LF精炼控氮工艺研究

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LF精炼控氮工艺研究

刘鹏举,李肖德

(河钢唐钢新区,河北 唐山 063000)

摘 要:随着钢铁产品在各个领域中发挥的作用越来越大,以及钢铁产能逐年增加,产能过剩导致行业市场竞争的加剧,加上用户对钢质量的要求越来越高,N氮对钢的不良影响越来越受到钢铁领域的重视。本文就LF精炼工序进行增氮控制的研究分析,达到对N含量控制的目的。

关键词:LF;精炼;造渣;控氮

中图分类号:TF769.4 文献标识码:A 文章编号:11-5004(2021)02-0144-2

收稿日期:2021-01

作者简介:刘鹏举,男,生于1988年,汉族,助理工程师,本科,研究方向:冶金工程。河钢唐钢新区投产以来,N含量长期偏高,严重影响了铸坯

质量。目前,普遍认为LF增氮的原因是电弧区增氮、钢液与大

气接触,原材料中的氮。针对热轧事业部精炼车间钢包增氮严

重的情况,通过对LF工序SPHC钢种的各个环节进行分析研究,

制定出不同的对比方案,通过现场试验得到的数据分析,制定规

范操作,取得了良好的控氮结果。

1 N在钢中的危害

除了在少量钢种中,N能提高钢的强度,塑性、耐磨性和改

善钢的焊接性能外,N在大部分钢水中作为杂质元素存在。

氮的存在会降低了钢的韧性和塑性,引起钢的时效硬化,即

钢的强度、硬度随时间的推移而增大,而塑性则有所下降。

氮的存在会造成钢的蓝脆、冷脆。即淬火钢在250℃~400℃

回火后,塑韧性下降,钢呈现为蓝色。

氮和氢综合作用,促使镇静钢锭产生中心疏松或形成显微

孔隙,产生发纹和和皮下气泡,影响钢的焊接性能、热加工性能、

深冲性能,甚至造成铸坯开裂及引起晶间腐蚀所以,现在大多高

等级钢种对钢中的氮含量有严格的要求[1]。

2 实验设计

实验在300t钢包精炼LF炉内进行,钢水装入量在250t左右。

由于影响LF工序增氮的因素较多,故设计了不同的实验方案,

整个实验在同一班组,由同一精炼工进行冶炼,除了设计方案的

不同外,其他因素保持一致。实验分三个阶段进行,及在前一个

方案成立后进行下一个。试验设计如下表1~表3所示。

表1 不同的造渣方案设计

方案实验炉数造渣料加入量/kg是否回收浇余141000是241000否341200是441200否541500是641500否表2 不同的给电方案设计

方案实验炉数电压档位电流档位升温度数/℃

743120

843220

945120

1045220

1147120

1247220

表3 不同的吹氩方案设计

方案实验炉数吹氩流量/NL/min平均吹氩时间/min

134508.2

1441008.2

1541508.2

1642008.2

3 实验结果分析与讨论

所有实验方案的钢种都是SPHC,每个实验方案进行多个炉

次进行,从中选取除控制因素不同外,其他因素都相同的4个炉

次进行分析[2]。

3.1 实验数据收集

表4 不同的造渣方案增氮量

方案实验炉数造渣料加入量/kg是否回收浇余平均增氮量/ppm

141000是0.0008

241000否0.0012

341200是0.0007

441200否0.0010

541500是0.0007

641500否0.0009

表5 不同的给电方案增氮量

方案实验炉数电压档位电流档位升温度数/℃平均增氮量/ppm

7431200.0003

8432200.0003

9451200.0003

10452200.0004

11471200.0004

12472200.0005

表6 不同的吹氩方案增氮量

方案实验炉数吹氩流量/NL/min平均吹氩时间/min平均增氮量/ppm13450100.0001

144100100.0001

154150100.0001

164200100.0002管理及其他M

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3.2 结果分析与讨论

3.2.1 不同的造渣方案对增氮量的影响

00.00020.00040.00060.00080.0010.00120.0014

方案1方案2方案3方案4方案5方案6平均增氮量/ppm

图1 不同的造渣方案对增氮量的影响

对比方案1、方案3、方案5,对于回浇余炉次,造渣料超过

1200KG后,对增氮无明显影响。

对比方案2、方案4、方案6,对于无浇余回收炉次,随着造

渣料增加,增氮量逐渐减小。

对比方案1和方案2、方案3和方案4、方案5和方案6,回浇

余炉次增氮量明显小于不回浇余炉次。

3.2.2 不同的给电方案增氮量的影响

00.00010.00020.00030.00040.00050.0006

方案7方案8方案9方案10方案11方案12平均增氮量/ppm

图2 不同的给电方案增氮量的影响

当化渣后,电压和电流较大时,增加电压和电流对增氮量无

影响。当电压档位超过5之后,增加电压和电流,增氮量明显增加。

3.2.3 不同的吹氩方案增氮量的影响

00.000050.00010.000150.00020.00025

方案13方案14方案15方案16平均增氮量/ppm

图3 不同的吹氩方案增氮量的影响

当静吹氩气小于150NL/min时,流量大小对增氮无影响。

当流量到达2000NL/min时,增当量有1×10-6增加到2×10-6。

3.3 结果讨论

为了保障LF

良好的脱氧脱硫效果,LF精炼整个冶炼过程在

微正压情况下进行操作,但无法避免从钢包与炉盖接触部位,观

察孔部位等吸入空气。特别是后期,钢液面裸漏就有可能增氮。

而造渣料的多少影响着渣层的厚度,对着整个冶炼过程埋弧效果、避免钢液裸漏起着决定性作用。随着造渣料的增加,渣层加厚,增强了给电埋弧效果和避免钢液与空气接触,故可以降低钢

液的增氮量。

氮气在钢液中的溶解反应为:

平衡常数:

从而:

式中:----钢液中[N]活度;

----钢液中[N]活度平衡分压,KPa;

----钢液中[N]活度系数。氮溶解反应常数与温度的关系为:

式中,a,b为两个常数。

当温度升高时,K值增大,钢液中氮的溶解度亦增加,故电

极区增氮严重。

化渣后,高电压档位和高电流档位(即小电压,小电流)会

导致钢液增氮加剧。由于LF处于非完全封闭的状态,加热过程

中,气氛中的氮气会有部分被电离,在电弧的作用下,容易被钢

水吸收,造成钢液吸氮。高功率给电,减少给电时间,降低电弧

电离增氮的机会。低功率加热,导致给电时长增加,增大了钢液

吸氮的几率。在满足埋弧条件下,应尽量加大给电时的电压和电

流,避免长时间给电。

对于脱氧完全并钙处理后的钢水,在氩气流量小于150NL/

min时,由于钢渣的覆盖作用,吹氩时无钢水裸漏,故基本上无

增氮现象。但氩气大于2000NL/min时,由于搅拌作用加大,导

致偶尔有钢水裸漏,会造成钢液吸氮。

4 结论

(1)造渣料的多少与增氮量的大小有比较密切的关系,对精

炼工序对氮含量起决定性作用。精炼采用浇余回收机制,可以明

显降低钢种氮的增加量。无浇余炉次,随着造渣物料加入量的增

加,增氮量减少。

(2)化渣后,小电压,小电流会导致钢液增氮加剧。在满足

埋弧条件下,应尽量增加给电时的电压和电流档位。

(3)静吹时,氩气流量较小时,小范围增加氩气流量,对氮

含量无影响。

参考文献

[1] 成国光,萧忠敏,姜周华,等.新编钢水精炼暨铁水预处理1500问.中国科学技术出版社-2007.[2] 孟建荣,王会凤,杨丽,等.SPHC钢LF精炼过程钢水增氮分析与控制.中国能力验证与标准样品论坛暨2014国际冶金及材料分析测试学术报告会,366-366.