问题的关键因素，易造成铸坯产生开裂和引起晶间腐蚀，另外钢材氮化物的析出会导致产生时效和蓝脆现象，造成钢材的韧性、塑性、深冲、热加工和焊接等性能下降。由于氮会使钢的性能变差，所以大部分钢种对熔炼w[N］均有严格的控制要求，为降低N含量高对钢材质量影响，一般要求钢中w[N］≤80×10^-4%，低氮钢中w[N］≤50×10^-4%，甚至更低。一般大气中氮的分压为0.79Kg/m³，冶炼过程当钢水温度为1600℃时，氮在钢水中溶解度为[N]≈390×10^-4%。高温状态下钢水吸氮是必然的。所以在转炉冶炼过程，在相对开放的环境下，钢水增氮是一个无法避免的过程，因此，如何低成本降低转炉冶炼过程钢水增氮，是长久以来，本行业内一直致力于解决的一个问题。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术中已经存在的上述问题，提供一种降低转炉过程钢水增氮的冶炼方法，本方法通过针对性的改进冶炼操作方法及原材料使用，弥补了其它炼钢方法的不足，操作简单、安全，可以有效降低冶炼过程增氮，实现低氮冶炼，具备较高的推广价值。

本发明的一种降低转炉过程钢水增氮的冶炼方法，包括下述步骤：

（1）装入制度：采用铁水+废钢冶炼，其中铁水比例≥82%，废钢比例≤18%；不允许使用回炉钢水冶炼；

（2）废钢质量：选用优质低氮废钢，废钢中w[N］≤100×10^-4%；为保证废钢在冶炼中前期彻底溶清，要求冶炼中前期烟气分析CO%≥45%，为避免冶炼后期废钢熔化造成增氮，对废钢尺寸做出限制，要求废钢尺寸：长×宽×厚度尺寸≤1.5m×1.5m×0.3m；

（3）转炉底吹氩要求：冶炼前期因熔池C-O反应剧烈，熔池具备良好的去氮能力，因此冶炼前期转炉底吹采用氮氩复合吹炼，氮气∶氩气比例1∶1，气体流量280-350NL/min，当冶炼过程烟气分析CO%＜40%时，至转炉出钢结束，提高转炉底吹气体流量并采用纯氩气，单管氩气流量450-500NL/min；

（4）冶炼终点温度控制及吹氩保护：因高温易造成钢液吸氮，要求冶炼终点温度≤1630℃，终点提枪时氧枪切换为氩气，往转炉本体内吹扫氩气10-30s，避免空气进入造成吸氮；

（5）出钢过程控制：控制出钢过程增氮是降低增氮的关键环节，在出钢过程，出钢前先在钢包底部预先加入1.0-1.2Kg/t电石，出钢过程在钢流冲击区抛洒电石0.5-1.0Kg/t，利用电石脱氧产生的CO形成气幕，隔绝钢液与空气接触，降低出钢过程钢水裸露造成的吸氮；

（6）出钢过程钢液[O]含量控制：出钢过程仅加入锰系合金，出钢过程不加硅、铝强脱氧，出钢过程钢液[O]含量控制在(200-400)×10^-4%，降低出钢过程增氮；

（7）钢包底吹氩：出钢前20s钢包启动底吹氩，排空钢包内空气，自出钢前20s至出钢结束，钢包底吹氩流量600-800NL/min，出钢结束后立即关氩气，钢包加盖保温及防止钢液裸露。

本发明方法，是在精心研究了转炉冶炼全过程每个细节之后作出的，转炉冶炼是控制增氮的关键工序，首先从对炼钢用原材料角度分析，转炉炼钢主要原材料为铁水+废钢，一般铁水氮含量为25×10^-4%以内，三脱预处理后可降低至10×10^-4%左右，铁水条件相对稳定，而废钢种类繁多，来源复杂，如对废钢氮含量不加限制，极易造成冶炼终点氮波动大。其次，从吹炼过程分析，转炉吹炼过程动力学条件良好，冶炼中前期因剧烈的C-O反应，具备良好的去N能力，吹炼过程控制增氮的关键环节在熔池搅拌减弱期（即吹炼后期）。转炉出钢过程钢水温度高、钢液裸露面大，与空气直接接触，减少出钢过程增氮重点应从减少该期钢液与空气接触入手。基于上述分析，本发明设计了如上所述的技术方案。

本发明方法，相对现有技术，具有如下表1所述的诸多优点：

表1 本发明相对现有技术的优点

本发明相对现有技术，具有如下有益效果：

（1）本发明主要采用限制原材料氮含量、限制废钢比例及冶炼工艺操作优化，有效地降低了转炉冶炼过程增氮，具有良好的社会、经济效益。

（2）本发明通过出钢过程制作气幕，有效降低钢液与空气接触频次，减少钢液吸氮，方法新颖，成本低廉且降低出钢过程增氮效果显著。

（3）本发明工艺流程简单清晰，可操作性强，易于控制。

具体实施方式

为了更好地解释本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步的说明，下述实施例仅仅是示例性的说明本发明的技术方案，并不以任何形式限制本发明。

实施例1

本实施例以冶炼高强钢Q960D为例，来对本发明的技术方案进行详细解释。本实施例中，要求出炉钢水的W[N］≤40×10^-4%。具体实施过程如下：

（1）装入制度：采用铁水+废钢冶炼，其中铁水比例82%，废钢比例18%；不允许使用回炉钢水冶炼；

（2）废钢质量：废钢来源不做限制，废钢中w[N］为100×10^-4%；废钢长×宽×厚度尺寸为1.5m×1.5m×0.3m，在冶炼中前期彻底溶清；

（3）转炉底吹氩要求：冶炼前期因熔池C-O反应剧烈，熔池具备良好的去氮能力，因此冶炼前期转炉底吹采用氮氩复合吹炼（氮气∶氩气比例1∶1），气体流量280NL/min，当冶炼过程烟气分析CO%为39%时至转炉出钢结束前，提高转炉底吹气体流量并采用纯氩气，单管氩气流量450NL/min；

（4）冶炼终点温度控制及吹氩保护：冶炼终点温度1630℃，终点提枪时氧枪切换为氩气，往转炉本体内吹扫氩气10s，避免空气进入造成吸氮；

（5）出钢过程控制：控制出钢过程增氮是降低增氮的关键环节，在出钢过程加入电石（即CaC₂），加入方法出钢前在钢包底部预先加入1.0Kg/t电石，出钢过程在钢流冲击区抛洒电石0.50Kg/t，利用电石脱氧产生的CO形成气幕，隔绝钢液与空气接触，降低出钢过程钢水裸露造成的吸氮；

（6）出钢过程钢液[O]含量控制，出钢过程仅加入锰系合金，出钢过程不加硅、铝强脱氧，出钢过程钢液[O]含量控制在200×10^-4%，降低出钢过程增氮；

（7）钢包底吹氩：出钢前20s钢包启动底吹氩，排空钢包内空气，自出钢前20s至出钢结束，钢包底吹氩流量600NL/min，出钢结束后立即关氩气，钢包加盖保温及防止钢液裸露。

取样分析，w[N］为33×10^-4%，w[N］符合熔炼成分要求。

实施例2

本实施例以冶炼高强钢Q960D为例，来对本发明的技术方案进行详细解释。本实施例中，要求出炉钢水的W[N］≤40×10^-4%。具体实施过程如下：

（1）装入制度：采用铁水+废钢冶炼，其中铁水比例83%，废钢比例17%；不允许使用回炉钢水冶炼；

（2）废钢质量：选用优质低氮废钢，废钢中w[N］为90×10^-4%；废钢长×宽×厚度尺寸为1.4m×1.4m×0.28m，在冶炼中前期彻底溶清；

（3）转炉底吹氩要求：冶炼前期因熔池C-O反应剧烈，熔池具备良好的去氮能力，因此冶炼前期转炉底吹采用氮氩复合吹炼（氮气：氩气比例1：1），气体流量320NL/min，当冶炼过程烟气分析CO%为38%时至转炉出钢结束，提高转炉底吹气体流量并采用纯氩气，单管氩气流量470NL/min；

（4）冶炼终点温度控制及吹氩保护：冶炼终点温度1625℃，终点提枪时氧枪切换为氩气，往转炉本体内吹扫氩气20s，避免空气进入造成吸氮；

（5）出钢过程控制：控制出钢过程增氮是降低增氮的关键环节，在出钢过程加入电石（即CaC₂），加入方法出钢前在钢包底部预先加入1.1Kg/t电石，出钢过程在钢流冲击区抛洒电石0.80Kg/t，利用电石脱氧产生的CO形成气幕，隔绝钢液与空气接触，降低出钢过程钢水裸露造成的吸氮；

（6）出钢过程钢液[O]含量控制，出钢过程仅加入锰系合金，出钢过程不加硅、铝强脱氧，出钢过程钢液[O]含量控制在300×10^-4%，降低出钢过程增氮；

（7）钢包底吹氩：出钢前20s钢包启动底吹氩，排空钢包内空气，自出钢前20s至出钢结束，钢包底吹氩流量700NL/min，出钢结束后立即关氩气，钢包加盖保温及防止钢液裸露。

取样分析，w[N］为32×10^-4%，w[N］符合熔炼成分要求。

实施例3

本实施例以冶炼高强钢Q960D为例，来对本发明的技术方案进行详细解释。本实施例中，要求出炉钢水的W[N］≤40×10^-4%，具体实施过程如下：

（1）装入制度：采用铁水+废钢冶炼，其中铁水比例85%，废钢比例15%；不允许使用回炉钢水冶炼；

（2）废钢质量：选用优质低氮废钢，废钢中w[N］为80×10^-4%；废钢长×宽×厚度尺寸为1.3m×1.3m×0.25m，在冶炼中前期彻底溶清；

（3）转炉底吹氩要求：冶炼前期因熔池C-O反应剧烈，熔池具备良好的去氮能力，因此冶炼前期转炉底吹采用氮氩复合吹炼（氮气：氩气比例1：1），气体流量280NL/min，当冶炼过程烟气分析CO%为36%时至转炉出钢结束，提高转炉底吹气体流量并采用纯氩气，单管氩气流量500NL/min；

（4）冶炼终点温度控制及吹氩保护：冶炼终点温度1630℃，终点提枪时氧枪切换为氩气，往转炉本体内吹扫氩气30s，避免空气进入造成吸氮;

（5）出钢过程控制：控制出钢过程增氮是降低增氮的关键环节，在出钢过程加入电石（即CaC₂），加入方法出钢前在钢包底部预先加入1.2Kg/t电石，出钢过程在钢流冲击区抛洒电石1.0Kg/t，利用电石脱氧产生的CO形成气幕，隔绝钢液与空气接触，降低出钢过程钢水裸露造成的吸氮；

（6）出钢过程钢液[O]含量控制，出钢过程仅加入锰系合金，出钢过程不加硅、铝强脱氧，出钢过程钢液[O]含量控制在400×10^-4%，降低出钢过程增氮；

（7）钢包底吹氩：出钢前20s钢包启动底吹氩，排空钢包内空气，自出钢前20s至出钢结束，钢包底吹氩流量800NL/min，出钢结束后立即关氩气，钢包加盖保温及防止钢液裸露。

取样分析，w[N]为28×10^-4%，w[N］符合熔炼成分要求。

对比例

本对比例以冶炼高强钢Q960D钢为例，采用常规冶炼方法进行冶炼。具体实施过程如下：

（1）装入制度：采用铁水+废钢冶炼，其中铁水比例70%，废钢比例20%；回炉钢水10%冶炼；

（2）废钢质量：选用优质低氮废钢，废钢中w[N］为120×10^-4%；废钢尺寸未做限制，长×宽×厚度尺寸为1.55m×1.3m×0.85m，因废钢厚度较厚，在冶炼后期才彻底溶清；

（3）转炉底吹氩要求：冶炼前期转炉底吹采用纯氮气，气体流量280NL/min，当冶炼过程烟气分析CO%＜40%时至转炉出钢结束，转炉底吹气体仍采用纯氮气，单管氩气流量不变，仍为280NL/min；

（4）冶炼终点温度控制及吹氩保护：冶炼终点温度不做限制，终点温度1650℃，终点直接提枪，未采用往转炉本体内吹扫氩气，极易因负压造成空气中氮进入钢液造成吸氮；

（5）出钢过程控制：出钢过程未加入电石及其它含C材料，钢液裸露出钢；

（6）出钢过程正常脱氧合金化，出钢过程钢液[O]含量不做限制，出钢过程增氮明显；

（7）钢包底吹氩：出钢前未启动底吹氩，未排空钢包内空气，钢包底吹氩流量200-400NL/min，出钢结束未关氩气，直接开至氩站吹氩，钢液裸露易造成增氮；

采用本对比例的常规冶炼模式，冶炼结束w[N]为55×10^-4%，w[N］不符合熔炼成分要求。

下表二是采用本发明方法与常规冶炼方法相比，冶炼结束钢液中N含量的对比列表。

表二 本发明方法与常规冶炼方法冶炼结束后钢液中w[N]的含量对比

从上表二可以看出，采用本发明方法，由于采用了系统性的转炉控氮作业标准，规范及简化了操作，控制转炉冶炼过程增氮效果明显，w[N］含量低且控制稳定，而常规模式w[N］控制波动性大，最高w[N］＞40×10^-4%。

Claims (1)

1.降低转炉过程钢水增氮的冶炼方法，其特征在于包括下述步骤：

（1）装入制度：采用铁水+废钢冶炼，其中铁水比例≥82%，废钢比例≤18%；不允许使用回炉钢水冶炼；

（2）废钢质量：选用优质低氮废钢，废钢中w[N］≤100×10^-4%；要求冶炼中前期烟气分析CO%≥45%，即在冶炼中前期保证废钢彻底溶清，为避免冶炼后期废钢熔化造成增氮，对废钢尺寸做出限制，要求废钢尺寸：长×宽×厚度尺寸≤1.5m×1.5m×0.3m；

（3）转炉底吹氩要求：冶炼前期因熔池C-O反应剧烈，熔池具备良好的去氮能力，因此冶炼前期转炉底吹采用氮氩复合吹炼，氮气∶氩气比例1∶1，气体流量280-350NL/min，当冶炼过程烟气分析CO%＜40%时，至转炉出钢结束前，提高转炉底吹气体流量并采用纯氩气，单管氩气流量450-500NL/min；

（4）冶炼终点温度控制及吹氩保护：因高温易造成钢液吸氮，要求冶炼终点温度≤1630℃，终点提枪时氧枪切换为氩气，往转炉本体内吹扫氩气10-30s，避免空气进入造成吸氮；

（5）出钢过程控制：控制出钢过程增氮是降低增氮的关键环节，在出钢过程，出钢前先在钢包底部预先加入1.0-1.2Kg/t电石，出钢过程在钢流冲击区抛洒电石0.5-1.0Kg/t，利用电石脱氧产生的CO形成气幕，隔绝钢液与空气接触，降低出钢过程钢水裸露造成的吸氮；

（6）出钢过程钢液[O]含量控制：出钢过程仅加入锰系合金，出钢过程不加硅、铝强脱氧，出钢过程钢液[O]含量控制在(200-400)×10^-4%，降低出钢过程增氮；

（7）钢包底吹氩：出钢前20s钢包启动底吹氩，排空钢包内空气，自出钢前20s至出钢结束，钢包底吹氩流量600-800NL/min，出钢结束后立即关氩气，钢包加盖保温及防止钢液裸露。