張志宏，茹作棟，王春江

(酒泉鋼鐵( 集團(tuán)) 有限責(zé)任公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100)

摘 要: 為降低鋼中氮含量，改善產(chǎn)品質(zhì)量，以某廠各工序環(huán)節(jié)增氮量為參照，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐工序增氮量較大。針對(duì)120 t轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程各環(huán)節(jié)，包括裝入制度、供氧制度、脫氧合金化等方面進(jìn)行對(duì)比，研究發(fā)現(xiàn)高鐵耗生產(chǎn)、縮短供氧時(shí)間、選用 CO2作為底吹氣體，均有利于終點(diǎn)氮含量的控制，轉(zhuǎn)爐出鋼過(guò)程選用氮含量低的合金替代含氮量高的合金也可減少過(guò)程增氮，提高鋼液純凈度。

關(guān)鍵詞: 氮含量; 裝入制度; 供氧制度; 底吹; 脫氧合金

1 引言

一般情況煉鋼生產(chǎn)是力求降低鋼中氮含量，氮在鋼中是以氮化物的形式存在。在 鋼 進(jìn) 行熱處理時(shí)，化學(xué)元素氮會(huì)引起鋼淬火工藝的淬火時(shí)效和形變時(shí)效，從而對(duì)于經(jīng)過(guò)熱處理的鋼材，硬度和強(qiáng)度有所加強(qiáng)，但也是直接導(dǎo)致鋼材可塑性和韌變性明顯降低，并且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)其形變時(shí)效導(dǎo)致鋼材塑性和韌性進(jìn)一步降低。當(dāng)鋼中殘留氮較高，會(huì)導(dǎo)致鋼宏觀組織疏松，甚至形成氣泡; 還降低鋼的焊接性能、電導(dǎo)率、導(dǎo)磁率等; 也會(huì)使鑄坯開(kāi)裂，在軋制過(guò)程形成邊損等產(chǎn)品質(zhì)量缺陷，因此，必須采取有效措施降低鋼中氮含量，特別是高級(jí)別鋼種的氮控制尤顯重要。為此，應(yīng)采用合理的冶煉工藝，提高終點(diǎn)控制的命中率，盡量避免補(bǔ)吹，控制好鋼水溫度和成分，嚴(yán)格出鋼脫氧合金化操作等措施，以降低鋼中氮含量。

2 煉鋼工序鋼中氮含量的變化趨勢(shì)

2．1 工藝流程及主要工藝參數(shù)

某廠頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐容量 為 120 t，熔 池 容 積115．14 m³ ，Φ 5 880 mm，爐容比 0．96 m³ /t，設(shè)計(jì) 6 個(gè)底吹孔，主要工藝參數(shù)見(jiàn)表 1。

正常工作氧壓 0． 71 ～ 0． 90 MPa ，供氧時(shí)間以 14 ～ 18 min 為基礎(chǔ)。3 座 120 t 頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐基本工藝流程為高爐冶煉的鐵水經(jīng)鐵水罐推入混鐵爐經(jīng)混勻后，根據(jù)鐵水硫含量決定是否經(jīng)過(guò)脫硫工藝，之后進(jìn)入轉(zhuǎn)爐，轉(zhuǎn)爐冶煉的合格鋼水經(jīng)精煉爐處理后吊運(yùn)至連鑄機(jī)澆鑄，工藝流程見(jiàn)圖 1。

2．2 煉鋼各工序氮含量的變化趨勢(shì)

在抽取任意爐座、任意班次的 16 爐 SPHC 鋼種( 低碳鋼) 和 14 爐 Q235B 鋼種( 中碳鋼) 的各工序取樣，并進(jìn)行氮含量檢測(cè)分析，結(jié)果見(jiàn)圖 2、圖 3?？紤]鋼樣氮含量檢測(cè)上存在一定的偏差，各環(huán)節(jié)氮含量均跟鋼液終點(diǎn)氮含量相關(guān)，且每道工序都存在一定的增氮，分鋼種對(duì)各鋼種各工序環(huán)節(jié)的氮含量求平均數(shù)，見(jiàn)表 2。從表中可以看出，SPHC 鋼種的終點(diǎn)至進(jìn) LF 的平均增氮量為 0．001 0%，包樣至進(jìn) LF的平均增氮量為 0．007%，進(jìn) LF 至出 LF 的平均增氮量 為 0．005%，出 LF 至 CCM 的 平 均 增 氮 量 為0．001%; Q235B 鋼種的終點(diǎn)至進(jìn) LF 的平均增氮量為 0．001 1%，包樣至進(jìn) LF 的平均增氮量為0．005%， 進(jìn) LF 至出 LF 的平均增氮量為 0． 009%，出 LF 至CCM 的平均增氮量為0．000 1%，結(jié)合圖 4 可以看出轉(zhuǎn)爐工序的增氮量最大，因此，轉(zhuǎn)爐工序的氮含量控制尤為重要。

3 轉(zhuǎn)爐增氮的影響因素

3．1 轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)氮含量影響因素

3．1．1 裝入制度對(duì)終點(diǎn)氮含量的影響

采用分階段定量裝入，根據(jù)裝入制度選取裝入分別為 102+32( 其中鐵水 102 t，廢鋼 32 t) 與 122+12( 其中鐵水 122 t，廢鋼 12 t) 的 SPHC 鋼種進(jìn)行對(duì)比，平均終點(diǎn)氮含量見(jiàn)表 3。當(dāng)高鐵耗生產(chǎn)時(shí)終點(diǎn)氮含量明顯低于低鐵耗生產(chǎn)時(shí)的終點(diǎn)氮含量。在轉(zhuǎn)爐總裝恒定的前提條件下，增加鐵水用量，同時(shí)必須等量減少?gòu)U鋼用量，保證總裝的穩(wěn)定，高鐵耗生產(chǎn)相當(dāng)于增加了轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程的物理熱及化學(xué)熱，同時(shí)爐內(nèi)總的含碳量也較低鐵耗要高，在吹煉過(guò)程可加劇爐內(nèi)碳氧反應(yīng)，增加 CO 的生成量，CO 氣泡的生成有利于吹煉前期、中期將鐵水中的氮排出，間接降低吹煉終點(diǎn)的鋼中氮含量^［1－4］，相反鋼中總碳量減少，生成 CO 量減少，不利于吹煉期間氮的排出。在吹煉終點(diǎn)碳含量相同的條件下，入爐鐵水比越低，鋼中氮含量越高^［5］。

3．1．2 供氧制度對(duì)終點(diǎn)氮含量的影響

頂吹氧槍采用五孔拉瓦爾氧槍，主要參數(shù)見(jiàn)表4。正常氧氣流量控制在 25 000 ～ 27 000 Nm³ / h，自2021 年 2 月開(kāi)始為縮短冶煉周期、探索縮短吹煉時(shí)間對(duì)鋼液終點(diǎn)氮含量的影響，特對(duì)氧槍噴頭參數(shù)進(jìn)行改造，提高過(guò)程氧氣流量至 28 000 Nm³ / h，Q235B鋼種吹煉時(shí)間平均可縮短 42 s，減少了吹煉末期氧氣射流吹開(kāi)渣面后，鋼液面大面積的裸露，造成鋼液吸氮^［6］的狀況，對(duì)比兩種供氧模式下 Q235B 的供氧時(shí)間與終點(diǎn)氮含量的關(guān)系見(jiàn)表 5，發(fā)現(xiàn)供氧時(shí)間越短則終點(diǎn)氮含量越低，第二種模式下氮含量降低了0．000 9%。

3．1．3 轉(zhuǎn)爐底吹對(duì)終點(diǎn)氮含量的影響

復(fù)吹轉(zhuǎn)爐底吹氣體通常使用 N₂和 Ar 作為底吹氣體，底吹強(qiáng)度為 0．03 ～ 0．3 m³ /( t·min) ，主要目的是加強(qiáng)熔池?cái)嚢?sup>［6］，在實(shí)際冶煉過(guò)程中與底吹 N₂和Ar 相比，底吹 CO₂的攪拌能力更強(qiáng)，更容易獲得良好的冶金效果，對(duì)比底吹 N₂和 Ar 與 CO₂的區(qū)別，選取部分 SPHC 系列鋼種及 Q235B 鋼種對(duì)其終點(diǎn)氮含量統(tǒng)計(jì)分析，具體見(jiàn)表 6，底吹 CO₂試驗(yàn)爐次與常規(guī)底吹 N₂和 Ar 爐次相比氮含量能下降 0．000 3% ～0．000 6%。

3．2 出鋼過(guò)程對(duì)鋼液氮含量的影響因素

3．2．1 脫氧合金化對(duì)鋼液氮含量的影響

轉(zhuǎn)爐出鋼過(guò)程是鋼液與空氣直接接觸的過(guò)程，避免不了鋼液被空氣污染，出鋼時(shí)間越長(zhǎng)，鋼水吸氮越多，因此，控制合理的出鋼時(shí)間及出鋼口形狀對(duì)控制氮含量十分有效。出鋼脫氧合金化過(guò)程的氮含量增加主要有脫氧劑及合金自身帶入的氮，以及鋼包吹氬過(guò)程鋼液裸露與空氣直接接觸吸氮兩方面，不同的脫氧合金其自身氮含量不同，見(jiàn)表 7，可以看出低碳錳鐵氮含量是金屬錳球氮含量的 20．6 倍，且其錳含量也高于低碳錳鐵，相同成分范圍下使用量更少，因此，對(duì)氮含量要求嚴(yán)格的含錳鋼種在配錳元素時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮使用金屬錳球。

3．2．2 鋼包加廢鋼對(duì)鋼液氮含量的影響

為增加鋼產(chǎn)量，降低鋼鐵料消耗，采用在出鋼過(guò)程通過(guò)旋轉(zhuǎn)溜管將精細(xì)廢鋼( 鋼筋頭) 加入鋼包的工藝操作，鋼筋頭中氮含量檢驗(yàn)值為 0．012%，加之轉(zhuǎn)爐爐后加入廢鋼后為確保充分融化，底吹攪拌強(qiáng)度增加，鋼液裸露，吸氮較正常爐次有所增加，如圖 5所示精細(xì)廢鋼加入量與鋼液增氮量存在一定的正相關(guān)。

4 結(jié)語(yǔ)

⑴在總裝不變的情況下，增加鐵水量可以加劇爐內(nèi)碳氧反應(yīng)，對(duì)反應(yīng)前、中期脫氮十分有效，因此高鐵耗生產(chǎn)對(duì)氮含量控制有益，120 t 轉(zhuǎn)爐將鐵耗由 850 kg /t 調(diào)整到 1 000 kg /t 的情況下，平均氮含量可降低 0．000 5%。

⑵通過(guò)改變 120 t 轉(zhuǎn)爐氧槍噴頭結(jié)構(gòu)參數(shù)，調(diào)整氧氣流量達(dá)到縮短吹煉時(shí)間，同時(shí)對(duì)比兩種供氧模式下終點(diǎn)鋼液氮含量，發(fā)現(xiàn)縮短供氧時(shí)間 42 s，可降低終點(diǎn)氮含量 0．000 9 %。

⑶底吹 CO₂氣體可以有效降低鋼水終點(diǎn)氮含量，底吹 CO₂試驗(yàn)爐次與常規(guī)底吹 N₂和 Ar 爐次相比氮含量能夠下降 0．000 3% ～ 0．000 6 %，因此，底吹 CO2氣體對(duì)冶煉品種鋼有很好的應(yīng)用價(jià)值。

⑷出鋼過(guò)程加入脫氧合金以及精細(xì)廢鋼后，由于合金和精細(xì)廢鋼本身含氮，為確保充分融化需增加底吹攪拌強(qiáng)度，都使鋼液氮含量大幅度升高，因此冶煉氮含量要求嚴(yán)格的鋼種時(shí)應(yīng)不加精細(xì)廢鋼，選用氮含量低的合金替代含氮量高的合金。

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