轉爐冶煉N80頂吹N2后攪拌技術研究

萬雪峰

（鞍鋼集團鋼鐵研究院，遼寧鞍山114009）

?

轉爐冶煉N80頂吹N2后攪拌技術研究

萬雪峰

（鞍鋼集團鋼鐵研究院，遼寧鞍山114009）

摘要：通過對轉爐冶煉N80頂吹N2進行后攪拌的工業試驗研究，探討了頂吹N2對熔池溫度及成分的影響。結果認為，頂吹強度4.0～4.5 m3/（t·min）的N2，噴吹時間≤1.5 min時，熔池平均增氮量僅為0.000 033％，平均增氮速率為0.000 01％ /min；對碳含量有一定的影響，平均脫碳速率為0.005％ /min；對磷含量影響明顯，平均脫磷速率為0.002 2％ /min；溫降較大，平均溫降速率為15.4℃/min；頂吹N2前后爐渣中鐵的氧化物含量未出現明顯的規律性變化。

關鍵詞：轉爐；頂吹；氮氣；攪拌

萬雪峰，博士，高級工程師，2007年畢業于東北大學鋼鐵冶金專業。E-mail：lisa77947@sina.com

氮一般被視為鋼中雜質元素，易飽和固溶于鋼中，其氮化物(FexN)析出易導致鋼材時效和藍脆現象，硬度提高，但韌性、深沖性、導電性和焊接性下降，氮甚至極易與鋼中的鈦、鋁等元素形成棱角夾雜物，影響拉拔性能［1-2］。但對于耐熱鋼、不銹鋼及石油套管鋼N80來說，氮又作為廉價的有益元素而被刻意添加［3-4］。因此，針對不同的使用意圖，氮也被有目的地加以區分和利用。本文針對轉爐冶煉N80時利用氮氣進行頂吹后攪拌，在進一步促進渣-金平衡的同時，研究對熔池溫度及成分的影響。

1　試驗過程及結果

在100 t頂吹轉爐上進行冶煉N80頂吹N2攪拌熔池工業試驗。試驗爐次均采用N80正常操作(供氧制度、造渣制度等均不改變)，吹氧脫碳結束后測溫，取鋼、渣樣。爐體搖正后頂吹N2，N2壓力、流量隨實況(0.8～1.0 MPa，4.0～4.5 m3/(t·min))調整，噴吹時間設定在0.5、1.0、1.5 min，槍位控制在1.8～2.4 m之間。吹N2結束后測溫，取鋼、渣樣。試驗檢測結果如表1、2所示。

表1　點吹N2前后鋼液成分及溫度變化

表2　點吹N2前后爐渣變化

2　結果分析

2.1頂吹N2對氮含量的影響

根據西華特(Sieverts)定律，氮在鋼液中的溶解按下式進行：

氮在鋼液中的溶解度與溫度及其分壓的關系如下式所示：

式中，KΘN為標準狀態下反應平衡常數；α［N］為鋼液中氮的活度；fN為鋼液中氮的活度系數；ω［N］為鋼液中氮的質量分數，％；PN2為氮的平衡分壓，取0.79；T為熔池溫度，取1 650℃。

則計算得ω［N］=0.063％，即此條件下鋼液中氮的理論飽和溶解度為0.063％。

本次試驗中，噴吹氮氣前后熔池中氮含量變化如圖1所示。由圖1可以看出，盡管供氮強度已達到4.0～4.5m3/(t·min)，但實際增氮量卻極其微弱，最多爐次僅增加0.000 3％，平均增氮量0.000 033％，平均增氮速率僅0.000 01％ /min，與理論飽和溶解度0.063％相差甚遠。分析認為，盡管高溫鋼液吸氮能力很強，但當強大的N2流沖擊到鋼液表面時，所形成的“凹坑”表面被急劇降溫，氮在鋼液中的溶解度劇烈下降，“凹坑”表面的激冷層形成阻隔增氮的保護層；而飛濺的鋼液滴吸收N2的溶解速率遠沒有鋼液與O2的反應吸收速率高。另外，考慮溫降問題，試驗過程噴吹時間較短，僅為0.5～1.5 min。因此，鋼液氮含量并沒有像想象得那樣劇烈增加，而是基本未變。

圖1　頂吹N2前后鋼液氮含量變化

2.2頂吹N2對碳含量的影響

頂吹N2前后鋼液中碳含量變化如圖2所示。由圖2可知，碳含量總體呈微降趨勢，最大降幅0.019％，平均下降0.005％，下降速率平均為0.005％ /min。分析認為，由于轉爐吹煉N80末期，即ω［C］≤0.10％時，熔池碳氧尚未平衡，鋼液中活度氧及渣中氧化鐵過剩，在頂吹N2攪拌情況下，進一步促進了碳氧平衡。因此，碳含量呈微降趨勢。

圖2　頂吹N2前后鋼液碳含量變化

2.3頂吹N2對磷含量的影響

頂吹N2前后鋼液中磷含量變化如圖3所示。由圖3可知，磷含量呈下降趨勢，最大降幅達0.004％，平均0.002 3％，下降速率平均為0.002 2％ /min。分析認為，試驗爐次渣系中平均ω(FeO)=21.3％，R=3.2。根據Healy G W公式，與之相平衡的鋼液中磷含量為0.004％ ～0.006％。頂吹N2前單渣法鋼液中磷含量均在平衡含量之上，在頂吹N2攪拌情況下，鋼液中的活度氧、渣中(FeO)和(CaO)等脫磷要素的動力學條件得到改善，脫磷反應被進一步發展，磷含量得到降低。

圖3　頂吹N2前后鋼液磷含量變化

2.4頂吹N2對鋼液溫度的影響

由于3號實驗吹氮氣引起溫降幅度與其他爐次及常識嚴重不符，暫不考慮。統計其他爐次的溫降與吹氮量的關系如式(4)所描述，預測值與實際值的關系如圖4所示。以式(4)預測的溫降與實際相比，誤差均在5℃之內，溫降速率平均為15.4℃/min。可見，溫降與氮耗有很強的線性關系。

圖4　頂吹N2后鋼液溫降變化

2.5頂吹N2對爐渣的影響

頂吹N2最可能引起爐渣成分變化的就是Fe的氧化物，對ω(TFe)、ω(FeO)及ω(Fe2O3)進行頂吹N2前后的對比，如圖5所示。

圖5　頂吹N2前后爐渣成分變化

根據鋼液中碳含量微降及磷含量降低的趨勢可以推測，渣中ω(TFe)、ω(FeO)及ω(Fe2O3)應相應降低，但檢測結果表明，3大成分均未發現明顯的升或降的變化趨勢。分析認為，對于100 t鋼液，每變化0.005％的碳含量，需要消耗0.03 t的FeO(假設脫碳反應全部為［C］+(FeO)=CO+［Fe］)，按鋼、渣量比值為10：1計算，渣中FeO量約1.44 t，0.03/1.44=2％，即渣中FeO僅會有2％的變化量，如此小的變化幅度很難通過有限爐渣取樣得到驗證。另外，轉爐渣為泡沫渣，1.8～2.4 m的吹氮槍位只會對與鋼液接觸的爐渣底層起到攪拌作用，漂浮在上部的爐渣很難被翻滾到下部參與脫碳反應，而人工取樣又恰恰取的是頂部爐渣樣。因此，頂吹N2前后的爐渣檢驗結果并未體現任何規律性變化。

3　結論

(1)頂吹N2時間0.5～1.5 min，供氮強度4.0 ～4.5 m3/(t·min)，鋼液均未出現明顯的增氮現象，最大增氮量僅為0.000 3％，平均增氮量為0.000 033％，平均增氮速率0.000 01％ /min；

(2)頂吹N2前后的爐渣中鐵的氧化物含量未出現明顯的規律性變化；

(3)頂吹N2對鋼液進行攪拌的平均脫碳速率為0.005％ /min，平均脫磷速率為0.002 2％ /min，平均溫降速率為15.4℃/min。因此，根據終點的高溫高磷爐況，可頂吹N2進行脫磷控溫，而不必加料點吹O2進行脫磷控溫。

參考文獻

［1］朱志鵬. 120 t轉爐冶煉82B鋼的氮含量控制實踐［J］.鋼鐵研究，2013，44(6)：44-46.

［2］簡龍. RH-TB精煉對低氮鋼種脫氮的影響［C］∥2007全國RH精煉技術研討會論文集，北京：中國金屬學會，2007.

［3］張勇. 80 t轉爐-LF-VD-CC流程冶煉N80-1石油套管鋼的工藝實踐［J］.特殊鋼，2010，31(5)：31-35.

［4］高淑榮.轉爐開發N80級非調質石油套管鋼的實踐［J］.天津冶金，2006(4)：10-11.

(編輯許營)

修回日期：2015-03-20

Study on Stirring Technology for Sm elting M olten Steel for N80 Oil Casing in Converter by Top-blow ing N2

W an Xuefeng
(Iron & Steel Research Institutes of Ansteel Group Corporation,Anshan 114009,Liaoning,China)

Abstract：Based on the industrial experimental study on top-blowing N2into the converter for smelting molten steel for the N80 oil casing by post stirring method,the effect of top-blowing N2on the temperature ofmolten bath and compositions is discussed.It is concluded that the average content of increasing nitrogen in the molten bath is only 0.000 033％ and the average rate of increasing nitrogen is 0.000 01％ /min when the intensity of top-blowing N2is 4.0～4.5 m3/(t·min), which has certain influence on the content of carbon while the average decarbonizing rate is 0.005％ /min but has remarkable influence on the content of phosphorus while the average dephosphorizing rate is 0.002 2％ /min.On the other hand,the temperature drop is relatively large for the temperature in the bath by post stirring method,indicating that the average temperature drop rate is 15.4℃/min.However the content of iron oxide in the slag has no remarkable,obvious, regular change before or after top-blowing N2.

Key words：converter;top-blowing;N2;stirring

中圖分類號：TF729

文獻標識碼：A

文章編號：1006-4613（2016）01-0012-04