八鋼品種鋼生產(chǎn)煉鋼氮含量控制分析

李立民，王俊凱

（1.新疆八一鋼鐵股份有限公司；2.寶山鋼鐵股份有限公司）

八鋼品種鋼生產(chǎn)煉鋼氮含量控制分析

李立民1，王俊凱2

（1.新疆八一鋼鐵股份有限公司；2.寶山鋼鐵股份有限公司）

文章結(jié)合八鋼第二煉鋼分廠120t轉(zhuǎn)爐產(chǎn)線的轉(zhuǎn)爐、精煉和連鑄過程鋼水氮含量分析，針對轉(zhuǎn)爐補(bǔ)吹操作、出鋼吹氬操作、LF精煉送電操作、喂絲操作及連鑄保護(hù)操作等各工序鋼水增氮的原因進(jìn)行系統(tǒng)性分析，制定相應(yīng)的措施，使連鑄中包鋼水中氮含量穩(wěn)定控制在50×10-6以內(nèi)。

轉(zhuǎn)爐煉鋼；LF精煉爐；連鑄保護(hù)澆注；增氮

1　引言

在特定情況下，鋼中氮可降低鋼鐵材料的性能，降低鋼的韌性和焊接性能、熱應(yīng)力區(qū)韌性，使鋼材脆性增加，另一方面氮會造成鑄坯角裂。氮的離子半徑比氫大，在鋼中的擴(kuò)散系數(shù)比氫小兩個數(shù)量級，同時氮易與鋼水中鋁、鈦、鈮等合金元素結(jié)合，形成的夾雜物對鋼的內(nèi)在質(zhì)量產(chǎn)生不利因素。所以各鋼廠對鋼中氮含量都有極高的要求。

八鋼第二煉鋼分廠120t轉(zhuǎn)爐產(chǎn)線有3座120t頂?shù)讖?fù)合吹轉(zhuǎn)爐、2座120tLF精煉爐、1座雙工位RH-MFB真空爐和4臺1800mm板坯連鑄機(jī)。主要生產(chǎn)低合金結(jié)構(gòu)鋼、風(fēng)電用鋼、低碳低硅鋁鎮(zhèn)靜鋼、汽車輪轂鋼等。但是，成品[N]0.0050%的比例僅達(dá)到76.9%，整體控氮能力較弱。為此，對八鋼品種鋼生產(chǎn)中各工藝環(huán)節(jié)鋼中氮含量的影響因素進(jìn)行分析，并制定了相應(yīng)的控氮措施。

2　轉(zhuǎn)爐操作對鋼中氮含量影響

2.1補(bǔ)吹操作對鋼水增氮的影響

轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)提槍后，由于鋼水終點(diǎn)溫度或鋼水終點(diǎn)成分中碳、磷不能滿足出鋼要求，必須降槍重新吹煉，由于氧氣射流將轉(zhuǎn)爐內(nèi)熔渣吹開，點(diǎn)火區(qū)鋼液面裸露，造成點(diǎn)火區(qū)鋼液的吸氮速度大于CO氣泡的脫氮速度，鋼液在點(diǎn)火區(qū)從氣相中吸氮從而造成鋼水增氮[1]。補(bǔ)吹時間越長，增氮量越大，補(bǔ)吹次數(shù)越多，增氮量越大，通常增氮5×10-6～20×10-6。

2.2出鋼時鋼包吹氬流量對鋼水增氮的影響

隨著擋渣技術(shù)的不斷完善，出鋼過程爐渣進(jìn)入鋼包得到有效控制。一般出鋼過程渣料加入量都比較少，因此鋼包底吹氬氣流量的大小將影響鋼水增氮。如果鋼包底吹氬氣流量過大，鋼包頂渣將被氬氣吹開，無形中使鋼水液面與大氣接觸面積增加，造成鋼水增氮，尤其是爐后強(qiáng)脫氧鋼水，吸氮更為敏感，一般增氮5×10-6～15×10-6。

2.3出鋼鋼流形狀對鋼水增氮的影響

生產(chǎn)過程中，由于出鋼口內(nèi)壁侵蝕不均勻、出鋼口外部結(jié)冷鋼或出鋼口內(nèi)異物堵塞等原因，造成出鋼過程中鋼水流柱圓度不足、呈現(xiàn)散流，造成鋼水流柱與大氣接觸面積增加，引起鋼水增氮。鋼水流柱越散，鋼水增氮越明顯，一般增氮5×10-6～10×10-6。

3　LF精煉爐操作對鋼中氮含量影響

3.1送電提溫操作對鋼中氮含量影響

LF精煉爐具有提溫功能，一般提溫效率4～6℃/min，有些鋼廠LF精煉爐提溫幅度在40～60℃/爐，通常LF精煉爐比較關(guān)注微正壓操作，即爐內(nèi)擴(kuò)散脫氧產(chǎn)生大量的CO，加上鋼包底吹氬氣，使精煉爐蓋內(nèi)大量的煙氣大部分隨抽氣口排出，少量煙氣沿爐蓋向外溢出，保護(hù)鋼水不被空氣二次氧化，此狀態(tài)為微正壓。實際生產(chǎn)過程，少量的空氣會被吸入精煉爐蓋內(nèi)，強(qiáng)電弧產(chǎn)生的熱會將空氣中氮分子分解為氮原子，通過爐渣向鋼液傳遞，此過程往往發(fā)生在精煉前期10～15min大電流送電化渣階段，鋼液增氮15×10-6～30×10-6，即使整個精煉過程注意埋弧，鋼液增氮也達(dá)到5×10-6～10×10-6。

由于鋼包精煉初始溫度較低，通常在1530℃以下，八鋼LF精煉工序增氮比較嚴(yán)重，對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生影響。通過對LF精煉過程不同階段取樣，進(jìn)行鋼中氮分析，在LF精煉前期10～15min內(nèi)送電化渣，鋼水增氮非常嚴(yán)重，如圖1所示。

圖1　LF精煉前期10～15min內(nèi)送電化渣鋼水增氮量

3.2脫硫操作對鋼中氮含量影響

現(xiàn)代煉鋼技術(shù)，脫硫不僅在LF精煉爐進(jìn)行，往往在鐵水入爐前進(jìn)行脫硫，因此轉(zhuǎn)爐出鋼水硫的含量有些已達(dá)到鋼種要求，有些鋼種（如高等級管線鋼、高強(qiáng)建筑用鋼等）對硫的要求較高，要求在20× 10-6以下，甚至10×10-6以下，需要LF精煉爐進(jìn)行深脫硫。通常采用的辦法就是鋼液達(dá)到一定溫度下，脫氧良好，鋼包底吹氬氣使用強(qiáng)流量攪動鋼液，增加鋼渣的反應(yīng)接觸面積，促進(jìn)爐渣脫硫。此操作方法會造成空氣與鋼液接觸，使鋼液增氮，一般增氮量在5×10-6～15×10-6，增氮量的大小取決于鋼液裸露面積和時間，鋼液裸露面積越大，裸露時間越長，增氮量越大。

3.3喂絲操作對鋼中氮含量影響

LF精煉爐喂絲線（含鈣絲線）對鋼水進(jìn)行鈣處理，目的是進(jìn)一步去除鋼水中的夾雜物，起到凈化鋼水的目的。近幾年含鈣絲線的種類出現(xiàn)了不少新產(chǎn)品，八鋼LF精煉爐將硅鈣線、鈣鐵線改為純鈣線，此種線的優(yōu)點(diǎn)是含鈣量高、喂線成本低，存在最大的問題是喂線過程噴濺較大，鋼液與空氣接觸，引起鋼液增氮，增氮量一般在3×10-6～10×10-6。

4　連鑄操作對鋼中氮含量影響

4.1鋼包與中間包間的增氮控制

鋼包內(nèi)鋼水向連鑄中間包澆注，根據(jù)不同鋼種質(zhì)量的要求，有些鋼廠在鋼包與中間包間讓鋼水敞開澆注，大部分鋼廠使用長水口將鋼包與中間包間連接起來，防止鋼水與空氣接觸。一般鋼水敞開澆注，根據(jù)鋼水成分不同增氮量也不同。采用長水口保護(hù)澆注如果操作不當(dāng)，鋼液增氮量可能達(dá)到10× 10-6～20×10-6，如長水口與鋼包下水口間無墊片、無吹氬，長水口與鋼包下水口未對中，長水口碗口內(nèi)粘有冷鋼渣等，都會造成空氣從長水口與鋼包下水口間吸入鋼液內(nèi)，增加氮含量。

4.2中間包與結(jié)晶器之間增氮控制

中間包到結(jié)晶器間一般采用可更換的浸入式水口或不可更換的整體式浸入式水口，使鋼水與空氣隔開，可更換的浸入式水口與中間包上水口接觸方式一般為滑板面接觸或碗口式接觸，如果防護(hù)不到位，兩種接觸方式都會造成澆注過程鋼液吸氣，造成鋼液增氮，增氮量一般10×10-6～20×10-6。

4.3中間包內(nèi)其它增氮因素

中間包長水口下方?jīng)_擊區(qū)鋼液覆蓋劑較少，開機(jī)第一爐中間包內(nèi)未吹氬，鋼包水口不自流等均會造成鋼水與空氣接觸，引起鋼液增氮。

5　控氮的措施及實施效果分析

5.1轉(zhuǎn)爐控氮措施

（1）轉(zhuǎn)爐通過穩(wěn)定鐵水、廢鋼入爐比及渣料配比提高終點(diǎn)一次拉碳率和終點(diǎn)溫度命中率，減少補(bǔ)吹次數(shù)和補(bǔ)吹時間。

（2）轉(zhuǎn)爐出鋼過程氬氣量控制由原10～15m3/h調(diào)整為6～9m3/h，同時鋼包到達(dá)吹氬站禁止吹氬，減少鋼水與空氣裸露面積及裸露時間。

（3）轉(zhuǎn)爐出鋼適當(dāng)增加出鋼過程渣料量，爐后石灰加入量由原200kg/爐調(diào)整為300kg/爐。

（4）嚴(yán)格監(jiān)控出鋼口損失狀態(tài)，通過修補(bǔ)和定期更換出鋼口方式，杜絕出鋼散流問題。

5.2精煉控氮措施

（1）LF精煉爐前期提溫化渣階段10～15min，使用中高檔位化渣，嚴(yán)禁使用高檔位送電，同時整個精煉過程注意埋弧。

（2）鋼水到達(dá)精煉爐，使用自動方式吹開氬氣（流量設(shè)定15～20m3/h），吹開后將氬氣調(diào)至0.5m3/h以內(nèi)，根據(jù)透氣性可調(diào)（鋼水不得裸露）。

（3）通過調(diào)整精煉爐除塵插板，在精煉爐內(nèi)形成微正壓。

（4）LF精煉爐進(jìn)行深脫硫時，鋼包底吹氬氣控制在15～20m3/h，同時向包內(nèi)加入埋弧造渣劑，使鋼渣發(fā)泡，減少鋼液與空氣接觸面積。

（5）喂絲及軟吹狀態(tài)將氬氣調(diào)至0.5m3/h以內(nèi)，根據(jù)透氣性進(jìn)行調(diào)整（要求鋼水不得裸露）。

5.3連鑄控氮措施

（1）中間包使用前將包蓋接縫處用纖維氈密封，連鑄澆注過程用纖維氈將中間包沖擊區(qū)孔洞封蓋。

（2）浸入式水口板間密封使用NS高溫密封膠進(jìn)行涂抹，同時板間吹氬保護(hù)。

（3）在澆注過程中，中間包包蓋下增加三路吹氬管路向中間包內(nèi)吹氬。

（4）長水口吹氬安裝吹氬流量計，使用適當(dāng)?shù)臍鍤饬髁肯蜷L水口吹氬。

5.4效果分析

通過對轉(zhuǎn)爐、精煉、連鑄工序增氮原因分析，制定了相應(yīng)的措施。通過工業(yè)試驗驗證統(tǒng)計了5爐鋼[N]含量（表1所示）。轉(zhuǎn)爐出鋼后，鋼包內(nèi)鋼水氮含量在 18×10-6～30×10-6，精煉過程增氮在 7× 10-6～13×10-6，連鑄過程增氮在3×10-6～10×10-6，中間包鋼水氮含量在50×10-6以下。表2為2015年7月～2016年6月鋼中氮含量控制情況。目前鋼中氮含量在50×10-6以下，達(dá)到92%以上。

表1　工業(yè)試驗[N]含量　×10-6

表2　2015年6月～10月至2016年3月～6月鋼中氮含量控制情況%

6　結(jié)論

（1）轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)實踐表明：轉(zhuǎn)爐補(bǔ)吹次數(shù)和時間、出鋼時鋼包吹氬流量、出鋼鋼流形狀對鋼水增氮產(chǎn)生影響。

（2）LF精煉前期10～15min大電流送電化渣階段、強(qiáng)攪拌脫硫階段及喂絲操作是LF精煉爐鋼中增氮的主要因素。

（3）連鑄長水口、浸入式水口板間及中包蓋保護(hù)狀況是連鑄澆注過程增氮的主要環(huán)節(jié)。

（4）在轉(zhuǎn)爐、LF精煉爐、連鑄工序，通過實施控氮措施，鋼中氮含量可以控制在50×10-6以下，甚至更低。

[1]李偉東，孫群，林洋.IF鋼氮含量控制技術(shù)研究[J].鋼鐵，2010，45（7）：28～32.

Analysis of Nitrogen Control for Smelting Quality Steel in Steelmaking Process

LI Li-min1，WANGJun-kai2
（1.XinjiangBayi Steel Co.,Ltd.；2.Baoshan Iron&Steel Co.,Ltd.）

The nitrogen content of120 t converter steel-makingprocess is analyzed,from converter and liquid steel refiningand continuous castingprocess,there are the problems in the converter final oxygen blowingoperation,argon blowing in ladle when tapping,LF refining electric arc operation,wire feeding and continuous casting protection operation which caused nitrogen picking up in liquid steel.Through systemic analysis of each working process,and effective measures,the nitrogen in tundish can achieve stable control within 50×10-6.

converter steel-making；LF refiningfurnace；caster protection casting；add nitrogen

TF713.4

B

1672—4224（2016）02—0023—03

聯(lián)系人：李立民，男，42歲，工程碩士，煉鋼工程師，烏魯木齊（830022）新疆八一鋼鐵股份有限公司第二煉鋼分廠

E-mail：lilm@bygt.com.cn