钢中氢的来源及控制对策
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氢在钢铁生产中的应用及趋势
氢在钢铁生产中的应用及趋势
随着环境保护意识的提高以及国内新能源产业的发展，氢能作为清洁能源受到越来越多的关注，同时在钢铁生产中的应用也越来越广泛。
本文将介绍氢在钢铁生产中的应用及趋势。
1. 调节钢液成分
碳在钢液中扮演着关键作用，但含碳过多或过少都会对钢铁的性质产生不良影响。
而加入适量的氢气可以在炼钢过程中调节钢液的碳含量，保证钢铁的质量，同时还可以减少钢液中的氧和氮含量，提高钢的韧性和强度。
2. 替代燃料
传统的炼钢方式通常采用燃烧煤炭或焦炭，这会产生大量的二氧化碳和氮氧化物等有害气体。
而根据实验结果，使用氢气替代燃料可以大幅度减少这些有害气体的排放，从而减轻环境污染程度。
3. 纯化钢铁
1. 炼钢转型
由于氢气的清洁、高效和可再生性特点，未来将有越来越多的钢铁企业转向使用氢气代替传统燃料，以应对环保压力和资源短缺问题。
预计到2050年，炼钢业中氢气的使用量将会快速增长。
2. 智能化升级
随着新科技的快速发展，钢铁企业正在智能化升级，引入先进的技术设备来提高生产效率、降低生产成本和保证产品质量。
在这一进程中，氢气无疑将扮演着越来越重要的角色。
3. 循环发展
综上所述，随着氢能的发展和应用，其在钢铁生产中的应用也将会越来越广泛，同时也会引领整个产业的升级和转型，打造更加环保、可持续的钢铁生产新模式。
分析冶金化工设备的氢腐蚀及其抑制措施
分析冶金化工设备的氢腐蚀及其抑制措施氢腐蚀是指在金属材料表面与氢环境相连时，由于氢进入了金属晶体内并产生氢化反应而引起的腐蚀现象。
氢腐蚀常常会在冶金化工设备中出现，造成不良影响，因此需要采取相应的抑制措施。
氢的渗透是导致氢腐蚀的关键因素。
在冶金化工设备中，渗透氢主要来源于原料、反应物、介质中的水分以及设备表面的腐蚀产物。
渗透氢进入金属晶体后，与空穴和空腔结合形成氢原子，进一步与金属结构中的微观缺陷相结合，产生氢化反应。
针对氢腐蚀，常见的抑制措施包括以下几种：1. 选用合适的材料对于易受氢腐蚀影响的设备部件，应选用抗氢腐蚀性能较好的材料。
例如，在强酸环境下应选用高合金不锈钢、镍基合金或钦钢等材料。
2. 控制环境条件尽可能避免设备在高温、高压和酸性、碱性等腐蚀性环境下运行，以减少设备受到氢腐蚀的影响。
同时，在操作时应严格控制反应物、原料和介质中的水分含量，减少渗透氢的来源。
3. 表面处理采用表面处理技术可以提高设备表面的抗氢腐蚀性能。
例如，在镀铜等金属材料表面涂覆氧化铬或氢氧化铝等抗氢腐蚀涂层。
4. 加入抑制剂在工业生产中，可以加入一定的抑制剂来降低设备的氢腐蚀率。
抑制剂可以分为两类：氧化还原型和吸附型。
氧化还原型抑制剂通过与渗透氢结合，抑制氢化反应的进行，例如硝酸等氧化剂。
吸附型抑制剂则是通过吸附在金属表面形成一层保护膜来抑制氢的渗透。
5. 定期保养定期保养设备可以有效降低氢腐蚀的影响。
例如，清洗设备内部的沉积物和腐蚀产物，更换老化的设备部件等。
总之，氢腐蚀是冶金化工设备中常见的问题，需要采取有效的抑制措施来降低其影响。
选用合适的材料、控制环境条件、表面处理、加入抑制剂和定期保养等是降低氢腐蚀的有效手段。
钢中氢的来源及控制
钢中氢的来源及控制对策
2.试验条件
2.1 试验工艺及主要设备参数 80tLD-CB（冶炼周期31min）→80tLF（冶炼周期35—55min）→240×1400mm断面弧形 板坯铸机（中包容量15t，浇注周期35min）。 2.2 试验方案 为了检测钢液中真实的氢含量，采用浸入式直读测氢仪(Multi—LabHydris System) 对“转炉炼钢+LF炉+连铸”各工位钢液在线测氢及对原辅料进行详细的水分分析，详 细的测试方案见表1。
表4 转炉吹炼过程辅料加入时机与钢水[H]含量的关系
项目 后吹过程加辅料
辅料水分含量 /%
3.0～5.5
试验炉次 30
辅料加入量/Kg 290
出钢后[H]含量/ppm 3.57
后吹过程未加辅料
/
28
0
2.5
钢中氢的来源及控制对策
4.1.2 耐材的影响 转炉补炉后耐材干燥程度对钢液[H]含量有直接影响，2008年因转炉补炉后耐 材未彻底干燥导致6炉钢[H]〉8.0ppm引发铸坯皮下气孔判废。 4.1.3 合金的影响 试验过程中发现，使用电解法生产的合金对钢液氢含量影响较大，在相同的生 产工艺条件下使用金属锰的炉次比未使用的炉次高1ppm，结果如表5。
897..64811~~~32243..4.18602 34544..6.31.9072546485
钢中氢的来源及控制对策
3.2 各工位钢液[H]测试 转炉炼钢+LF炉+连铸各工位各工位钢液[H]测试结果见表3，从表3可以看出： 转炉冶炼、LF精炼、浇注过程均存在钢液增[H]现象，转炉冶炼过程增[H]量 占 中 间 罐 总 量 的 66.4% 、 LF 占 25.95% 、 浇 注 过 程 占 7.57% 。 中 间 罐 [H]〉 5.0ppm的炉次占44.8%，个别炉次含量高达9.8ppm。
浅谈钢中氢的危害和防止措施
Ａｂｓｒ ｃ ： ｙ ｍｅ ｎｓｏ ｒ ｒａ ａｙ ｉ ｆｑ ｌｔ ｒ ｂ ｅ ，ｈ ｒ ｏ ｙ ｒ ｇ ｎｔ ｔｅ ｒ ｄ ｔａ ｄ ｄｉ ｅｅ ｔｃ ａ ａ ｔｒｓｉ ｓ ｔ ａ ｔ Ｂ ａ ｆｆ ｍｅ ｎ ｌｓｓｏ ｕａｉ ｐ ｏ ｌｍ ｏ ｙ ａ ｍ ｆｈ ｄ ｏ ｅ ｏ ｓｅ ｌｐ ｏ ｕｃ ｎ ｆ ｒ ｎ ｈ ｒ ｃｅ ｉｔｃ ｆ
圆点 ， ２为典型 的开放型气孔截面形貌。 图
钢中自点从发 现这种 缺 陷到现在 已有 ９ ０多年 了， 但对其形成机理仍 不十分清楚 。 目前 ， 较为普
遍的观点是 ， 白点的产生与钢 中的氢 有关 ， 即在 由奥
性能 ； 破坏钢 材 的连续性 ， 钢材易 于脆断 ； 使 由于 白
点 严 重破 坏 了 金 属 基 本 的 连 续 性 ， 且 又 有 成 群 出 而
现的特点 ， 一个炉号的钢中有 白点存 在时 ， 用该炉号 钢锭锻造 的大多数工件都有 ， 通常是 全炉报废 ， 对钢 材危害极 大， 因此又把 白点称为钢材的癌症 。
增大 ， 气泡有 向薄弱处或 者表 面移动 的趋势 。气 泡
２ １ 年第 ４期 ００
南钢 科技 与管理
３ ７
内壁呈现涟漪状 ， 无氧化 ， 也不 会 出现脱碳 现象。这 是 由于气泡形 成于凝 固过程 中， 内壁 与外界 空气 隔 绝所致 （ 如图 １ 所示 ） 。即使气泡上浮 的速度大 于钢 水凝 固的速度 ， 有时也会产生气孔 ， 因为在结 晶器壁 钢水 弯月面处 ， 气体排 除仍然 困难 ， 种情况下产生 这 的气孔 大多 为 开放 型。此类 气 孔截 面 呈冰 糖 葫芦
关键词 ： 气泡 气孔 白点 延迟裂纹 氢
Ｄｉｃ ｓｏ ｎ Ｈａ ｍ ｆ Ｈｙ ｏ ｅ ｏ Ｓ ｅ ｌａ ｄ Ｐｒ ｖ ｎｔｖ ｅ ｓ ｒ ｓ ｓ ｕｓ ｉ ｎ ｏ ｒ ｏ ｄｒ ｇ ｎ ｔ ｔ ｅ ｎ ｅ ｅ ｉ ｅ Ｍ ａ ｕ ｅ
圆点 ， ２为典型 的开放型气孔截面形貌。 图
钢中自点从发 现这种 缺 陷到现在 已有 ９ ０多年 了， 但对其形成机理仍 不十分清楚 。 目前 ， 较为普
遍的观点是 ， 白点的产生与钢 中的氢 有关 ， 即在 由奥
性能 ； 破坏钢 材 的连续性 ， 钢材易 于脆断 ； 使 由于 白
点 严 重破 坏 了 金 属 基 本 的 连 续 性 ， 且 又 有 成 群 出 而
现的特点 ， 一个炉号的钢中有 白点存 在时 ， 用该炉号 钢锭锻造 的大多数工件都有 ， 通常是 全炉报废 ， 对钢 材危害极 大， 因此又把 白点称为钢材的癌症 。
增大 ， 气泡有 向薄弱处或 者表 面移动 的趋势 。气 泡
２ １ 年第 ４期 ００
南钢 科技 与管理
３ ７
内壁呈现涟漪状 ， 无氧化 ， 也不 会 出现脱碳 现象。这 是 由于气泡形 成于凝 固过程 中， 内壁 与外界 空气 隔 绝所致 （ 如图 １ 所示 ） 。即使气泡上浮 的速度大 于钢 水凝 固的速度 ， 有时也会产生气孔 ， 因为在结 晶器壁 钢水 弯月面处 ， 气体排 除仍然 困难 ， 种情况下产生 这 的气孔 大多 为 开放 型。此类 气 孔截 面 呈冰 糖 葫芦
关键词 ： 气泡 气孔 白点 延迟裂纹 氢
Ｄｉｃ ｓｏ ｎ Ｈａ ｍ ｆ Ｈｙ ｏ ｅ ｏ Ｓ ｅ ｌａ ｄ Ｐｒ ｖ ｎｔｖ ｅ ｓ ｒ ｓ ｓ ｕｓ ｉ ｎ ｏ ｒ ｏ ｄｒ ｇ ｎ ｔ ｔ ｅ ｎ ｅ ｅ ｉ ｅ Ｍ ａ ｕ ｅ
控制钢中氢含量的工艺措施
３．２钢液温度对钢中氢的影响
１０‘４％；当真空度继续到１００ Ｐａ时，中包钢水［Ｈ］比 真空度５０ Ｐａ时增加了０．８５
ｘ
１０“％。说明提高真
空度，有利于溶解在钢液中的自由氢原子从钢液中 排除，当真空度小于６７ Ｐａ时，脱氢效果不明显，考 虑成本问题，真空度为６７ Ｐａ合适。
３．４保持真空时间对钢中氢的影响
表１ 不同季节ＶＤ炉真空
霹 ＊ 苌 幂 面 导
处理前和破空软吹后钢液平均［Ｈ］×１０“％
Ｔａｂ．１
Ａｖｅｒａｇｅ［Ｈ】ｉｎ
ｍｏｌｔｅｎ ｓｔｅｅｌ
ｂｅｆｏｒｅ Ｖａｃｕｕｍ ｔｒｅａｔｉｎｇ ｂｙ ＶＤ
ｆＩｌｍａｃｅ强ｄ ａｆｔｅｒ
ｓｅａｓｏｎｓ
真空厦／Ｐａ
ｂｒｅａｋｉｎｇ—ｅｍｐｔｙ ｓｏｆｔ—ｂｌｏｗｉｎｇ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
总第２２１期 ２０１４年第５期
ＨＥＢＥＩ
河北冶全
ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ
Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．２２ｌ ２０１４．Ｎｕｍｂｅｒ ５
控制钢中氢含量的工艺措施
郝彦英１’２，成国光１，王
０５００３１１
强１’２
（１．北京科技大学冶金与生态学院，北京１０００８３；２．河北钢铁集团石钢公司技术中心，河北石家庄 摘要：氢是钢中的有害元素，过高的氢含量可引起钢的氢裂、白点缺陷。分析了季节、钢液温度、真空度、 保真空时间、钢包顶渣对钢中氢含量的影响，提出了控制钢中氢的技术措施。实施后，钢中氢含量下降
Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｈｅｂｅｉ
ＳＴＥＥＬ
１一
Ｈａｏ Ｙａｎｙｉｎｇ １一，Ｃｈｅｎｇ Ｇｕｏｇｕａｎｇ
１，Ｗａｎｇ Ｑｉａｎｇ
（１．Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ ａｎｄ Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
１０‘４％；当真空度继续到１００ Ｐａ时，中包钢水［Ｈ］比 真空度５０ Ｐａ时增加了０．８５
ｘ
１０“％。说明提高真
空度，有利于溶解在钢液中的自由氢原子从钢液中 排除，当真空度小于６７ Ｐａ时，脱氢效果不明显，考 虑成本问题，真空度为６７ Ｐａ合适。
３．４保持真空时间对钢中氢的影响
表１ 不同季节ＶＤ炉真空
霹 ＊ 苌 幂 面 导
处理前和破空软吹后钢液平均［Ｈ］×１０“％
Ｔａｂ．１
Ａｖｅｒａｇｅ［Ｈ】ｉｎ
ｍｏｌｔｅｎ ｓｔｅｅｌ
ｂｅｆｏｒｅ Ｖａｃｕｕｍ ｔｒｅａｔｉｎｇ ｂｙ ＶＤ
ｆＩｌｍａｃｅ强ｄ ａｆｔｅｒ
ｓｅａｓｏｎｓ
真空厦／Ｐａ
ｂｒｅａｋｉｎｇ—ｅｍｐｔｙ ｓｏｆｔ—ｂｌｏｗｉｎｇ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
总第２２１期 ２０１４年第５期
ＨＥＢＥＩ
河北冶全
ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ
Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．２２ｌ ２０１４．Ｎｕｍｂｅｒ ５
控制钢中氢含量的工艺措施
郝彦英１’２，成国光１，王
０５００３１１
强１’２
（１．北京科技大学冶金与生态学院，北京１０００８３；２．河北钢铁集团石钢公司技术中心，河北石家庄 摘要：氢是钢中的有害元素，过高的氢含量可引起钢的氢裂、白点缺陷。分析了季节、钢液温度、真空度、 保真空时间、钢包顶渣对钢中氢含量的影响，提出了控制钢中氢的技术措施。实施后，钢中氢含量下降
Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｈｅｂｅｉ
ＳＴＥＥＬ
１一
Ｈａｏ Ｙａｎｙｉｎｇ １一，Ｃｈｅｎｇ Ｇｕｏｇｕａｎｇ
１，Ｗａｎｇ Ｑｉａｎｇ
（１．Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ ａｎｄ Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
钢中氢、氮、氧的来源及其控制对策
钢中氢、氮、氧的来源及其控制对策高海潮摘要：比较了国内外钢中氢、氮、氧的水平，叙述了国外对纯净钢要求不断提高的过程,分析了钢中氢、氮、氧的来源，讨论了氢和氧的变化规律、吹氧过程中氮的变化以及碳和氧的关系,提出了减少钢污染的有效方法，总结出净化钢液的主要技术措施。
关键词：纯净钢来源钢污染控制措施Sources and Control Measures of Hydrogen,Nitrogen andOxygen in SteelGao Haichao（Ma Anshan Iron & Steel Co.Ltd.）Abstract：The contents of hydrogen, nitrogen and oxygen in steel produced in our country and other countries are compared in this paper. The requirements for clean steel are increased. The analysis on sources of H,N,O in steel have been carried out. The rule of changes in H and O contents, N change in oxygen-blowing process and the relationship between C and O have been discussed herein. The effective measures of decreasing steel pollution are put forward, and the main technology for mloten steel cleaning is then concluded.Keyworks：clean steel source steel pollution control measure1 前言1996年，我国的钢产量突破1亿 t，成为世界第一产钢大国。
钢中氢气体知识问答(3)
1.钢中氢的来源？答：氢气在炉气中的分压力很低，大气中氢的分压力为0.053Pa。
因此钢中的氢主要由炉气中的水蒸汽的分压力来决定的(见图3)。
氢进入钢液的主要途径是：通过废钢表面的铁锈(XFeO.rFe3O4.2H2O)；铁合金中的氢气；增碳剂、脱氧剂、复盖剂、保温剂、造渣剂(Ca(OH)2)、沥青和焦油中的水份；未烤干的钢包、中间包、中注管、汤道；钢锭模的喷涂料；结晶器渗水以及大气中的水份与钢水或炉渣作用而进入钢中。
图1. 冶炼时钢液中氢和氧的变化规律2.一般钢中氢含量？答：氢以原子或离子(质子)的形式溶解于钢中，在一定温度下，钢液中氢的浓度[H]与氢的分压P H的平方根成正比。
即：[H]=K √ P H2当温度为1600 ︒C时K为0.0027，氢在铁中的溶解度随着温度和压力的下降而降低。
氢在固体铁中的溶解度与铁的晶体结构有关，发生相变时，溶解度急剧变化.如铁于1534︒C由液态结晶为固态时氢的溶解度显著下降；在1390︒C由δ－Fe转变为γ－Fe时溶解度重又增加，而在910︒C由γ－Fe转变为α－Fe时溶解度又显著下降。
氢在碱性电炉钢中约4-11个ppm，酸性电炉钢中约为3.5-8个ppm，转炉钢中约为3-6个ppm。
现今较为公认的钢中氢含量详见表1.表1. 一般钢中氢含量3.钢中氢对钢性能的危害？答：氢溶入钢中会降低钢的塑性和韧性。
研究表明，氢含量高不仅会导致钢的伸长率和面缩率急剧降低，还易产生氢致裂纹缺陷。
钢在冷却放置过程中，氢呈过饱和固溶体状态，由于其具有极强的扩散能力，很可能聚集在某些部位，使钢产品的局部压力增高，产生白点，形成内裂，进一步诱发高碳钢的疲劳损伤，严重影响其使用性能。
另一方面，冷却放置时，氢也能扩散到大气中，从而降低钢中的氢含量，减弱其危害。
4. 如何降低钢中氢？答：溶解在钢中的氢和氮以原子状态存在，其溶解反应为：{}[]H H =2%21在一定温度下达到平衡时: []212%H H P H K =[]2%H H P K H ⋅=上式说明氢在钢中的溶解度与作用在钢液面上的氢的分压的平方根成正比，即称西华特定律。
钢中氢的来源及低成本控制对策
钢中氢的来源及低成本控制对策1钢中氢、氧、氮的来源在常压下进行钢的冶炼，气体除铁水中已溶解的外，还可以通过各种原辅料及炉气进入钢液。
当进入钢中的气体量超过冶炼过程脱碳沸腾、氩气搅拌、真空脱气的脱气量时，钢中气体的含量就增加。
1.1氢的来源氢气在炉气中的分压力很低，大气中氢的分压力为0.053 Pa。
因此钢中的氢主要由炉气中的水蒸汽的分压力来决定的(见图1)。
氢进入钢液的主要途径是：通过废钢表面的铁锈(xFeO·rFe3O4·2H2O)；铁合金中的氢；增碳剂、脱氧剂、覆盖剂、保温剂、造渣剂(Ca(OH)2)、沥青和焦油中的水份；未烤干的钢包、中间包；结晶器保护渣、结晶器渗水以及大气中的水份与钢水（钢包下水口与长水口之间等）或炉渣作用而进入钢中。
图1列出了冶炼时钢液中氢和氧的变化规律。
图1冶炼时钢液中氢和氧的变化规律铁合金中溶解有一定量的氢，其含量取决于其冶炼方法、操作水平、合金成分以及破碎程度等，通常在较宽的范围内波动。
表1列出了资料上介绍的一些铁合金中的氢含量范围。
表1一些铁合金中的氢含量范围1.2氧的来源氧在各种炼钢炉冶炼终点时都以一定量存在于钢水中，氧是我们供给的这是不言而喻的。
因为炼钢过程首先是氧化过程，脱［P］、脱［S］、脱［Si］、脱［C］都需要向铁水供氧。
但随着炼钢过程的进行，尽管工艺操作千变万化，可是炼钢炉内熔池中钢液的［C］、［O］的关系却有着共同的规律性。
即随着［C］的逐步降低，［O］却在逐步增高，［C］和［O］有着相互对应的平衡关系。
1.3氮的来源氮气在炉气中的分压力很高，大气中氮的分压力大体保持在7.8×104 Pa。
因此钢中的氮主要是钢水裸露过程中吸入并溶解的。
电炉炼钢，包括二次精炼的电弧加热，加速了气体的解离，故［N］含量偏高；铁合金、废钢铁和渣料中的氮也会随炉料带入钢水。
2炼钢生产防止氢污染的主要技术措施（节源：基础工作）从管理上降低钢中原始氢含量，既是最经济的、符合降成本需要的，也是企业实现环境友好、资源节约的需要。
钢中氢的来源及控制对策 ppt课件
图2 LF渣料水分总量与增[H]量关系图
9
钢中氢的来源及控制对策
4.2.2 大吹氩时间与增氢量的关系 随大吹氩时间增加，炉气中的水分分解后进入钢液的氢量增加，结果如 图3，该阶段增[H]量占LF总增[H]量的16.66%。 4.2.3 LF加热时间对增氢的影响 在其它工艺一致的条件下，随加热时间的延长，钢液[H]增加。该阶段 增[H]的主要因素是炉气中的水被电弧电离后溶入钢水。 4.2.4 钙处理工艺与增氢量的关系 (1) 喂SiCa线速度与增氢量的关系 SiCa喂入量相同的前提下，增氢量随喂线速度增加有由大变小，再变大 的趋势，结果如图4所示。当喂线速度为180m/min左右时，增氢量最小。
表1 钢液测氢试验方案
名称
检测内容
转炉速补料
水分含量、用量、补炉后烘烤时间
转炉用辅料及合金
水分含量及用量、加入时机
出钢结束
钢液测氢
LF用辅料及合金
水分含量及用量
LF精炼过程
钢液测氢
连铸中间罐、结晶器覆盖剂
水分含量及用量
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
中间罐
钢液测氢
N2、O2、Ar气体
水分含量
钢中氢的来源及控制对策
3.试验结果
3.1 原辅料水分 炼钢过程辅料及合金水分含量分析结果见表2，从分析结果可以看出：转炉速补料、化 渣剂等部分材料水分较高，部分试样水分接近20%，部分石灰制品水分含量〉1.2%。
钢中氢的来源及控制对策
3.2 各工位钢液[H]测试 转炉炼钢+LF炉+连铸各工位各工位钢液[H]测试结果见表3，从表3可以看出： 转炉冶炼、LF精炼、浇注过程均存在钢液增[H]现象，转炉冶炼过程增[H]量 占 中 间 罐 总 量 的 66.4% 、 LF 占 25.95% 、 浇 注 过 程 占 7.57% 。 中 间 罐 [H]〉 5.0ppm的炉次占44.8%，个别炉次含量高达9.8ppm。
9
钢中氢的来源及控制对策
4.2.2 大吹氩时间与增氢量的关系 随大吹氩时间增加，炉气中的水分分解后进入钢液的氢量增加，结果如 图3，该阶段增[H]量占LF总增[H]量的16.66%。 4.2.3 LF加热时间对增氢的影响 在其它工艺一致的条件下，随加热时间的延长，钢液[H]增加。该阶段 增[H]的主要因素是炉气中的水被电弧电离后溶入钢水。 4.2.4 钙处理工艺与增氢量的关系 (1) 喂SiCa线速度与增氢量的关系 SiCa喂入量相同的前提下，增氢量随喂线速度增加有由大变小，再变大 的趋势，结果如图4所示。当喂线速度为180m/min左右时，增氢量最小。
表1 钢液测氢试验方案
名称
检测内容
转炉速补料
水分含量、用量、补炉后烘烤时间
转炉用辅料及合金
水分含量及用量、加入时机
出钢结束
钢液测氢
LF用辅料及合金
水分含量及用量
LF精炼过程
钢液测氢
连铸中间罐、结晶器覆盖剂
水分含量及用量
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
中间罐
钢液测氢
N2、O2、Ar气体
水分含量
钢中氢的来源及控制对策
3.试验结果
3.1 原辅料水分 炼钢过程辅料及合金水分含量分析结果见表2，从分析结果可以看出：转炉速补料、化 渣剂等部分材料水分较高，部分试样水分接近20%，部分石灰制品水分含量〉1.2%。
钢中氢的来源及控制对策
3.2 各工位钢液[H]测试 转炉炼钢+LF炉+连铸各工位各工位钢液[H]测试结果见表3，从表3可以看出： 转炉冶炼、LF精炼、浇注过程均存在钢液增[H]现象，转炉冶炼过程增[H]量 占 中 间 罐 总 量 的 66.4% 、 LF 占 25.95% 、 浇 注 过 程 占 7.57% 。 中 间 罐 [H]〉 5.0ppm的炉次占44.8%，个别炉次含量高达9.8ppm。
炼钢过程中气体和夹杂物的冶金控制
白点主要见于大中型锻件或钢坯。这 些钢件的尺寸愈大，对白点的敏感性也 愈大。把对白点敏感性大的钢锻轧成小 截面的型材及锻件时，很少发现白点。 例如在截面有效厚度小于50mm的钢中 一般不出现白点。 钢件在锻轧后的冷却速度对白点的产 生也起着重要的作用。对白点有敏感性 的钢锻轧后，以较快速度冷却则最易使 白点形成。
研究认为，钢的氢脆倾向除与形变速度、工 作温度及钢的强度水平有关外，还受下列因 素的影响: (1)钢中氢浓度 随着钢中氢浓度的增加，钢 的塑性降低或发生脆断所需时间减少。 (2)钢中微量有害元素 铁素体钢、马氏体钢 中的硫、磷在氢的共同作用下，使钢的脆 性更加明显。此外，Sb, Sn, As, Bi等有害微量 元素也会促进氢脆断裂。
2)采用钢包吹氢脱氢工艺对钢液进行 处理。
三、钢中氮的行为及去除 氮在钢中的作用并不像氢那样完全无 益，因为对于某些钢(例如奥氏体不锈钢) 来讲，氮可以作为合金元素提高钢在某 些方面的性能。尽管如此，由于氮是强 烈提高钢冷脆性的一个元素。所以对钢 中的氮也必须给予足够的重视。
(一)钢中氮的来源 钢中的氮主要来源于炼钢过程中的炉气和金 属原料(如含Cr, V, Al, Ti较高的废钢和铁合金)。 目前主要采用的炼钢方法中，以氧气转炉炼钢 法生产的钢材氮的质量分数最低，所以使用的 氧气越纯净，钢液中氮就越少。例如要使钢中 氮的质量分数小于0.003%，则氧气纯度必须大 于99%。而电沪冶炼的钢材一般含氮都较高， 因为高温电弧不但使炉气和原料中的氮分子易 于分解，而且也容易被熔池吸附。
从上式中可看出，当炉气中水的蒸汽压 PH2O增大时，ωH必定增大;而当ωO高时，不利 于水蒸气的分解。因此，在炼钢末期和电弧炉 炼钢的还原期，钢液最易于从炉气中吸氢。 此外，钢中含氢量与钢的冶炼方法、钢种成分 也有关系。在三种主要炼钢方法(碱性平炉、碱 性电弧炉、氧气顶吹转炉)中，电弧炉钢中的氢 含量最高，这主要是因为电弧区的高温(高于 3000℃ )使炉气中的水蒸气易于分解且被钢液 吸收。而氧气顶吹转炉使用工业纯氧进行吹炼， 炉气中水蒸气分压低，加之其熔池脱碳反应激 烈，故使钢中氢含量最低。
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图2 LF渣料水分总量与增[H]量关系图
钢中氢的来源及控制对策
4.2.2 大吹氩时间与增氢量的关系 随大吹氩时间增加，炉气中的水分分解后进入钢液的氢量增加，结果如 图3，该阶段增[H]量占LF总增[H]量的16.66%。 4.2.3 LF加热时间对增氢的影响 在其它工艺一致的条件下，随加热时间的延长，钢液[H]增加。该阶段 增[H]的主要因素是炉气中的水被电弧电离后溶入钢水。 4.2.4 钙处理工艺与增氢量的关系 (1) 喂SiCa线速度与增氢量的关系 SiCa喂入量相同的前提下，增氢量随喂线速度增加有由大变小，再变大 的趋势，结果如图4所示。当喂线速度为180m/min左右时，增氢量最小。
4.分析与讨论
4.1 转炉冶炼过程中对[H]的影响 4.1.1 后吹过程原辅料水分对氢的影响 转炉后吹过程中即：脱碳速度减弱，氧含量增加，炉温升高，炉内动力学 热力学条件均有助于钢液增[H]的发生。当向炉内加入水分含量较高的原 辅料将导致氢的平衡分压增加，[H]向钢中扩散速率增加，钢水[H]含量增 加[2]，结果如表4。从表4可以看出：后吹过程中未加辅料炉次出钢后[H] 平均含量为2.5ppm，比后吹过程中加辅料的炉次低1.07ppm。
表1 钢液测氢试验方案
名称 转炉速补料 转炉用辅料及合金 出钢结束 LF用辅料及合金 LF精炼过程 连铸中间罐、结晶器覆盖剂
中间罐 N2、O2、Ar气体
检测内容 水分含量、用量、补炉后烘烤时间
水分含量及用量、加入时机 钢液测氢
水分含量及用量 钢液测氢
水分含量及用量 钢液测氢 水分含量
钢中氢的来源及控制对策
表3 炼钢过程不同工序[H]含量
工序名称
出钢结束
LF升温后
LF合金化 后
钙处理前
精炼结束
中间罐
[H]含量 7.8 ~ 2.1 8.4 ~ 2.6 8.6 ~ 2.8 9..1 ~ 3.2 9.1 ~ 3.4 9.8 ~ 4.0
/ppm
3.606
4.155
4.376
4.74
4.94
5.328
.
钢中氢的来源及控制对策
关键词 转炉炼Biblioteka 氢 来源 变化规律钢中氢的来源及控制对策
1.前前言言
氢在钢中的危害主要表现为引起“氢脆”， “白点”以及点状偏析、静载疲劳断裂等严重缺陷， “氢脆”将使钢的塑性下降，脆性增大，并且在低 于其极限强度的应力作用下造成钢结构或钢件的突 然脆性断裂[1]。在冶金生产中氢会导致铸坯形成气 泡、裂纹和针孔[2]。为了掌握炼钢过程中钢水氢含 量变化规律，重钢引进Hydris定氢仪，对“转炉炼 钢+LF炉+连铸”过程中[H]的来源进行研究，掌握了 炼钢过程钢液氢含量变化规律及控制增氢的措施。
钢中氢的来源及控制对策
Power Design
交流作者：高祝兵主任 重钢股份公司炼钢厂
2011.3 昆明
钢中氢的来源及控制对策
摘要
通过采用浸入式直读测氢仪对“转炉炼钢+LF炉+连 铸”过程中[H]的来源进行研究，试验结果表明：转 炉冶炼、LF精炼、浇注过程均存在钢水增[H]现象。 增氢原因有：原辅材料及合金水分、系统耐材水分、 耐材化学成分分解的碳氢化合物、钢液二次氧化导 致钢水增[H]。分析影响钢液增氢的主要因素及环节， 并提出了改进措施。
3.试验结果
3.1 原辅料水分 炼钢过程辅料及合金水分含量分析结果见表2，从分析结果可以看出：转炉速补料、化 渣剂等部分材料水分较高，部分试样水分接近20%，部分石灰制品水分含量〉1.2%。
表2 炼钢过程辅料及合金水分含量
名称 转炉速补料
试验炉数/炉
镁球及化渣剂
转炉用其它辅料综合水分含量
转炉及LF各类合金
表4 转炉吹炼过程辅料加入时机与钢水[H]含量的关系
项目 后吹过程加辅料
辅料水分含量 /%
3.0～5.5
试验炉次 30
辅料加入量/Kg 290
出钢后[H]含量/ppm 3.57
后吹过程未加辅料
/
28
0
2.5
.
钢中氢的来源及控制对策
4.1.2 耐材的影响 转炉补炉后耐材干燥程度对钢液[H]含量有直接影响，2008年因转炉补炉后耐 材未彻底干燥导致6炉钢[H]〉8.0ppm引发铸坯皮下气孔判废。 4.1.3 合金的影响 试验过程中发现，使用电解法生产的合金对钢液氢含量影响较大，在相同的生 产工艺条件下使用金属锰的炉次比未使用的炉次高1ppm，结果如表5。
221
LF用辅料综合水分含量
中包渣
结晶器保护渣
N2、O2、Ar气体
3
.
水分含量/% 5～19
3.2～19.2 1.04～1.47
＜0.05 1.1～1.6
＜0.40 ＜0.35 ≤4ppm
897..64811~~~32243..4.18602 34544..6.31.9072546485
钢中氢的来源及控制对策
数值
钢水升温结束后氢增量（PPm）
4.5
4
3.5
3
2.5
合金及其 它辅料综
2
合水分含
量/%水分
1.5
含量
1
[H]含量/%
0.5
0
时间
1月份 2月份 3月份 4月份 5月份 6月份
图1 出钢过程合金及其它辅料水分含量对[H]的影响
.
1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0
0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 渣料水分总量（kg）
表5 合金对钢水[H]含量的影响
项目
试验炉次
加入量/Kg
使用金属锰的炉次
30
1100
使用低磷锰铁的炉次
30
1100
出钢后[H]含量/ppm 3.5 2.5
.
钢中氢的来源及控制对策
4.1.4 出钢过程合金及辅料水分含量对[H]的影响 合金及其它辅料水分含量对[H]的影响如图1所示，随着合金及其它辅料水分含 量的增加，钢液中[H]含量增加。 4.2 LF精炼过程对[H]的影响 4.2.1 各种渣料水分与增氢量的关系 LF精炼过程，随渣料中水分总量增加，化渣升温阶段氢含量量增加，结果如图 2，该阶段增[H]量占LF总增[H]量的47.12%。
3.2 各工位钢液[H]测试 转炉炼钢+LF炉+连铸各工位各工位钢液[H]测试结果见表3，从表3可以看出： 转炉冶炼、LF精炼、浇注过程均存在钢液增[H]现象，转炉冶炼过程增[H]量 占中间罐总量的66.4%、LF占25.95%、浇注过程占7.57%。中间罐[H]〉5.0ppm 的炉次占44.8%，个别炉次含量高达9.8ppm。
.
钢中氢的来源及控制对策
2.试验条件
2.1 试验工艺及主要设备参数 80tLD-CB（冶炼周期31min）→80tLF（冶炼周期35—55min）→240×1400mm断面弧形 板坯铸机（中包容量15t，浇注周期35min）。 2.2 试验方案 为了检测钢液中真实的氢含量，采用浸入式直读测氢仪(Multi—LabHydris System) 对“转炉炼钢+LF炉+连铸”各工位钢液在线测氢及对原辅料进行详细的水分分析，详 细的测试方案见表1。
钢中氢的来源及控制对策
4.2.2 大吹氩时间与增氢量的关系 随大吹氩时间增加，炉气中的水分分解后进入钢液的氢量增加，结果如 图3，该阶段增[H]量占LF总增[H]量的16.66%。 4.2.3 LF加热时间对增氢的影响 在其它工艺一致的条件下，随加热时间的延长，钢液[H]增加。该阶段 增[H]的主要因素是炉气中的水被电弧电离后溶入钢水。 4.2.4 钙处理工艺与增氢量的关系 (1) 喂SiCa线速度与增氢量的关系 SiCa喂入量相同的前提下，增氢量随喂线速度增加有由大变小，再变大 的趋势，结果如图4所示。当喂线速度为180m/min左右时，增氢量最小。
4.分析与讨论
4.1 转炉冶炼过程中对[H]的影响 4.1.1 后吹过程原辅料水分对氢的影响 转炉后吹过程中即：脱碳速度减弱，氧含量增加，炉温升高，炉内动力学 热力学条件均有助于钢液增[H]的发生。当向炉内加入水分含量较高的原 辅料将导致氢的平衡分压增加，[H]向钢中扩散速率增加，钢水[H]含量增 加[2]，结果如表4。从表4可以看出：后吹过程中未加辅料炉次出钢后[H] 平均含量为2.5ppm，比后吹过程中加辅料的炉次低1.07ppm。
表1 钢液测氢试验方案
名称 转炉速补料 转炉用辅料及合金 出钢结束 LF用辅料及合金 LF精炼过程 连铸中间罐、结晶器覆盖剂
中间罐 N2、O2、Ar气体
检测内容 水分含量、用量、补炉后烘烤时间
水分含量及用量、加入时机 钢液测氢
水分含量及用量 钢液测氢
水分含量及用量 钢液测氢 水分含量
钢中氢的来源及控制对策
表3 炼钢过程不同工序[H]含量
工序名称
出钢结束
LF升温后
LF合金化 后
钙处理前
精炼结束
中间罐
[H]含量 7.8 ~ 2.1 8.4 ~ 2.6 8.6 ~ 2.8 9..1 ~ 3.2 9.1 ~ 3.4 9.8 ~ 4.0
/ppm
3.606
4.155
4.376
4.74
4.94
5.328
.
钢中氢的来源及控制对策
关键词 转炉炼Biblioteka 氢 来源 变化规律钢中氢的来源及控制对策
1.前前言言
氢在钢中的危害主要表现为引起“氢脆”， “白点”以及点状偏析、静载疲劳断裂等严重缺陷， “氢脆”将使钢的塑性下降，脆性增大，并且在低 于其极限强度的应力作用下造成钢结构或钢件的突 然脆性断裂[1]。在冶金生产中氢会导致铸坯形成气 泡、裂纹和针孔[2]。为了掌握炼钢过程中钢水氢含 量变化规律，重钢引进Hydris定氢仪，对“转炉炼 钢+LF炉+连铸”过程中[H]的来源进行研究，掌握了 炼钢过程钢液氢含量变化规律及控制增氢的措施。
钢中氢的来源及控制对策
Power Design
交流作者：高祝兵主任 重钢股份公司炼钢厂
2011.3 昆明
钢中氢的来源及控制对策
摘要
通过采用浸入式直读测氢仪对“转炉炼钢+LF炉+连 铸”过程中[H]的来源进行研究，试验结果表明：转 炉冶炼、LF精炼、浇注过程均存在钢水增[H]现象。 增氢原因有：原辅材料及合金水分、系统耐材水分、 耐材化学成分分解的碳氢化合物、钢液二次氧化导 致钢水增[H]。分析影响钢液增氢的主要因素及环节， 并提出了改进措施。
3.试验结果
3.1 原辅料水分 炼钢过程辅料及合金水分含量分析结果见表2，从分析结果可以看出：转炉速补料、化 渣剂等部分材料水分较高，部分试样水分接近20%，部分石灰制品水分含量〉1.2%。
表2 炼钢过程辅料及合金水分含量
名称 转炉速补料
试验炉数/炉
镁球及化渣剂
转炉用其它辅料综合水分含量
转炉及LF各类合金
表4 转炉吹炼过程辅料加入时机与钢水[H]含量的关系
项目 后吹过程加辅料
辅料水分含量 /%
3.0～5.5
试验炉次 30
辅料加入量/Kg 290
出钢后[H]含量/ppm 3.57
后吹过程未加辅料
/
28
0
2.5
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钢中氢的来源及控制对策
4.1.2 耐材的影响 转炉补炉后耐材干燥程度对钢液[H]含量有直接影响，2008年因转炉补炉后耐 材未彻底干燥导致6炉钢[H]〉8.0ppm引发铸坯皮下气孔判废。 4.1.3 合金的影响 试验过程中发现，使用电解法生产的合金对钢液氢含量影响较大，在相同的生 产工艺条件下使用金属锰的炉次比未使用的炉次高1ppm，结果如表5。
221
LF用辅料综合水分含量
中包渣
结晶器保护渣
N2、O2、Ar气体
3
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水分含量/% 5～19
3.2～19.2 1.04～1.47
＜0.05 1.1～1.6
＜0.40 ＜0.35 ≤4ppm
897..64811~~~32243..4.18602 34544..6.31.9072546485
钢中氢的来源及控制对策
数值
钢水升温结束后氢增量（PPm）
4.5
4
3.5
3
2.5
合金及其 它辅料综
2
合水分含
量/%水分
1.5
含量
1
[H]含量/%
0.5
0
时间
1月份 2月份 3月份 4月份 5月份 6月份
图1 出钢过程合金及其它辅料水分含量对[H]的影响
.
1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0
0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 渣料水分总量（kg）
表5 合金对钢水[H]含量的影响
项目
试验炉次
加入量/Kg
使用金属锰的炉次
30
1100
使用低磷锰铁的炉次
30
1100
出钢后[H]含量/ppm 3.5 2.5
.
钢中氢的来源及控制对策
4.1.4 出钢过程合金及辅料水分含量对[H]的影响 合金及其它辅料水分含量对[H]的影响如图1所示，随着合金及其它辅料水分含 量的增加，钢液中[H]含量增加。 4.2 LF精炼过程对[H]的影响 4.2.1 各种渣料水分与增氢量的关系 LF精炼过程，随渣料中水分总量增加，化渣升温阶段氢含量量增加，结果如图 2，该阶段增[H]量占LF总增[H]量的47.12%。
3.2 各工位钢液[H]测试 转炉炼钢+LF炉+连铸各工位各工位钢液[H]测试结果见表3，从表3可以看出： 转炉冶炼、LF精炼、浇注过程均存在钢液增[H]现象，转炉冶炼过程增[H]量 占中间罐总量的66.4%、LF占25.95%、浇注过程占7.57%。中间罐[H]〉5.0ppm 的炉次占44.8%，个别炉次含量高达9.8ppm。
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钢中氢的来源及控制对策
2.试验条件
2.1 试验工艺及主要设备参数 80tLD-CB（冶炼周期31min）→80tLF（冶炼周期35—55min）→240×1400mm断面弧形 板坯铸机（中包容量15t，浇注周期35min）。 2.2 试验方案 为了检测钢液中真实的氢含量，采用浸入式直读测氢仪(Multi—LabHydris System) 对“转炉炼钢+LF炉+连铸”各工位钢液在线测氢及对原辅料进行详细的水分分析，详 细的测试方案见表1。