CN103451350B - 一种控制钢水中氮含量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种控制钢水中氮含量的方法。所述方法包括以下步骤：采用顶底复吹转炉炼钢，并在转炉冶炼过程中采用不同的顶底复吹供气模式以将转炉钢水的终氮含量控制为60～130ppm，其中，不同的顶底复吹供气模式包括吹炼开始后先采用顶吹氧同时底吹氮气的供气模式，当转炉顶吹氧气的吹氧量达到整个转炉冶炼过程中吹氧总量的90%时，采用顶底复合吹氮的供气模式至吹炼结束；在转炉出钢过程中转炉底吹氮气，同时在转炉出钢前就开始对钢包底吹氮气，并在出钢过程中向钢包中加入脱氧剂使得钢包中的钢水氧活度达到10ppm以下后，增大钢包底吹氮气强度，最终将钢液中的氮含量控制在100～230ppm之间。本发明的方法能够将钢液的氮含量控制在100～230ppm之间，满足不同含氮钢的氮含量要求。
Description
技术领域
本发明涉及炼钢技术领域，更具体地讲，涉及一种在炼钢过程中控制钢水氮含量的方法。
背景技术
对于大多数钢种来说，氮是有害元素，钢中氮含量对钢的机械性能影响较大，尤其是生产用于深冲条件下的低碳、超低碳钢时，氮的不利影响特别明显。但对于部分不锈钢、石油管钢等含氮钢来说，氮可与钢水中的合金元素如V、Al、Nb等形成氮化物并在刚中起到调整晶粒，改善钢质和提高钢材性能的作用。为此，在含氮钢生产时，应采取措施使钢液增氮。
公开号为CN102851451A的中国专利公开了“一种出钢工序钢水增氮的方法”，该方法通过在转炉出钢前和出钢过程对钢包进行吹氮操作，以使钢水在精炼前达到80～90ppm之间，并通过精炼处理得到氮含量小于150ppm的钢水。申请人发现，该方法仅通过出钢过程吹氮气，很难实现使钢水氮含量在精炼前达到80～90ppm之间。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。
本发明的目的之一在于提供一种在增加钢水中氮含量的方法，以满足不同含氮钢氮含量的控制要求。
为了实现上述目的，本发明提供了一种控制钢水中氮含量的方法。所述方法包括以下步骤：采用顶底复吹转炉炼钢，并在转炉冶炼过程中采用不同的顶底复吹供气模式以将转炉钢水的终氮含量控制为60～130ppm，其中，所述不同的顶底复吹供气模式包括：吹炼开始后先采用顶吹氧同时底吹氮气的供气模式，当转炉顶吹氧气的吹氧量达到整个转炉冶炼过程中的吹氧总量的90%时，采用顶底复合吹氮的供气模式至吹炼结束；在转炉出钢过程中转炉底吹氮气，同时在转炉出钢前就开始对钢包底吹氮气，并且在出钢过程中向钢包中加入脱氧剂使得钢包中的钢水氧活度达到10ppm以下后，增大钢包底吹氮气强度，最终将钢液中的氮含量控制在100～230ppm之间。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明通过“两步”增氮即转炉冶炼过程增氮和出钢过程增氮使钢液在氮含量控制在100～230ppm之间，可满足不同含氮钢氮含量的控制要求，减少含氮钢生产时含氮包芯线的用量，成本低，具有很好的工业应用前景。
具体实施方式
在下文中，将结合示例性实施例详细地描述根据本发明的控制钢水中氮含量的方法。
本发明的控制钢水中氮含量的方法的主要技术思路是通过“两步”增氮的方式实现钢液中氮含量的增加，即转炉冶炼过程增氮和出钢过程增氮，使钢液在氮含量控制在100～230ppm之间，为不同氮含量的控制要求的含氮钢种提供较高的氮含量的钢水。
其中，所述转炉冶炼过增氮主要是通过转炉冶炼达到增加钢液中氮含量的要求。具体地，采用顶底复吹转炉炼钢，并在转炉冶炼过程中采用不同的顶底复吹供气模式以将转炉钢水的终氮含量控制为60～130ppm。这里，由于转炉内氧含量较高，此时要将钢水氮含量大于130ppm较为困难，另外，若转炉钢水的终氮含量低于60ppm，那么，要达到含氮钢的氮含量控制要求，对下一工序（即出钢过程）增氮要求变高。所述不同的顶底复吹供气模式包括：吹炼开始后先采用顶吹氧同时底吹氮气的供气模式，当转炉顶吹氧气的吹氧量达到整个转炉冶炼过程中的吹氧总量的90%时，采用顶底复合吹氮的供气模式至吹炼结束。
在一个示例性实施例中，所述不同的顶底复吹供气模式包括：在转炉顶吹氧气的吹氧量达到整个转炉冶炼过程中的吹氧总量的75%之前，顶吹氧气同时底吹氮气，底吹氮气的供气强度为0.04～0.05m3/(min·t钢)；在转炉顶吹氧气的吹氧量达到整个转炉冶炼过程中的吹氧总量的75%～90%之间，顶吹氧气同时底吹氮气，底吹氮气的供气强度为0.02～0.04m3/(min·t钢)；在转炉顶吹氧气的吹氧量达到整个转炉冶炼过程中的吹氧总量的90%至吹炼结束，顶底复合吹氮，顶吹氮气的供气强度为3～4m3/(min·t钢)，并将氧枪枪位控制为1～1.5m，底吹氮气的供气强度为0.05～0.06m3/(min·t钢)。
以下，详细分析在转炉冶炼不同的吹氧阶段采用不同的供气模式和供气强度的原因。
在转炉顶吹氧气的吹氧量达到整个转炉冶炼过程中的吹氧总量的75%之前，炉内碳氧反应相当剧烈，产生的CO具有较强的脱氮能力，此时底吹吹氮且再用较大供气强度的目的是为了补充CO气泡脱去的氮，使炉内氮含量不至于很低，如果底吹供气强度低于0.04m3/(min·t钢)则起不到良好的增氮效果，如底吹供气强度高于0.05m3/(min·t钢)则可能因为炉内反应过于激烈导致喷溅事故发生。
在转炉顶吹氧气的吹氧量达到整个转炉冶炼过程中的吹氧总量的75%～90%阶段，炉内碳氧反应相对较弱，此时采用相对较低的供气强度0.02～0.04m3/(min·t钢)即能满足钢液增氮需要又能使炉内反应平稳，使转炉内钢水温度和成分均匀。供气强度过高可能使炉内反应不平稳，过低则达不到补充钢液内氮含量的目的。
在转炉顶吹氧气的吹氧量达到整个转炉冶炼过程中的吹氧总量的90%至吹炼结束，此阶段是增氮的主要环节，此时炉内碳氧反应几乎接近尾声，碳氧反应产生的CO量减少，脱氮能力弱，如果此时顶吹入大量的氮气可使钢液最大程度吸氮，因此采用较强的顶吹氮气强度和底吹氮气强度可最大限度的增加钢液中氮含量。此时枪位控制在1～1.5m的目的主要是为了氮气射流能更好的穿透熔池，使氮融入钢液，增加钢液氮含量。如果枪位过高正氮气射流冲击深度不足，增氮效果将不理想，但是如果枪位过低则可能导致氮气射流冲击到炉底，导致炉底耐材损毁影响转炉寿命。
所述出钢过程增氮要求转炉出钢过程转炉底吹氮气，同时在转炉出钢前就开始对钢包底吹氮气，并且在出钢过程中向钢包中加入脱氧剂使得钢包中的钢水氧活度达到10ppm以下后，增大钢包底吹氮气强度，最终将钢液中的氮含量控制在100～230ppm之间。
在一个示例性实施例中，所述转炉出钢过程中的转炉底吹氮气的供气强度为0.02～0.04m3/(min·t钢)。在转炉出钢前钢包的吹氮强度为0.003～0.005m3/(min·t钢)，在出钢的同时向钢包中加入脱氧剂，并且控制钢包中的吹氮强度为0.003～0.005m3/(min·t钢)，当钢包中的钢水氧活度达到10ppm以下时，将钢包中的吹氮强度提高至0.005～0.008m3/(min·t钢)直至出钢结束。其中，脱氧剂可以采用含氮钢生产中常用的脱氧剂，例如铝制脱氧剂，铝铁。在出钢过程中，根据钢水氧活度调整钢包吹氮强度的原因是：氧是钢水表面活性元素，氧的存在起到隔绝空气即防止钢液吸氮的作用，在钢水氧含量高的情况下即使采用强底吹氮气钢液也几乎也不吸氮。因此在基本脱除钢液氧含量的情况下，提高底吹氮气供气强度将大大促进钢液吸氮，试验表明氧含量低于10ppm时采用较强的底吹氮供气强度钢液增氮效果较好。
在一个示例性实施例中，在出钢到总出钢量的1/3之前加完所述脱氧剂可以使钢包内钢水氧活度不高于10ppm。
在本发明的一个示例性实施例中，本发明的控制钢水中氮含量的方法可采用以下步骤来实施：
第一步，采用顶底复吹转炉炼钢，并在转炉冶炼过程中采用不同的顶底复吹供气模式，具体地，在转炉顶吹氧气的吹氧量达到整个转炉冶炼过程中的吹氧总量的75%之前，顶吹氧气同时底吹氮气，底吹氮气的供气强度为0.04～0.05m3/(min·t钢)；在转炉顶吹氧气的吹氧量达到整个转炉冶炼过程中的吹氧总量的75%～90%之间，顶吹氧气同时底吹氮气，底吹氮气的供气强度为0.02～0.04m3/(min·t钢)；在转炉顶吹氧气的吹氧量达到整个转炉冶炼过程中的吹氧总量的90%至吹炼结束，顶底复合吹氮，顶吹氮气的供气强度为3～4m3/(min·t钢)，并将氧枪枪位控制为1～1.5m，底吹氮气的供气强度为0.05～0.06m3/(min·t钢)。采用上述步骤后将转炉钢水的终氮含量控制在60～130ppm之间。
第二步，在转炉出钢过程中转炉底吹氮气，供气强度为0.02～0.04m3/(min·t钢)；并且在转炉出钢前和出钢过程中对钢包底吹氮气，供气强度为0.003～0.005m3/(min·t钢)，在出钢的同时向钢包中加入铝制脱氧剂，铝制脱氧剂在出钢到总出钢量的1/3之前全部加入钢包中以使得钢包中的钢水氧活度达到10ppm以下，当钢水脱氧彻底后（即，钢包中的钢水氧活度达到10ppm以下时），将钢包中的吹氮强度提高至0.005～0.008m3/(min·t钢)直至出钢结束。
通过采用以上“两步”增氮的方法最终能够将出钢后的钢液氮含量控制在100～230ppm之间。
为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面结合具体示例对其进行进一步说明。
示例1
将铁水兑入转炉后开始顶底复合吹炼，其中，铁水主要成分包括：C:3.95%、Si：0.21%、Mn：0.18%、P：0.075%、S:0.045%，氮含量为20ppm，铁水温度为1345℃。
以整个转炉冶炼过程中的吹氧总量为基准，在吹氧开始至吹氧量达到吹氧总量的75%之间，底吹氮气，供气强度为0.04m3/(min·t钢)；在吹氧量达到吹氧总量的75%～90%之间，底吹氮气供气强度为0.02m3/(min·t钢)，在吹氧量达到吹氧总量的90%至吹炼结束，底吹氮气供气强度为0.05m3/(min·t钢)；同时在吹炼开始至在吹氧量达到吹氧总量的90%阶段顶吹氧枪向钢液中吹入氧气进行脱碳，在吹氧量达到吹氧总量的90%至吹炼结束顶吹氧枪向钢液中吹入氮气，顶吹氮气时供气强度为3m3/(min·t钢)，氧枪枪位控制在1～1.2m之间，转炉冶炼结束后终点钢液氮含量为60ppm。
出钢时转炉底吹氮气供气强度为0.02m3/(min·t钢)，并提前对钢包底吹氮气，吹气强度为0.003m3/(min·t钢)，在出钢到总出钢量的1/3之前加完铝铁以对钢水彻底脱氧，脱氧结束后钢液氧活度仅为7.8ppm，此时提高钢包底吹氮强度至0.005m3/(min·t钢)直至出钢结束，最终在炉后小平台得到氮含量为100ppm的钢水。
示例2
将半钢兑入转炉后开始顶底复合吹炼，其中，半钢主要成分包括C:3.98%、Si：0.19%、Mn：0.22%、P：0.063%、S:0.031%，氮含量为30ppm，铁水温度为1341℃。
以整个转炉冶炼过程中的吹氧总量为基准，在吹氧开始至吹氧量达到吹氧总量的75%之间，底吹氮气，供气强度为0.045m3/(min·t钢)；在吹氧量达到吹氧总量的75%～90%之间，底吹氮气供气强度为0.025m3/(min·t钢)，在吹氧量达到吹氧总量的90%至吹炼结束，底吹氮气供气强度为0.055m3/(min·t钢)；同时在吹炼开始至在吹氧量达到吹氧总量的90%阶段顶吹氧枪向钢液中吹入氧气进行脱碳，在吹氧量达到吹氧总量的90%至吹炼结束顶吹氧枪向钢液中吹入氮气，顶吹氮气时供气强度为3.5m3/(min·t钢)，氧枪枪位控制在1.1～1.3m之间，转炉冶炼结束后终点钢液氮含量为80ppm。
出钢时转炉底吹氮气供气强度为0.025m3/(min·t钢)，并提前对钢包底吹氮气，吹气强度为0.0035m3/(min·t钢)，在出钢到总出钢量的1/3之前加完铝铁以对钢水彻底脱氧，脱氧结束后钢液氧活度仅为6ppm，此时提高钢包底吹氮强度至0.006m3/(min·t钢)直至出钢结束，最终在炉后小平台得到氮含量为140ppm的钢水。
示例3
将铁水兑入转炉后开始顶底复合吹炼，铁水主要成分包括：C:4.23%、Si：0.32%、Mn：0.35%、P：0.059%、S:0.026%，氮含量40ppm，铁水温度为1354℃。
以整个转炉冶炼过程中的吹氧总量为基准，在吹氧开始至吹氧量达到吹氧总量的75%之间，底吹氮气，供气强度为0.05m3/(min·t钢)；在吹氧量达到吹氧总量的75%～90%之间，底吹氮气供气强度为0.03m3/(min·t钢)，在吹氧量达到吹氧总量的90%至吹炼结束，底吹氮气供气强度为0.06m3/(min·t钢)；同时在吹炼开始至在吹氧量达到吹氧总量的90%阶段顶吹氧枪向钢液中吹入氧气进行脱碳，在吹氧量达到吹氧总量的90%至吹炼结束顶吹氧枪向钢液中吹入氮气，顶吹氮气时供气强度为4m3/(min·t钢)，氧枪枪位控制在1.3～1.5m之间，转炉冶炼结束后终点钢液氮含量为130ppm。
出钢时转炉底吹氮气供气强度为0.03m3/(min·t钢)，并提前对钢包底吹氮气，吹气强度为0.004m3/(min·t钢)，在出钢到总出钢量的1/3之前加完铝铁以对钢水彻底脱氧，脱氧结束后钢液氧活度仅为7ppm，此时提高钢包底吹氮强度至0.008m3/(min·t钢)直至出钢结束，最终在炉后小平台得到氮含量为230ppm的钢水。
综上所述，本发明在转炉冶炼过程中采用不同的顶底复合吹炼工艺（不同的供气方式和不同的供气强度）使钢液最大程度吸氮，在出钢前向钢包内通入氮气，排除钢包内的空气，使得出钢至钢包内的钢水直接接触氮气，在出钢过程根据钢液中的氧活度控制不同的底吹氮气强度达到最佳增氮效果。最终，通过“两步”增氮配合使钢液在氮含量控制在100～230ppm之间，可满足不同含氮钢氮含量的控制要求，减少含氮钢生产时含氮包芯线的用量，成本低，具有很好的工业应用前景。
尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。
Claims (6)
1.一种控制钢水中氮含量的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
采用顶底复吹转炉炼钢，并在转炉冶炼过程中采用不同的顶底复吹供气模式以将转炉钢水的终氮含量控制为60～130ppm，其中，所述不同的顶底复吹供气模式包括：吹炼开始后先采用顶吹氧同时底吹氮气的供气模式，当转炉顶吹氧气的吹氧量达到整个转炉冶炼过程中的吹氧总量的90%时，采用顶底复合吹氮的供气模式至吹炼结束；
在转炉出钢过程中转炉底吹氮气，同时在转炉出钢前就开始对钢包底吹氮气，并且在出钢过程中向钢包中加入脱氧剂使得钢包中的钢水氧活度达到10ppm以下后，增大钢包底吹氮气强度，最终将钢液中的氮含量控制在100～230ppm之间。
2.根据权利要求1所述的控制钢水中氮含量的方法，其特征在于，所述不同的顶底复吹供气模式包括：
在转炉顶吹氧气的吹氧量达到整个转炉冶炼过程中的吹氧总量的75%之前，顶吹氧气同时底吹氮气，底吹氮气的供气强度为0.04～0.05m3/(min·t钢)；
在转炉顶吹氧气的吹氧量达到整个转炉冶炼过程中的吹氧总量的75%～90%之间，顶吹氧气同时底吹氮气，底吹氮气的供气强度为0.02～0.04m3/(min·t钢)；
在转炉顶吹氧气的吹氧量达到整个转炉冶炼过程中的吹氧总量的90%至吹炼结束，顶底复合吹氮，顶吹氮气的供气强度为3～4m3/(min·t钢)，并将氧枪枪位控制为1～1.5m，底吹氮气的供气强度为0.05～0.06m3/(min·t钢)。
3.根据权利要求1所述的控制钢水中氮含量的方法，其特征在于，所述转炉出钢过程中的转炉底吹氮气的供气强度为0.02～0.04m3/(min·t钢)。
4.根据权利要求1所述的控制钢水中氮含量的方法，其特征在于，在转炉出钢前钢包的吹氮强度为0.003～0.005m3/(min·t钢)，在出钢的同时向钢包中加入脱氧剂，并且控制钢包中的吹氮强度为0.003～0.005m3/(min·t钢)，当钢包中的钢水氧活度达到10ppm以下时，将钢包中的吹氮强度提高至0.005～0.008m3/(min·t钢)直至出钢结束。
5.根据权利要求4所述的控制钢水中氮含量的方法，其特征在于，在出钢到总出钢量的1/3之前加完所述脱氧剂。
6.根据权利要求4所述的控制钢水中氮含量的方法，其特征在于，所述脱氧剂为铝制脱氧剂。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Owner name: PANGANG GROUP XICHANG STEEL + VANADIUM CO., LTD. Effective date: 20140130 |
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20140130 Address after: 617000 Taoyuan street, Panzhihua, Sichuan, No. 90 Applicant after: Pangang Group Panzhihua Iron & Steel Research Institute Co., Ltd. Applicant after: Pangang Group Xichang Steel & Vanadium Co., Ltd. Address before: 617000 Taoyuan street, Panzhihua, Sichuan, No. 90 Applicant before: Pangang Group Panzhihua Iron & Steel Research Institute Co., Ltd. |
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Granted publication date: 20150429 Termination date: 20170813 |
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