轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程中氮含量的控制研究與實(shí)踐

張春亮，王建昌

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司，山西 太原 030003）

氮在鋼中的作用具有兩面性。有利方面：氮作為間隙固溶元素，可大幅度提高鋼的強(qiáng)度及時(shí)效沉淀強(qiáng)化作用，增加鋼表面的硬度、強(qiáng)度、耐磨性及抗腐蝕性。不利方面：氮會(huì)大幅度提高鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，甚至使鋼產(chǎn)生低溫回火脆性，某些氮化物還會(huì)導(dǎo)致鋼的熱脆，從這方面講，氮是鋼中的有害雜質(zhì)。因此，除個(gè)別情況外，氮存在的有害性較大，應(yīng)當(dāng)盡可能地降低鋼中w（N）。

太鋼煉鋼二廠在碳鋼生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)轉(zhuǎn)爐出鋼增氮較多、成品氮高的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行分析，找出轉(zhuǎn)爐出鋼過(guò)程增氮是影響成品w（N）的主要因素，為了解決這一難題，開(kāi)展了降低轉(zhuǎn)爐出鋼鋼水增氮的研究和實(shí)踐。

1 轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)w（N）影響因素分析

1.1 鋼中溶解w（O）對(duì)脫氮的影響

通過(guò)統(tǒng)計(jì)南區(qū)冶煉冷軋硅鋼DW60和Q450NQR1兩個(gè)鋼種出鋼前后鋼中w（N）的變化情況（見(jiàn)圖1），得出：DW60轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)w（N）為13.5×10-6，出鋼后為15.5×10-6，出鋼過(guò)程增氮2×10-6；Q450NQR1轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)w（N）為20×10-6，出鋼后w（N）為34×10-6，出鋼過(guò)程增氮14×10-6，兩者增氮差別較大。分析原因得出：由于冷軋硅鋼出鋼過(guò)程中不進(jìn)行合金化，鋼水中含有（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）約700×10-6～900×10-6的溶解氧，氧是表面活性元素，會(huì)占據(jù)熔體表面上的活性點(diǎn)，致使能吸附氮原子的表面活性面積減小，減弱氮的溶解吸附；Q450NQR1鋼在出鋼過(guò)程中要進(jìn)行脫氧合金化，采用鋁錳鐵脫氧，脫氧后溶解氧含量迅速降低，致使吸氮量增加，同時(shí)，在合金化過(guò)程中，合金中氮進(jìn)入鋼液，使得w（N）增加。

圖1 轉(zhuǎn)爐出鋼過(guò)程增氮情況

1.2 轉(zhuǎn)爐氮?dú)迩袚Q時(shí)間對(duì)增氮的影響

通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)爐氮?dú)迩袚Q時(shí)間與終點(diǎn)w（N）的關(guān)系進(jìn)行了分析，取低合金鋼Q345R（轉(zhuǎn)爐吹煉8 min后氮?dú)迩袚Q）和普碳鋼Q235A（轉(zhuǎn)爐吹煉8 min后氮?dú)迩袚Q）的轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)樣鋼中w（N）進(jìn)行分析，分析結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同氮?dú)迩袚Q時(shí)間轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)w（N）

由圖2可知，轉(zhuǎn)爐吹煉8 min后氮?dú)迩袚Q后轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)樣鋼中平均w（N）為13.5×10-6，轉(zhuǎn)爐吹煉11 min后氮?dú)迩袚Q后轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)樣鋼中平均w（N）為27.3×10-6，相差13.8×10-6。分析得出：轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程氮?dú)迩袚Q時(shí)間對(duì)終點(diǎn)w（N）影響顯著，對(duì)w（N）要求嚴(yán)格的重點(diǎn)品種必須在轉(zhuǎn)爐吹煉8 min后進(jìn)行氮?dú)迩袚Q。

1.3 轉(zhuǎn)爐后吹對(duì)w（N）影響

取轉(zhuǎn)爐純鐵YT01鋼轉(zhuǎn)爐后吹前后鋼樣，采用化學(xué)方法分析鋼中w（N）及w（N）的變化趨勢(shì)，分析結(jié)果如圖3所示。

圖3 轉(zhuǎn)爐后吹前后鋼中w（N）變化情況

由圖3可知，轉(zhuǎn)爐冶煉YT01后吹前后鋼中w（N）變化明顯，轉(zhuǎn)爐后吹前終點(diǎn)平均w（N）為11×10-6，經(jīng)過(guò)后吹，轉(zhuǎn)爐w（N）平均為18×10-6，平均增氮7×10-6，各爐次w（N）增加量不同，最低增加1×10-6，最高為18×10-6，因此降低轉(zhuǎn)爐后吹率，可降低轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)w（N）。

1.4 轉(zhuǎn)爐出鋼w（S）對(duì)增氮的影響

對(duì)同一鋼種南北區(qū)冶煉過(guò)程中w（S）與w（N）的關(guān)系進(jìn)行分析，結(jié)果如圖4所示。分析可知：北區(qū)轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)w（S）較高，出鋼后終點(diǎn)w（N）較低；南區(qū)轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)w（S）較低，出鋼后w（N）較高。

圖4 南北區(qū)冶煉過(guò)程w（S）對(duì)比

根據(jù)資料分析，硫和氧一樣為表面活性元素，容易占據(jù)熔體表面上的活性點(diǎn)，致使能吸附氮原子的表面活性面積減小，減弱氮的溶解吸附。南區(qū)出鋼前w（S）低，同時(shí)出鋼采用先加鋁強(qiáng)脫氧工藝，鋼水中w（S）、w（O）都很低，增加了鋼水吸氮能力。

2 控制轉(zhuǎn)爐出鋼增氮主要措施

2.1 規(guī)范轉(zhuǎn)爐氮?dú)迩袚Q時(shí)間

規(guī)范轉(zhuǎn)爐吹煉過(guò)程氮?dú)迩袚Q時(shí)間，重點(diǎn)品種在吹煉8 min進(jìn)行氮?dú)迩袚Q，提高轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)命中率，減少轉(zhuǎn)爐后吹次數(shù)。

2.2 控制出鋼過(guò)程增氮

轉(zhuǎn)爐出鋼前鋼包內(nèi)吹氬吹掃2 min，將鋼包內(nèi)空氣排盡。加強(qiáng)出鋼口的維護(hù)，避免出鋼口破損造成出鋼過(guò)程鋼液散流，從而減少出鋼增氮。

2.3 合理控制鋼中溶解w（O）及w（S）

針對(duì)不同鋼種，要合理控制鋼中溶解的w（O）及w（S）。對(duì)于超低碳鋼種，控制轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)溶解的w（O）在600×10-6～700×10-6之間，降低轉(zhuǎn)爐出鋼增氮；對(duì)于低碳低硫鋼種，轉(zhuǎn)爐出鋼過(guò)程并不需要控制較低的w（S），通過(guò)優(yōu)化LF造渣工藝，提高脫硫率，從而降低轉(zhuǎn)爐出鋼增氮。同時(shí)嚴(yán)格控制LF底吹攪拌強(qiáng)度，避免底吹裸漏增氮。

2.4 連鑄過(guò)程保護(hù)澆鑄

嚴(yán)格控制連鑄過(guò)程保護(hù)澆鑄，長(zhǎng)水口采用石墨墊圈，水口部位采用氬封保護(hù)，中包加入覆蓋劑，并采用氬氣覆蓋鋼液面，防止二次氧化。

3 結(jié)論

1）通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程增氮分析，得出轉(zhuǎn)爐出鋼的溶解w（O）、w（S）對(duì)出鋼增氮影響較大，w（O）、w（S）越高，出鋼增氮越少；轉(zhuǎn)爐后吹時(shí)間越長(zhǎng)，增氮越多。

2）通過(guò)工藝優(yōu)化，將超低碳鋼IF鋼轉(zhuǎn)爐出鋼增氮控制在3×10-6，低硫鋼轉(zhuǎn)爐出鋼增氮控制在5×10-6，滿(mǎn)足了鋼種w（N）要求。