降低钢中氮含量的措施

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降低钢中氮含量的措施

作者：达志鹏

来源：《海峡科学》2008年第06期

[摘要] 分析了钢液中氮的行为，采用强化碳氧反应，优化脱氧合金化，LF的精炼埋弧工艺，连铸采用全过程保护浇铸等综合控制手段，钢材中的氮含量控制在60ppm以内。 [关键词] 钢液 氮 保护浇铸 1 前言

福建省三明钢铁（集团）有限责任公司（以下简称―三钢‖）使用100吨转炉—LF精炼炉—10m弧的连铸机生产工艺流程，在开发生产优质的硬线钢和金属制品用钢时，优化复吹模式，采用大流量底吹Ar形成强烈的气流场；LF采用大渣量埋弧操作并缩短加热时间；连铸采用保护浇铸，防止钢液在浇铸过程中吸入氮的技术方式，得到的钢种成品，钢的纯净度和质量均符合国标要求，其氮含量可控制在60ppm以内。

在开发优质硬线钢和金属制品用钢过程中，发现氮在钢中的存在会大大降低钢材的塑性和韧性，对钢种的力学性能和内在质量产生不利的影响。针对氮在钢中的行为，经过细致的研究和摸索，开发出了低氮冶炼模式：即通过控制原材料和合金的质量，生产中减少各个工序氮的吸入，大大降低了成品中的氮含量，生产出了合格的钢材，也探索出了适合本公司生产工艺流程控制钢中含氮的方法。 2 钢中氮行为的分析

2.1三钢冶炼生产工艺流程及要求

铁水→铁水预处理→顶底复吹转炉→LF精炼炉→R10m连铸机。

在炼钢生产过程中，不可避免的会在一些工艺环节上增加钢中的含氮量，为了尽可能地降低钢中氮，必须研究生产中钢液增氮的机理，探索控制钢中氮的工艺模式。 2.2 氮在钢液中的溶解度

氮在钢中的溶解度符合Sieverts定律，即: ………………………（1）

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公式中：[%N]：钢液中氮的重量百分浓度；KN：氮溶解的平衡常数；fN：钢液中氮的活度系数； ：钢液中元素X对氮的相互作用系数； ：钢液中元素X对氮的二阶相互作用系数； ：氮气分压。

2.3 合金元素对氮含量的影响

钢中主要合金元素为碳、硅、锰。氮在钢液中的溶解度与其元素有关和温度有关，其关系为：

……（2）[1]

从式（2）可以看出，氮在钢中的溶解，随着温度的升高而增加。合金C、Si含量越高氮含量降低，而锰含量高则氮含量也高。从我厂生产实践中可以看出低碳系列钢种和硬线钢种比较，低碳低硅含氮量偏高。 2.4 工序中氮含量情况

三钢顶底复吹转炉没有采用低氮冶炼模式时，出钢氮含量不稳定，一般在40ppm左右，如表1所示。在脱氧合金化过程采用铝脱氧，容易使得合金化的钢液再次吸入氮。钢水经过LF精炼后上连铸浇铸，连铸采用全流程保护浇铸，浇铸成钢坯。从表1可看出铸坯中氮含量偏高。

3 各个工序增氮原因分析及措施 3.1 炉生产对增氮的影响和措施

钢液在顶底复吹转炉中吹炼，因在炉内存在大量的表面活性元素氧，使得钢液吸氮能力降低，由于氧和FeO在钢液表而富集。减少气液反应界面降低钢液吸氮速度（见图1，图2）。当倒炉时钢液在高温下与空气接触，会使钢液表面增大，此时钢液中氮含量低，容易吸收空气中的氮，从而增加钢中N含量。而且钢液温度高，钢液与氮反应速度加快也容易吸收空气中的氮。因为氧枪下枪补吹形成空气气流绕流于悬浮液滴的周围，若有补吹时也会使钢液增氮。图1 股流形成的驻点流动示意图 图2 钢中氧含量和盘条中氮含量关系

由图3可见钢水多次补吹后，钢水中O含量增加，成品材中N含量也更高。另外在出钢钢流不圆整时，容易增大钢水与空气的接触面积，增加反应界面面积。钢液中氧氮含量增加。 图3 钢中氧含量和钢液表面氧活度关系