钢水氮含量影响因素及控制措施.docx

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李田茂;倪勤盛;刘贺华;田福
【摘 要】分析了转炉生产环节中由于复吹气体选择、转炉出钢口维护、合金选择、吹氩清扫以及 LF 精炼过程中炉内通电时间、脱氧剂、、缩短 LF 通电时间等措施后,钢中氮含量掌握在 0％以下.
【期刊名称】《鞍钢技术》
【年(卷),期】2025(000)003
【总页数】4 页(P43-46)
【关键词】转炉;精炼;钢水;氮含量
【作 者】李田茂;倪勤盛;刘贺华;田福
【作者单位】本钢集团北营炼钢厂,辽宁本溪 117000;本钢集团北营炼钢厂,辽宁本溪 117000;本钢集团北营炼钢厂,辽宁本溪 117000;本钢集团北营炼钢厂,辽宁本溪117000
【正文语种】中 文
【中图分类】TF703
近年来，随着本钢集团北营炼钢厂优质线材品种钢生产量的不断增大以及客户对产品质量要求的不断提高，如何在提高炼成率的同时提高产品质量、满足客户需求就显得尤为重要。钢中氮含量高不仅会增加钢材的时效、蓝脆，也使钢水中钛、硼、铌、铝元素的回收率降低并形成脆性氮化物夹杂，恶化了钢的性能。针对此问题，
本钢北营炼钢厂对生产中各个环节进展了分析，找出其中增氮量较大的环节，制定
相应措施，从而使氮含量得到了有效掌握。
复吹对钢中氮含量的影响
在炼钢吹炼过程中，由于氧气的冲击作用以及产生的 CO 气体的不断逸出，钢水在增氮的同时也在进展脱氮反响。复吹模式的选择对氮含量的影响随着脱碳反响的剧烈程度而变化，假设吹炼全程底部供氮气时,即便供氮强度小,钢水中氮含量也会增加至 0%～ 5%。
实践说明,吹炼前期、中期供给氮气,钢水中增氮的可能性很小,由于吹炼前中期脱碳 反响的剧烈进展使钢液的吸氮速度小于脱气速度［1］。所以,前、中期复吹氮气造成钢水吸氮的可能性很小。而吹炼末期钢水氧含量大幅增加 ,使钢中氮的活度增大。另外，熔池中产生的 CO 气泡的脱氮作用也会使钢中含氮量进一步降低。但是,随
着钢中碳含量的降低,脱碳速度显著下降,产生的 CO 气体量削减,炉口差压变小,从炉口卷入的空气量增多,炉气中氮的分压增大,因而会消灭增氮现象,特别是后吹炉次消灭了较高的增氮量。对高碳钢〔转炉终点 ω［C］≥%〕、普碳钢 〔%≤ω［C］≤%〕、低碳钢〔转炉终点 ω［C］≤%〕转炉吹炼完毕后的氮含量进展检测〔各抽检 10 炉，计算出平均氮含量〕，结果见图 1。由图 1 可以看出，转炉终点 C 含量越低，吹炼时间越长，钢中 N 含量越高。后吹炉次同样增加了冶炼时间，增大了从炉口卷入空气导致增 N 的机率。
出钢口对钢中氮含量的影响
出钢口外形不规章以及出钢口粘接冷钢都会直接影响钢流的外形,出钢的钢流发散增加了钢水与大气接触的比外表积,给钢水吸氮制造了条件。而出钢时间的长短也同样影响钢中氮含量,由于出钢时间越长,钢水与大气接触的时间就越长,吸氮的可能性就越大。为检验出钢口外形以及出钢时间对钢中 N 含量的影响，对出钢散流且
平均出钢时间约为 5 min 和出钢不散流且出钢时间在 3 min 的同一钢种〔Q235B〕
钢中 N 含量进展检测〔不考虑其它工艺影响〕，结果见表 1。
由表 1 看出，出钢不散流且时间较短炉次比出钢散流且时间较长炉次平均 ω［N］ 低 %。
脱氧合金化对钢中氮含量的影响
由于合金含氮量的不同以及对合金收得率的较高要求，选择不同的合金及参加时机 会得到不同的收得率，从而也影响钢水氮含量的增加。炼钢常见合金氮含量见表 2。检测高碳钢生产过程中复合碳铁及焦炭增碳剂的增氮状况觉察，使用复合碳铁后钢 水氮含量比使用焦炭增碳剂的普遍高 6%～ 1%。
吹氩操作对钢中氮含量的影响
氩气泡在钢水中上浮及其引起的猛烈搅拌反响,供给了气相成核和夹杂颗粒碰撞的时机,有利于气体和夹杂物的排解,这就是氩气的搅拌作用。另外,氩气在钢水中逸出后掩盖在钢液面上,能使钢水避开二次氧化和吸取气体,但是压力过大时会使液面暴露而发生二次氧化和吸气，增 N,效果反而不好。
检测出钢前对钢包的氩气吹扫以及出钢全程氩气搅拌觉察，氩气吹扫后的钢水氮含量比不吹扫炉次平均氮含量低 3%。
LF 精炼炉钢水增氮的机理
精炼 LF 炉在通电时由于电弧区局部温度到达 2 100℃以上，氧和硫的外表活性作用对阻碍吸氮的影响作用消逝，氮的溶解度增加，只要钢水消灭暴露就会吸氮，氮气在钢液中的溶解反响如下：
式中，K 为氮溶解反响常数；fN 为钢液中 N 的活度系数；PN2 为钢液中 N 的平衡分压，kPa；a、b 为常数。
由式〔3〕可以看出，随着温度的提高，氮溶解反响常数 K 增大，钢液中氮的溶解度也随之增加，在电弧区钢液增氮较为严峻。
通电时间
随着通电时间的增加，特别是高温状态下的通电，会加速空气中氮气的电解，对高
碳钢、低碳低硅铝冷静钢、含钛钢的生产数据进展了检测。高碳钢通电时间平均为20 min；低碳低硅铝冷静钢由于需要进展改渣操作，通电时间平均为 23 min；含
钛钢由于合金含量较大，因此升温幅度较大，通电时间平均为 28 min。上述三种类型钢种在不同通电时间下的增氮量见图 2。由图 2 可以看出，通电时间越长，钢水中的氮含量越高。
不同脱氧剂
炉渣中氮的溶解度随 ω〔FeO〕的降低而上升，并随着碱度的增大而上升。在采
用碳粉与硅铁粉复合脱氧、电石脱氧复原炉渣时，则会发生如下反响生成 Ca〔CN〕 2。
电石渣由于 CO 的隔离作用，氮含量的波动较小。而大量使用铝粒脱氧的炉次，由于铝热反响使炉渣温度快速上升，从而加速了氮气的电解，炉渣中氮含量会更高。随着炉渣中氮含量的增高，钢水中的氮含量相应地也会增多。含钛钢种生产时，假设钢水脱氧不良，在参加钛铁后也会由于钛的强脱氧作用降低钛收得率，并大幅度增加钢水氮含量。
式中，ω［N］e 为与氮分压平衡的钢液中氮的质量百分浓度；V 为钢液体积；F 为钢液外表积；Kc 为传质系数；fN 为钢液中 N 的活度系数；aO 为钢液中氧的活度,a 为钢液中硫的活度,
从式〔7〕可以看出，钢液中的氧、硫含量会影响吸氮反响速度常数 Kc 值，氧、
硫越低，Kc 值越大。说明钢液脱氧程度直接影响吸氮反响，在精炼炉脱氧越完全， 钢液的吸氮越严峻［2］。
LF 炉炉内气氛
LF 精炼过程并不是一个真空环境，虽然底吹氩气会造成微正压状态，但是假设除尘风量大于底吹氩气的流量时，炉外的空气会被抽入钢包与包盖之间，从而导致空
气与暴露的钢水接触，发生增氮现象。LF 精炼炉承受微正压操作比正常负压操作
会降低增氮量约 5%～ 8%［3］。
转炉冶炼以及出钢控氮
在复吹过程中承受前中期供氮气,后期供氩气,在吹炼至脱碳顶峰期约 10～12 min 时，进展氩气切换氮气操作［4］；对出钢口的外形以及外部挂钢进展重点掌握,以钢流不发散为原则,出钢时间掌握在 5～7 min；选择合金物料时不选用氮含量偏高的物料，目前已停顿选购复合碳铁以及硅钙粉。在合金化过程中，特别是铝合金化时承受出钢留氧炉后脱氧的方式，避开形成过多的 AlN；提高一次拉碳率，分析
补吹缘由制定措施，削减因点吹带入的增氮量；承受出钢前对钢包吹氩 2～3 min， 出钢全程通过底吹氩搅拌实现氩气掩盖钢液面；提高出钢碳含量，在氩气的作用下 进一步进展碳氧反响；冶炼低碳钢时，在出钢时向包内参加少量增碳剂，使其在氧 作用下同样形成一氧化碳小气泡，促进脱氮以及钢液面气体掩盖；为防止大吹氩搅 拌钢水增氮，炼钢制定合理的出钢温度，避开高温钢水,减缓氮的集中和溶解。
LF 炉控氮
在保证精炼效果的前提下缩短通电时间，并且在通电前期承受低电压、低电流进展稳弧，削减空气电解，在流淌性炉渣形成后承受快速升温方式，从而进一步降低增氮量；针对不同的钢种，在承受脱氧剂时选择交互方式，造好泡沫渣，避开脱氧过度，在铝脱氧钢中后期参加少量电石渣，使其稀释隔绝氮气，减缓吸氮［5］；在LF 通电过程中，通过调整风机转速以及风门开度的方式实现微正压操作，使炉口以及电极孔四周稍微向外冒烟，避开负压操作将四周空气抽向炉内，与钢水接触。此外选择适宜的底吹氩流量，使钢水在搅拌的前提下避开钢液面暴露。
在不经过真空处理的状况下通过以下几点削减增氮量如下：
转炉脱碳期顶峰完毕后将复吹气体切换为氩气，能够削减增氮量 9%～ 6%；
转炉提高终点［C］、［P］、温度整体命中率，避开点吹，能削减增氮量
4%～ 0%；
维护出钢口清洁，避开散流出钢，出钢时间短，能够降低钢中氮含量约
7%；
出钢前氩气吹扫钢包，选择适宜的吹氩流量，能够削减增氮量 1%～
2%；
转炉工序人为制造碳氧反响，产生一氧化碳气泡进展钢水隔离，能够削减增氮量 2%～ 4%；
LF 炉在保证冶金效果的前提下缩短通电时间，能够削减增氮量 2%/min；
LF 炉选择适宜的通电电压、电流以及脱氧剂，保证埋弧效果，削减空气电解， 能够削减增氮量 3%～ 0%；
对 LF 炉调整风门开度，保持 LF 炉微正压操作，能够削减增氮量 5%～ 8%。
各工序氮含量见图 3 所示。
实行以上措施后，将转炉出钢后的增氮量稳定掌握在 8%以下；LF 炉低硅含铝钢增氮量掌握在 1%以下，含钛钢种增氮量掌握在 6%以下。由图3 可以看出，最终成品氮含量掌握在 0%以下。
复吹转炉吹炼末期易导致吸氮，终点 C 含量越低，吸氮越多；出钢口不规章、出钢时间越长，钢中吸氮越多；选择低氮含量的合金进展合金化；炉后吹氩氩气大 小以及钢包氩气吹扫等均影响钢中 N 含量的掌握。在 LF 炉精炼环境下，钢水暴露时极易吸氮。
实行削减后吹、准时维护出钢口、钢包氩气吹扫、杜绝大氩气吹氩以及缩短钢水通电时间、选用合理的精炼脱氧剂造泡沫渣、LF 炉内承受微正压避开负压等
措施后，各类钢种钢中 N 含量均掌握在 0%以下。
【相关文献】
［1］［M］.北京:冶金工业出版社,2025.
［2］成国光，萧忠敏， 1500 问［M］.北京:中国科学技术出版社，2025.
［3］耿继双, 精炼及后道工序钢中氮、氧含量掌握技术争论［ J］.鞍钢技术,2025
〔3〕:28～30.
［4］［M］.北京:冶金工业出版社,2025.
［5］［M］.北京:冶金工业出版社,2025.