脫氧合金化順序?qū)Υ罅轰摰靠刂频挠绊懛治?/h1>
2022-06-18 20:45:13徐劍徐正彪趙任游加偉李強(qiáng)剛盛凱英
快樂學(xué)習(xí)報(bào)·教師周刊 2022年19期
徐劍 徐正彪 趙任 游加偉 李強(qiáng)剛 盛凱英
摘要：根據(jù)日照鋼鐵板材制造部生產(chǎn)實(shí)際，研究了轉(zhuǎn)爐脫氧合金化順序?qū)Υ罅轰撧D(zhuǎn)爐工序氮含量控制的影響，提出改進(jìn)意見并進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)，為高品質(zhì)大梁鋼控氮給予指導(dǎo)意見。
關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐;脫氧合金化;氮含量
引言
隨著我國汽車制造業(yè)水平的快速發(fā)展，對鋼鐵原材料的質(zhì)量也提出了更高的要求，提升鋼材潔凈度是當(dāng)前鋼鐵企業(yè)的主要目標(biāo)之一。除了耐熱和不銹鋼外，氮在大多數(shù)鋼種中被視為一種有害元素，其在鋼中的危害是多方面的[1]。
尤其是用于制造汽車縱梁、橫梁、加強(qiáng)梁、油箱掛梁、槽鋼或矩形管、橋殼、保險(xiǎn)桿等構(gòu)件的大梁鋼，該鋼種要求具有足夠的強(qiáng)韌性、良好的耐疲勞性、冷成型性和焊接性能，因此對雜質(zhì)元素含量要求嚴(yán)格。對于大梁鋼而言，當(dāng)?shù)枯^高時(shí)，氮與鐵原子結(jié)合生成Fe4N質(zhì)點(diǎn)，并在α-Fe中以微細(xì)彌散的形式析出，增加了鋼材時(shí)效性趨勢，導(dǎo)致藍(lán)脆等現(xiàn)象發(fā)生，進(jìn)而使鋼材的延展性、韌性、冷態(tài)加工等性能都得到不同程度的降低[2]。另一方面較高的氮含量易與鋼中的[Al]、[Ti]等元素形成夾雜物簇群，影響鋼的抗疲勞性能。因此，必須嚴(yán)格控制大梁鋼中氮含量。
本文根據(jù)日鋼板材制造部汽車大梁鋼生產(chǎn)數(shù)據(jù)，研究分析轉(zhuǎn)爐脫氧合金化順序?qū)Φ靠刂频挠绊?，為?yōu)化合金加入順序、降低鋼中氮含量提供必要的技術(shù)支撐和指導(dǎo)。
1大梁鋼生產(chǎn)工藝狀況及氮含量控制水平
1.1轉(zhuǎn)爐工藝狀況
當(dāng)前日鋼板材制造部大梁鋼生產(chǎn)工藝路線：轉(zhuǎn)爐→LF精煉→連鑄。
其中，轉(zhuǎn)爐工序吹煉末期脫氧及合金化主要合金為鋁錠及硅/錳系合金，其加入順序?yàn)椋轰X錠→硅/錳系合金。
1.2大梁鋼氮含量控制水平
為反映大梁鋼氮含量控制水平，以610L一個(gè)澆次20爐的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在工藝過程的選取四個(gè)節(jié)點(diǎn)（轉(zhuǎn)爐氬站、LF出站、連鑄中包、鑄坯材樣）分別取氣體樣，使用美國LECO ONH-836型氧氮?dú)浞治鰞x分析試樣中氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，同一工序取整個(gè)澆次的平均值，繪制成氮含量變化趨勢，如圖1所示。
由圖1可見，日鋼610L成品氮含量較高，整體控制在56ppm～67 ppm。其中轉(zhuǎn)爐出鋼氮含量平均50ppm，是導(dǎo)致610L成品氮含量偏高的主要原因。
2脫氧合金化順序?qū)Φ靠刂频挠绊懛治?/p>
2.1鋼水吸氮的理論基礎(chǔ)
2.1.1鋼水吸氮熱力學(xué)理論
鋼中氮原子在鋼液中的溶解過程為吸熱反應(yīng)，由于氮最終以離子態(tài)存在于鋼液當(dāng)中，因此氮在鋼液中會(huì)發(fā)生溶解反應(yīng)，但氮的溶解和鋼液中碳相似，多以氮原子形式進(jìn)行計(jì)算，且氮在鋼液中的溶解度服從西華特定律。[3]氮在鋼液中溶解過程，可以按照下式進(jìn)行描述：
由公式（8）可見，隨著鋼液中鋁元素活度的增加，氮與鋁能夠形成比較穩(wěn)定的AlN，從而促進(jìn)了吸氮的發(fā)生。
3調(diào)整脫氧合金化順序后鋼液氮含量變化
為降低氬站氮含量，日鋼板材制造部對轉(zhuǎn)爐脫大梁鋼氧合金化順序進(jìn)行了調(diào)整由鋁錠→硅/錳系合金調(diào)整為硅/錳系合金→鋁錠，且鋁錠量≤150kg/爐。
調(diào)整后，同樣以610L一個(gè)澆次的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，轉(zhuǎn)爐氬站氣體樣氮含量控制情況如圖3所示。
脫氧合金化順序調(diào)整后，610L轉(zhuǎn)爐氬站氮含量均值由之前的50ppm將至32ppm，降幅顯著，對610L成品的低氮控制起到了至關(guān)重要的作用。
4結(jié)論
轉(zhuǎn)爐吹煉結(jié)束后優(yōu)先加入鋁錠脫氧再加入硅/錳系合金，會(huì)導(dǎo)致鋼水嚴(yán)重增氮，不利于大梁鋼低氮控制。冶煉大梁鋼時(shí)，轉(zhuǎn)爐吹煉結(jié)束后先加入硅/錳系合金后加入鋁錠脫氧，可以有效地控制轉(zhuǎn)爐出鋼氮含量，確保大梁鋼產(chǎn)品的性能穩(wěn)定性。
參考文獻(xiàn)：
[1]高海潮.氫、氮、氧對鋼的危害來源及對策[J].內(nèi)蒙古科技大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，18（0Z1）：373.
[2]李田茂，倪勤盛，劉賀華，等.鋼水氮含量影響因素及控制措施[J].鞍鋼技術(shù)，2015，（3）：43～46.
[3]梁英教，車蔭昌編，無機(jī)物熱力學(xué)數(shù)據(jù)手冊[M]，東北大學(xué)出版社，1993，p.506.
[4]劉光銀.鋼液吸氮的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析[J].四川冶金，1989，（2）：24～29.
[5]項(xiàng)長祥，GammalT.鋼液和鐵液的吸氮脫氮?jiǎng)恿W(xué)研究[J].河北冶金，1997（1）：20～24.
作者簡介：徐劍，1985年11月，男，漢族，湖北荊門，日照鋼鐵控股集團(tuán)有限公司，本科，工程師，潔凈鋼控制技術(shù)。
徐劍 徐正彪 趙任 游加偉 李強(qiáng)剛 盛凱英
摘要：根據(jù)日照鋼鐵板材制造部生產(chǎn)實(shí)際，研究了轉(zhuǎn)爐脫氧合金化順序?qū)Υ罅轰撧D(zhuǎn)爐工序氮含量控制的影響，提出改進(jìn)意見并進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)，為高品質(zhì)大梁鋼控氮給予指導(dǎo)意見。
關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐;脫氧合金化;氮含量
引言
隨著我國汽車制造業(yè)水平的快速發(fā)展，對鋼鐵原材料的質(zhì)量也提出了更高的要求，提升鋼材潔凈度是當(dāng)前鋼鐵企業(yè)的主要目標(biāo)之一。除了耐熱和不銹鋼外，氮在大多數(shù)鋼種中被視為一種有害元素，其在鋼中的危害是多方面的[1]。
尤其是用于制造汽車縱梁、橫梁、加強(qiáng)梁、油箱掛梁、槽鋼或矩形管、橋殼、保險(xiǎn)桿等構(gòu)件的大梁鋼，該鋼種要求具有足夠的強(qiáng)韌性、良好的耐疲勞性、冷成型性和焊接性能，因此對雜質(zhì)元素含量要求嚴(yán)格。對于大梁鋼而言，當(dāng)?shù)枯^高時(shí)，氮與鐵原子結(jié)合生成Fe4N質(zhì)點(diǎn)，并在α-Fe中以微細(xì)彌散的形式析出，增加了鋼材時(shí)效性趨勢，導(dǎo)致藍(lán)脆等現(xiàn)象發(fā)生，進(jìn)而使鋼材的延展性、韌性、冷態(tài)加工等性能都得到不同程度的降低[2]。另一方面較高的氮含量易與鋼中的[Al]、[Ti]等元素形成夾雜物簇群，影響鋼的抗疲勞性能。因此，必須嚴(yán)格控制大梁鋼中氮含量。
本文根據(jù)日鋼板材制造部汽車大梁鋼生產(chǎn)數(shù)據(jù)，研究分析轉(zhuǎn)爐脫氧合金化順序?qū)Φ靠刂频挠绊?，為?yōu)化合金加入順序、降低鋼中氮含量提供必要的技術(shù)支撐和指導(dǎo)。
1大梁鋼生產(chǎn)工藝狀況及氮含量控制水平
1.1轉(zhuǎn)爐工藝狀況
當(dāng)前日鋼板材制造部大梁鋼生產(chǎn)工藝路線：轉(zhuǎn)爐→LF精煉→連鑄。
其中，轉(zhuǎn)爐工序吹煉末期脫氧及合金化主要合金為鋁錠及硅/錳系合金，其加入順序?yàn)椋轰X錠→硅/錳系合金。
1.2大梁鋼氮含量控制水平
為反映大梁鋼氮含量控制水平，以610L一個(gè)澆次20爐的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在工藝過程的選取四個(gè)節(jié)點(diǎn)（轉(zhuǎn)爐氬站、LF出站、連鑄中包、鑄坯材樣）分別取氣體樣，使用美國LECO ONH-836型氧氮?dú)浞治鰞x分析試樣中氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，同一工序取整個(gè)澆次的平均值，繪制成氮含量變化趨勢，如圖1所示。
由圖1可見，日鋼610L成品氮含量較高，整體控制在56ppm～67 ppm。其中轉(zhuǎn)爐出鋼氮含量平均50ppm，是導(dǎo)致610L成品氮含量偏高的主要原因。
2脫氧合金化順序?qū)Φ靠刂频挠绊懛治?/p>
2.1鋼水吸氮的理論基礎(chǔ)
2.1.1鋼水吸氮熱力學(xué)理論
鋼中氮原子在鋼液中的溶解過程為吸熱反應(yīng)，由于氮最終以離子態(tài)存在于鋼液當(dāng)中，因此氮在鋼液中會(huì)發(fā)生溶解反應(yīng)，但氮的溶解和鋼液中碳相似，多以氮原子形式進(jìn)行計(jì)算，且氮在鋼液中的溶解度服從西華特定律。[3]氮在鋼液中溶解過程，可以按照下式進(jìn)行描述：
由公式（8）可見，隨著鋼液中鋁元素活度的增加，氮與鋁能夠形成比較穩(wěn)定的AlN，從而促進(jìn)了吸氮的發(fā)生。
3調(diào)整脫氧合金化順序后鋼液氮含量變化
為降低氬站氮含量，日鋼板材制造部對轉(zhuǎn)爐脫大梁鋼氧合金化順序進(jìn)行了調(diào)整由鋁錠→硅/錳系合金調(diào)整為硅/錳系合金→鋁錠，且鋁錠量≤150kg/爐。
調(diào)整后，同樣以610L一個(gè)澆次的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，轉(zhuǎn)爐氬站氣體樣氮含量控制情況如圖3所示。
脫氧合金化順序調(diào)整后，610L轉(zhuǎn)爐氬站氮含量均值由之前的50ppm將至32ppm，降幅顯著，對610L成品的低氮控制起到了至關(guān)重要的作用。
4結(jié)論
轉(zhuǎn)爐吹煉結(jié)束后優(yōu)先加入鋁錠脫氧再加入硅/錳系合金，會(huì)導(dǎo)致鋼水嚴(yán)重增氮，不利于大梁鋼低氮控制。冶煉大梁鋼時(shí)，轉(zhuǎn)爐吹煉結(jié)束后先加入硅/錳系合金后加入鋁錠脫氧，可以有效地控制轉(zhuǎn)爐出鋼氮含量，確保大梁鋼產(chǎn)品的性能穩(wěn)定性。
參考文獻(xiàn)：
[1]高海潮.氫、氮、氧對鋼的危害來源及對策[J].內(nèi)蒙古科技大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，18（0Z1）：373.
[2]李田茂，倪勤盛，劉賀華，等.鋼水氮含量影響因素及控制措施[J].鞍鋼技術(shù)，2015，（3）：43～46.
[3]梁英教，車蔭昌編，無機(jī)物熱力學(xué)數(shù)據(jù)手冊[M]，東北大學(xué)出版社，1993，p.506.
[4]劉光銀.鋼液吸氮的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析[J].四川冶金，1989，（2）：24～29.
[5]項(xiàng)長祥，GammalT.鋼液和鐵液的吸氮脫氮?jiǎng)恿W(xué)研究[J].河北冶金，1997（1）：20～24.
作者簡介：徐劍，1985年11月，男，漢族，湖北荊門，日照鋼鐵控股集團(tuán)有限公司，本科，工程師，潔凈鋼控制技術(shù)。
