CN115820971A - 一种低碳钢低氮含量的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于冶炼技术领域，尤其涉及一种低碳钢低氮含量的控制方法。将入炉铁水进行冶炼，得到冶炼铁水；将所述冶炼铁水中加入废钢、加入辅料并进行转炉顶吹，得到转炉终点钢水；将转炉终点钢水进行LF精炼，得到目标低碳钢，以实现低碳钢的低氮含量，其中，所述转炉终点钢水的氮含量≤20ppm。通过控制转炉冶炼工艺参数，后续工艺包括LF精炼可进行常规控制，得到目标低碳钢，可使低碳钢转炉终点碳含量控制在较低水平，使低碳类钢种满足低氮含量的要求。
Description
技术领域
本发明属于冶炼技术领域，尤其涉及一种低碳钢低氮含量的控制方法。
背景技术
除个别钢种外，钢中的氮元素是有害元素，氮含量会降低钢材塑性，影响钢的冷变形加工和焊接性能，并使钢材在应变条件下，发生时效脆化，影响钢构件的服役性能；同时，氮含量过高时，易使铸坯产生结疤、皮下气泡等缺陷，使轧材表面产生线状缺陷或裂纹。
专利申请号201710652781.6的中国专利，公开了一种降低转炉炼钢工序钢水氮含量的方法，该专利的控制工艺：转炉冶炼—出钢控制增氮；该专利可将碳含量为0.030％-0.050％的钢种，转炉钢水氮含量控制在30ppm以下，使成品钢材中氮含量控制在50ppm以内。该专利主要是控制转炉出钢后的工序的增氮，同时该工艺属于高氮类钢种生产的控制工艺，对于碳含量＜0.030％的低碳类钢种氮含量要求≤30ppm时，无法满足生产的需求。
专利申请号201711138768.5的中国专利，公开了一种降低转炉终点钢水氮含量的方法，该专利的控制工艺：在转炉中装入废钢，废钢比≤10％；在转炉吹炼时加入球团矿，球团矿用量≥5000kg/炉；在转炉拉碳时终点碳控制为≥0.04％，能够为精炼工序提供氮含量＜20ppm的钢水。该专利主要是针对转炉终点碳含量≥0.04％的钢种，并且出钢不脱氧，精炼提供氮含量＜20ppm的钢水，需要与后续精炼工序配合才能生产低碳类钢种，对于直接采用此工艺不能满足低碳钢的氮含量控制的要求。
专利申请号201210487536.1的中国专利，公开了一种转炉出钢氮含量的控制方法，该专利的控制工艺：铁水要求P≤0.150％，T≥1250℃，硫含量低于0.015％，提高铁水比85-90％；在转炉吹炼期间加入30-40kg/t铁矿石；终点控C：0.08-0.12％，P≤0.015％，S≤0.020％，T：1650-1690℃；出钢前1-2min提前进行钢包底吹氩，出钢全程吹氩，同时在出钢过程中，底吹氩气量关小进行软吹以不裸露钢水液面为准；出钢过程采用两步脱氧，使转炉出钢后的氮含量为25ppm。该专利主要是针对转炉终点碳含量为0.08％-0.12％的中碳类钢种，并且出钢采用两步脱氧工艺实现，而对于碳含量较低≤0.04％的低碳类钢种无法实现氮含量≤20ppm的控制要求。
发明内容
本申请提供了一种低碳钢低氮含量的控制方法，以解决低碳类钢种时氮含量较高的技术问题。
第一方面，本申请提供了一种低碳钢低氮含量的控制方法，所述方法包括以下步骤：
将入炉铁水进行冶炼，得到冶炼铁水；
将所述冶炼铁水中加入废钢、加入辅料并进行转炉顶吹，得到转炉终点钢水；
将转炉终点钢水进行LF精炼，得到目标低碳钢，以实现低碳钢的低氮含量，其中，所述转炉终点钢水的氮含量≤20ppm。
可选的，以质量分数计，所述入炉铁水中磷含量≤0.120％，所述入炉铁水中硫含量≤0.010％，所述入炉铁水的温度≥1250℃。
可选的，所述废钢的入炉废钢比≤15％。
可选的，所述废钢的化学组分包括：碳含量≤0.3％、磷含量≤0.020％、硫含量≤0.015％、氮含量≤60ppm。
可选的，所述辅料包括第一辅料，所述第一辅料包括第一白灰和球团矿，所述第一白灰的加入量为30-40kg/t，所述球团矿的加入量为3.0-6.0kg/t。
可选的，所述球团矿的化学组分包括：TFe≥62％、SiO2＝5.0-7.0％、TiO2≤0.6％、Al2O3≤1.5％、MgO≤0.6％。
可选的，所述辅料包括第二白灰，所述第二白灰的加入量为3.0-5.0kg/t。
可选的，所述第二白灰的添加时机为所述冶炼铁水的碳含量为0.25％-0.40％。
可选的，所述转炉顶吹的气体包括氧气，所述转炉顶吹的强度为3.8-4.0Nm3/t·min。
可选的，所述方法还包括以下步骤：对所述冶炼铁水底吹惰性气体，所述底吹的强度为0.1-0.2Nm3/t·min。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本申请实施例提供的该方法，将入炉铁水进行冶炼，得到冶炼铁水；将所述冶炼铁水中加入废钢、加入辅料并进行转炉顶吹，得到转炉终点钢水；通过控制废钢和辅料的加入并进行转炉顶吹，使所述转炉终点钢水的氮含量≤20ppm，通过控制转炉终点钢水的氮含量≤20ppm，后续工艺包括LF精炼可进行常规控制，得到目标低碳钢；由于常规冶炼过程中，钢液与空气接触，大部分工序都是增氮，只有真空过程能脱除部分氮，因此，需要通过转炉对钢中的氮含量进行控制，尽可能降低转炉终点钢水中的氮含量，可使低碳钢转炉终点碳含量控制在较低水平，使低碳类钢种满足低氮含量的要求。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种低碳钢低氮含量的控制方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。例如，室温可以是指10～35℃区间内的温度。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
根据本发明一种典型的实施方式，提供了一种低碳钢低氮含量的控制方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
S1.将入炉铁水进行冶炼，得到冶炼铁水；
S2.将所述冶炼铁水中加入废钢、加入辅料并进行转炉顶吹，得到转炉终点钢水；
S3.将转炉终点钢水进行LF精炼，得到目标低碳钢，以实现低碳钢的低氮含量，其中，所述转炉终点钢水的氮含量≤20ppm。
通过加入废钢和加入辅料控制转炉终点钢水的氮含量≤20ppm，可以有效降低目标低碳钢中的氮含量，从而有效地降低了后续工艺的控氮压力，也为获得目标低碳钢降低了生产成本。
值得注意的是：对于低碳钢来说，需对低碳钢中氮含量进行了严格控制，才能使低碳钢具有良好的深冲性能和加工性能，满足低碳钢的性能要求。
在一些实施方式中，以质量分数计，所述入炉铁水中磷含量≤0.120％，所述入炉铁水中硫含量≤0.010％，所述入炉铁水的温度≥1250℃。
控制入炉铁水中磷含量≤0.120％的原因是减少转炉脱磷负担，实现转炉冶炼高效快速脱磷的优势；控制入炉铁水中硫含量≤0.010％的原因是转炉的脱硫能力有限，为后续工序的脱硫提高有利条件；控制入炉铁水的温度≥1250℃的原因是保证转炉内的热平衡，具有冶炼所需的温度条件。
在一些实施方式中，所述废钢的入炉废钢比≤15％。
控制废钢的入炉废钢比≤15％的原因是高的铁水温度和低的废钢比，保证转炉熔池具有较高的温度，使转炉内的碳氧反应剧烈，能够产生足够量的CO，对熔池进行强搅拌，同时转炉内大量CO存在降低了炉内N的分压，可以起到转炉脱氮的作用，如废钢比不在上述范围，炉内的氮分压较大，不满足炉内脱氮所需的动力学条件，不利于转炉内的脱氮效果。
在一些实施方式中，所述废钢的化学组分包括：碳含量≤0.3％、磷含量≤0.020％、硫含量≤0.015％、氮含量≤60ppm。
在一些实施方式中，所述辅料包括第一辅料，所述第一辅料包括第一白灰和球团矿，所述第一白灰的加入量为30-40kg/t，所述球团矿的加入量为3.0-6.0kg/t。
控制第一白灰的加入量为30-40kg/t，所述球团矿的加入量为3.0-6.0kg/t的原因是使液面生成渣料，转炉内的渣料可起到脱磷和覆盖渣面的效果，隔绝钢液面和空气，保证转炉内氮含量控制效果，如第一白灰和球团矿加入量不在上述范围，具有转炉脱磷和温度控制的不利效果。
在一些实施方式中，所述球团矿的化学组分包括：TFe≥62％、SiO2＝5.0-7.0％、TiO2≤0.6％、Al2O3≤1.5％、MgO≤0.6％。
在一些实施方式中，所述辅料包括第二白灰，所述第二白灰的加入量为3.0-5.0kg/t。
控制第二白灰的加入量为3.0-5.0kg/t的原因是：此时钢液中的碳含量较少，产生的CO量大幅减少，熔池的搅拌变弱，加入第二批渣料可以保证在弱搅拌前提条件下，防止钢液与空气接触而发生吸氮，如第一白灰和球团矿加入量不在上述范围，具有转炉脱磷和脱氮的不利效果。
在一些实施方式中，所述第二白灰的添加时机为所述冶炼铁水的碳含量为0.25％-0.40％。
具体地，第二辅料的添加时机还可以为吹炼80％时副枪测量TSC，碳含量为0.25％-0.40％时，可以使低碳钢冶炼转炉氮含量的得到有效控制。所述冶炼铁水的碳含量为0.25％-0.40％时添加白灰的原因是起到隔绝钢液和气氛的作用，具有隔断氮气供气源的优势，如碳含量不在上述范围时添加白灰，具有隔绝效果不好的的不利效果。
在一些实施方式中，所述转炉顶吹的气体包括氧气，所述转炉顶吹的强度为3.8-4.0Nm3/t·min。
控制转炉顶吹的强度为3.8-4.0Nm3/t·min的原因是转炉的顶底复吹，保证熔池的搅拌效果，为脱磷和脱氮提供良好的动力学条件，如转炉顶吹的强度不在上述范围，具有搅拌强度不合理，动力学条件不满足的不利效果。
在一些实施方式中，所述方法还包括以下步骤：对所述冶炼铁水底吹惰性气体，所述底吹的流量为0.1-0.2Nm3/t·min。
具体地，惰性气体包括但不限于氩气，控制底吹的流量为0.1-0.2Nm3/t·min的原因是保证脱氮所需的动力学条件，具有转炉脱氮动力学的优势，如底吹的流量不在上述范围，具有不满足脱氮动力学条件的不利效果。
下面将结合实施例、对比例及实验数据对本发明的方法进行详细说明。
实施例1
本实施例提供了一种低碳钢低氮含量的控制方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
S1.将入炉铁水进行冶炼，得到冶炼铁水；
S2.将所述冶炼铁水中加入废钢、加入辅料并进行转炉顶吹，得到转炉终点钢水，以实现低碳钢的低氮含量。
具体包括：
控制转炉入炉铁水，要求铁水的成分为[P]＝0.120％，[S]＝0.010％，铁水的温度T＝1250℃；同时控制转炉入炉废钢比，入炉废钢比为15％，转炉冶炼第一批白灰的加入量为30kg/t钢，球团矿4kg/t钢，转炉顶吹氧气，顶吹强度为4.0Nm3/t·min；并采用全程底吹氩气工艺，底吹氩强度控制为0.1Nm3/t·min，转炉吹炼80％时采用副枪进行了TSC测量，此时的碳含量控制为0.40％，向转炉内加入第二批白灰造渣，加入量为3kg/t钢。
通过以上转炉工艺控制技术，实现了转炉终点的碳含量控制为0.040％，转炉终点的氮含量控制为18ppm。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于：控制转炉入炉铁水，要求铁水的成分为[P]＝0.090％，[S]＝0.008％，铁水的温度T＝1300℃；同时控制转炉入炉废钢比，入炉废钢比为13％；转炉冶炼第一批白灰的加入量为40kg/t钢，球团矿6kg/t钢；转炉顶吹氧气，顶吹强度为3.8Nm3/t·min；并采用全程底吹氩气工艺，底吹氩强度控制为0.2Nm3/t·min，转炉的顶底复吹，保证熔池的搅拌效果，为脱磷和脱氮提供良好的动力学条件。转炉吹炼80％时采用副枪进行了TSC测量，此时的碳含量控制为0.250％，向转炉内加入第二批白灰造渣，加入量为5kg/t钢。
通过以上转炉工艺控制技术，实现了转炉终点的碳含量控制为0.025％，转炉终点的氮含量控制为14ppm。
对比例1
本申请对比例与实施例1的不同之处在于：
对比专利申请号为201711138768.5的技术，主要是控制转炉出钢后的工序的增氮来控制氮含量；该工艺属于高氮类钢种生产的控制工艺，对于碳含量＜0.030％的低碳类钢种氮含量要求≤30ppm时，无法满足生产的需求；同时对转炉冶炼的辅料加入量、转炉的顶吹和底吹控制工艺参数没有说明。
对比例2
本申请对比例与实施例1的不同之处在于：
对比专利申请号为201711138768.5的技术，主要是针对转炉终点碳含量≥0.04％的钢种，并且出钢不脱氧，精炼提供氮含量＜20ppm的钢水，需要与后续精炼工序配合才能生产低碳类钢种，对于直接采用此工艺不能满足低碳钢的氮含量控制的要求；同时没有说明转炉冶炼的辅料加入量、转炉的顶吹和底吹控制工艺。
对比例3
本申请对比例与实施例1的不同之处在于：
对比专利申请号为201210487536.1的技术，主要是针对转炉终点碳含量为0.08％-0.12％的中碳类钢种，并且出钢采用两步脱氧工艺实现，对于碳含量较低≤0.04％的低碳类钢种无法实现氮含量≤20ppm的控制要求；同时没有说明转炉冶炼的辅料加入量、转炉的顶吹和底吹控制工艺。
由实施例和对比例可知，通过不同的生产工艺，低碳钢的氮含量控制效果不同，带来的经济价值和成本也不同，具体如表1所示。
合金为转炉结束时添加的锰合金，根据转炉终点钢水的不同，添加不同种类的合金，不同合金的成本不一样，具体如表所示。说明：采用该专利工艺控制技术，可实现转炉终点的低氮含量控制，因此，可以实现低成本的低氮钢生产，从两个方面体现低成本的效果：1)缩短后续工序氮含量的工艺控制成本；2)转炉终点的低氮含量，后续冶炼工序才可采用普通合金而非低氮合金，减少合金成本，以钢种含1.2％的Mn元素为例计算。
由表可知，实施例组1和组2，对比例组1、组2、组3，实施例比对比例能更精准地控制氮含量，可以达到节约成本的效果。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性地包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种低碳钢低氮含量的控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
将入炉铁水进行冶炼，得到冶炼铁水；
将所述冶炼铁水中加入废钢、加入辅料并进行转炉顶吹，得到转炉终点钢水；
将转炉终点钢水进行LF精炼，得到目标低碳钢，以实现低碳钢的低氮含量，其中，所述转炉终点钢水的氮含量≤20ppm。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，以质量分数计，所述入炉铁水中磷含量≤0.120％，所述入炉铁水中硫含量≤0.010％，所述入炉铁水的温度≥1250℃。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述废钢的入炉废钢比≤15％。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述废钢的化学组分包括，碳含量≤0.3％、磷含量≤0.020％、硫含量≤0.015％、氮含量≤60ppm。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述辅料包括第一辅料，所述第一辅料包括第一白灰和球团矿，所述第一白灰的加入量为30-40kg/t，所述球团矿的加入量为3.0-6.0kg/t。
6.根据权利要求5所述方法，其特征在于，所述球团矿的化学组分包括：TFe≥62％、SiO2＝5.0-7.0％、TiO2≤0.6％、Al2O3≤1.5％、MgO≤0.6％。
7.根据权利要求5所述方法，其特征在于，所述辅料包括第二白灰，所述第二白灰的加入量为3.0-5.0kg/t。
8.根据权利要求7所述方法，其特征在于，所述第二白灰的添加时机为所述冶炼铁水的碳含量为0.25％-0.40％。
9.根据权利要求5所述方法，其特征在于，所述转炉顶吹的气体包括氧气，所述转炉顶吹的强度为3.8-4.0Nm3/t·min。
10.根据权利要求5所述方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：对所述冶炼铁水底吹惰性气体，所述底吹的流量为0.1-0.2Nm3/t·min。
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