轉爐冶煉過程中氮含量的控制研究與實踐

張春亮，王建昌

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司，山西 太原 030003）

氮在鋼中的作用具有兩面性。有利方面：氮作為間隙固溶元素，可大幅度提高鋼的強度及時效沉淀強化作用，增加鋼表面的硬度、強度、耐磨性及抗腐蝕性。不利方面：氮會大幅度提高鋼的韌脆轉變溫度，甚至使鋼產生低溫回火脆性，某些氮化物還會導致鋼的熱脆，從這方面講，氮是鋼中的有害雜質。因此，除個別情況外，氮存在的有害性較大，應當盡可能地降低鋼中w（N）。

太鋼煉鋼二廠在碳鋼生產過程中經常出現(xiàn)轉爐出鋼增氮較多、成品氮高的問題。通過對生產過程進行分析，找出轉爐出鋼過程增氮是影響成品w（N）的主要因素，為了解決這一難題，開展了降低轉爐出鋼鋼水增氮的研究和實踐。

1 轉爐終點w（N）影響因素分析

1.1 鋼中溶解w（O）對脫氮的影響

通過統(tǒng)計南區(qū)冶煉冷軋硅鋼DW60和Q450NQR1兩個鋼種出鋼前后鋼中w（N）的變化情況（見圖1），得出：DW60轉爐終點w（N）為13.5×10-6，出鋼后為15.5×10-6，出鋼過程增氮2×10-6；Q450NQR1轉爐終點w（N）為20×10-6，出鋼后w（N）為34×10-6，出鋼過程增氮14×10-6，兩者增氮差別較大。分析原因得出：由于冷軋硅鋼出鋼過程中不進行合金化，鋼水中含有（質量分數(shù)）約700×10-6～900×10-6的溶解氧，氧是表面活性元素，會占據(jù)熔體表面上的活性點，致使能吸附氮原子的表面活性面積減小，減弱氮的溶解吸附；Q450NQR1鋼在出鋼過程中要進行脫氧合金化，采用鋁錳鐵脫氧，脫氧后溶解氧含量迅速降低，致使吸氮量增加，同時，在合金化過程中，合金中氮進入鋼液，使得w（N）增加。

圖1 轉爐出鋼過程增氮情況

1.2 轉爐氮氬切換時間對增氮的影響

通過對轉爐氮氬切換時間與終點w（N）的關系進行了分析，取低合金鋼Q345R（轉爐吹煉8 min后氮氬切換）和普碳鋼Q235A（轉爐吹煉8 min后氮氬切換）的轉爐終點樣鋼中w（N）進行分析，分析結果如圖2所示。

圖2 不同氮氬切換時間轉爐終點w（N）

由圖2可知，轉爐吹煉8 min后氮氬切換后轉爐終點樣鋼中平均w（N）為13.5×10-6，轉爐吹煉11 min后氮氬切換后轉爐終點樣鋼中平均w（N）為27.3×10-6，相差13.8×10-6。分析得出：轉爐冶煉過程氮氬切換時間對終點w（N）影響顯著，對w（N）要求嚴格的重點品種必須在轉爐吹煉8 min后進行氮氬切換。

1.3 轉爐后吹對w（N）影響

取轉爐純鐵YT01鋼轉爐后吹前后鋼樣，采用化學方法分析鋼中w（N）及w（N）的變化趨勢，分析結果如圖3所示。

圖3 轉爐后吹前后鋼中w（N）變化情況

由圖3可知，轉爐冶煉YT01后吹前后鋼中w（N）變化明顯，轉爐后吹前終點平均w（N）為11×10-6，經過后吹，轉爐w（N）平均為18×10-6，平均增氮7×10-6，各爐次w（N）增加量不同，最低增加1×10-6，最高為18×10-6，因此降低轉爐后吹率，可降低轉爐終點w（N）。

1.4 轉爐出鋼w（S）對增氮的影響

對同一鋼種南北區(qū)冶煉過程中w（S）與w（N）的關系進行分析，結果如圖4所示。分析可知：北區(qū)轉爐終點w（S）較高，出鋼后終點w（N）較低；南區(qū)轉爐終點w（S）較低，出鋼后w（N）較高。

圖4 南北區(qū)冶煉過程w（S）對比

根據(jù)資料分析，硫和氧一樣為表面活性元素，容易占據(jù)熔體表面上的活性點，致使能吸附氮原子的表面活性面積減小，減弱氮的溶解吸附。南區(qū)出鋼前w（S）低，同時出鋼采用先加鋁強脫氧工藝，鋼水中w（S）、w（O）都很低，增加了鋼水吸氮能力。

2 控制轉爐出鋼增氮主要措施

2.1 規(guī)范轉爐氮氬切換時間

規(guī)范轉爐吹煉過程氮氬切換時間，重點品種在吹煉8 min進行氮氬切換，提高轉爐終點命中率，減少轉爐后吹次數(shù)。

2.2 控制出鋼過程增氮

轉爐出鋼前鋼包內吹氬吹掃2 min，將鋼包內空氣排盡。加強出鋼口的維護，避免出鋼口破損造成出鋼過程鋼液散流，從而減少出鋼增氮。

2.3 合理控制鋼中溶解w（O）及w（S）

針對不同鋼種，要合理控制鋼中溶解的w（O）及w（S）。對于超低碳鋼種，控制轉爐出鋼時溶解的w（O）在600×10-6～700×10-6之間，降低轉爐出鋼增氮；對于低碳低硫鋼種，轉爐出鋼過程并不需要控制較低的w（S），通過優(yōu)化LF造渣工藝，提高脫硫率，從而降低轉爐出鋼增氮。同時嚴格控制LF底吹攪拌強度，避免底吹裸漏增氮。

2.4 連鑄過程保護澆鑄

嚴格控制連鑄過程保護澆鑄，長水口采用石墨墊圈，水口部位采用氬封保護，中包加入覆蓋劑，并采用氬氣覆蓋鋼液面，防止二次氧化。

3 結論

1）通過對轉爐冶煉過程增氮分析，得出轉爐出鋼的溶解w（O）、w（S）對出鋼增氮影響較大，w（O）、w（S）越高，出鋼增氮越少；轉爐后吹時間越長，增氮越多。

2）通過工藝優(yōu)化，將超低碳鋼IF鋼轉爐出鋼增氮控制在3×10-6，低硫鋼轉爐出鋼增氮控制在5×10-6，滿足了鋼種w（N）要求。