電爐冶煉工序鋼液氮含量的控制工藝研究

電爐冶煉工序鋼液

氮含量的限制工藝探討

舞陽鋼鐵公司付冬陽目錄摘要脫氮的基本理論冶煉過程鋼液氮含量的變更生產(chǎn)中部分因素對鋼液氮含量的影響結(jié)論1、摘要通過對電爐煉鋼過程中不同條件、不同時(shí)期氣體樣進(jìn)行分析，探討了電爐鐵水配比、VD真空保持時(shí)間等工藝參數(shù)對鋼液中氮含量變更的影響。實(shí)踐表明電爐出鋼氮含量隨鐵水配比的增加而降低，但當(dāng)鐵水配比大于40%后，變更不明顯，出鋼氮含量可限制在（35—67）ppm；20分鐘與15分鐘的真空保持時(shí)間相比，脫氮率可提高15%以上。2、脫氮的基本理論2.1、脫氮熱力學(xué)在煉鋼溫度下，氮溶解在鋼中，并遵循西華特定律：（1）

（2）由公式（2）可以看出，降低氮分壓可降低氮在鋼液中的溶解度，所以真空處理可以在確定程度上脫氮。氮在鋼液中的溶解是吸熱過程，隨著溫度的上升，氮的溶解度是增加的，所以溫度過高會增加脫氮難度。在煉鋼溫度范圍下，鋼液中的氮含量遠(yuǎn)沒有達(dá)到平衡，如條件允許，鋼液會接著自發(fā)的吸氮。2、脫氮的基本理論2.2脫氮動力學(xué)脫氮過程包括以下三個(gè)環(huán)節(jié)：（1） 氮原子由鋼液向氣-液界面擴(kuò)散；（2） 氮原子在氣-液界面吸附，并結(jié)合成氮分子再從界面脫附；（3） 氮分子向氣相擴(kuò)散。其中環(huán)節(jié)（1）為脫氮的限制性環(huán)節(jié)，即脫氮的動力學(xué)由氮原子向氣-液界面擴(kuò)散傳質(zhì)限制。3、冶煉過程鋼液氮含量的變更3.1電爐冶煉時(shí)期氮含量變更在熔化期，電極下方固體料熔化塌落時(shí)無爐渣愛護(hù)，金屬液滴干脆與爐氣接觸，有利于氮的溶解。爐氣中的氮?dú)庠陔娀〉淖饔孟赂纱喾纸?，為鋼液吸氣?chuàng)建了優(yōu)越的環(huán)境，所以鋼中氮含量在熔化過程中增加。在氧化期，由于氧化期吹氧脫碳反應(yīng)快速，熔池猛烈沸騰，此時(shí)脫氣速度大于吸氣速度，加之熔池渣層形成，從確定程度上隔絕了鋼液與爐氣的干脆接觸，鋼液氮含量漸漸降低。但到了氧化末期，脫碳速度降低、CO量削減且氧化渣變淡薄，爐氣中氮?dú)饬吭黾樱撝械可杂谢厣?、冶煉過程鋼液氮含量的變更3.2LF精煉煉時(shí)期氮含量變更LF精煉過程雖有氬氣攪拌，但熔池仍相對安靜，脫氣實(shí)力差。精煉過程處在較高的冶煉溫度下，同時(shí)氬氣攪拌使得鋼液有機(jī)會與爐氣干脆接觸，造成增氮，并且期間所加入的渣料、合金和脫氧劑等本身就含有確定量的氮，所以LF精煉過程中鋼液氮含量不行避開的增加。3、冶煉過程鋼液氮含量的變更3.3VD真空脫氣時(shí)期氮含量變更VD抽真空脫氣處理時(shí)，真空室內(nèi)氮的氣體分壓降低，溶解在鋼液中的氣體就會擴(kuò)散出去，從而降低了鋼液中氣體含量。真空狀態(tài)下氫的脫除效率較高，但由于氮的原子半徑大，擴(kuò)散速度慢，同時(shí)氮多以氮化物狀態(tài)存在，真空脫氮效率不如脫氫高。4、生產(chǎn)中部分因素對鋼液氮含量的影響4.1電爐鐵水配比對鋼中氣體含量的影響對鐵水成分偏差不大、生產(chǎn)過程無異樣的不同鐵水配比爐次進(jìn)行出鋼前氣體含量分析，結(jié)果見圖1。在鐵水配比40%以下時(shí)，隨著鐵水比增加，出鋼氮含量明顯降低，這是由于冶煉爐料的整體配碳比上升，氧化期碳氧反應(yīng)猛烈脫氣效果提高；但在鐵水配比大于40%以后，受電爐爐膛限制，提高配鐵比后供氧強(qiáng)度并不能同比例增加，熔池沸騰猛烈程度確定，只能增加脫氣時(shí)間，出鋼氮含量降幅減緩。4、生產(chǎn)中部分因素對鋼液氮含量的影響4.2LF精煉周期對鋼液氮含量的影響對同一鋼種Q345R，相同氬氣攪拌強(qiáng)度，不同精煉周期狀況下精煉畢氮含量的變更進(jìn)行取樣分析，結(jié)果見圖2。隨著精煉周期的延長，鋼液中氮含量增加，主要是因?yàn)榻?jīng)鋁脫氧后，鋼液中的溶解氧降低，氧的表面活性作用下降，抑制吸氮界面反應(yīng)的實(shí)力降低，有利于鋼液吸氮，隨著精煉周期的延長，脫氧后的鋼液與大氣接觸的機(jī)會增多，鋼液氮含量增加。4、生產(chǎn)中部分因素對鋼液氮含量的影響4.3合金加入量對精煉畢鋼中氮含量的影響

對于鋼液中氮的活度系數(shù)而言，Cr、Mo、Mn、Ti、V等對氮的作用是降低鋼中氮的活度系數(shù)，提高氮在鋼種的溶解度，而B、C、Ni、P、S、Si等元素的作用則相反。同時(shí)目前運(yùn)用的增碳劑、脫氧劑和合金中都含有確定量的氮[3]（如表1），在精煉增碳、脫氧和合金化過程都可能造成鋼液增氮。對相同生產(chǎn)條件不同合金含量Cr-Mo系鋼種爐次進(jìn)行取樣分析，結(jié)果見圖3。隨著鋼液中加入合金量的增加，主要是Cr、Mo、Mn元素的含量增加，鋼液的氮含量有增長趨勢。4、生產(chǎn)中部分因素對鋼液氮含量的影響4.4、VD真空初始氮含量對鋼中終點(diǎn)氮含量的影響在實(shí)際生產(chǎn)中，鋼液經(jīng)VD處理后的終點(diǎn)氮含量與入VD時(shí)鋼液初始氮含量有明顯的關(guān)系，如圖4。初始氮含量越低，真空處理后終點(diǎn)氮含量也越低，因此，要想限制好鋼液真空后的終點(diǎn)氮含量，必需從EAF-LF環(huán)節(jié)著手，降低電爐出鋼氮含量，削減精煉過程增氮量。4、生產(chǎn)中部分因素對鋼液氮含量的影響4.5、VD真空保持時(shí)間對鋼液終點(diǎn)氮含量的影響

真空脫氮包含兩部分：一是依靠氬氣泡攜帶脫氮；二是由于真空環(huán)境中氮分壓降低，使得氮由鋼液向真空擴(kuò)散。但是由于脫氮的動力學(xué)條件可知，受氮原子向氣-液界面擴(kuò)散速度的限制，脫氮速率較慢，因此適當(dāng)延長VD真空保持時(shí)間可以降低終點(diǎn)氮含量，如表2所示。真空保持時(shí)間10分鐘時(shí)的脫氮率為38.2%，明顯高于真空保持時(shí)間15分鐘時(shí)的脫氮率22.6%。5、結(jié)論（1）電爐出鋼氮含量隨鐵水配比的增加而降低，但當(dāng)鐵水配比大于40%后，受電爐冶煉條件限制，氮含量降低幅度下降。出鋼氮含量可限制在35-67ppm。（2）通過對LF-VD工藝的優(yōu)化限制，整個(gè)精煉過程氮含量可以限制為負(fù)增長。目前可限制在真空后鋼液氮含量較出鋼時(shí)平均降低約5ppm。（3）經(jīng)VD處理后終點(diǎn)氮含量限制在33-66ppm，且真空保持時(shí)間20min時(shí)的脫氮率38.2%，高于真空保持時(shí)間15min時(shí)的22.6%。

謝謝！圖1電爐鐵水配比對出鋼氮含量的影響圖2LF精煉周期對鋼中氮含量的影響圖3合金加入量對鋼中氮含量的影響表1部分冶煉用材料中的氮含量名稱中碳錳鐵高碳錳鐵低碳鉻鐵硅鈣鋁線硅鐵石灰螢石氮含量/%0.0460.00790.03380.5560.00050.00050.00210.0081圖4VD真空初始氮含量對終點(diǎn)氮含量的影響表2不同真空保持時(shí)間前后氮含量及脫氮率真空保持15min真空保持20min爐號初始N/ppm終點(diǎn)N/ppm脫氮率/%爐號初始N/ppm終點(diǎn)N/ppm脫氮率/%1410211351.9045.8311.71410250895.7042.2355.91410238673.6559.5519.11410251065.3037.1043.21410221462.5041.2734.01410212871.5033.4053.31410206963.9054.7014.41410250764.1751.9719.01410221764.2048.6024.314102383113.0077.0531.81410204477.5566.6014.1141