转炉炼钢低氮控制实践

转炉炼钢低氮控制实践
2009-11-23 9:50:39
李安东、郑皓宇、徐文杰
（宝山钢铁股份有限公司不锈钢事业部炼钢厂）
摘要：宝钢不锈钢事业部炼钢厂引进宝钢分公司的转炉低氮控制技术，结合不锈钢分公司碳钢炼钢的自身特点，在重点品种IF钢的冶炼过程中，进行转炉低氮控制工艺转化，得出了可操作工艺参数，并推广应用到其它优质低氮钢，形成了规范的转炉低氮控制技术，为不锈钢事业部生产高等级的汽车面板钢作了充分的技术储备。

关键词：转炉冶炼，钢水脱氮
Study on Low-Nitrogen Controlling Technology
Li Andong、Zhen Hao yu、Xu Wen Jie
(Melting Shop of Baoshan Iron & Steel Co. Ltd. Stainless Steel Business Unit)
Abstract: The melting shop of Baosteel Stainless Steel Branch introduced low- nitrogen controlling technology from Baosteel Branch. Combining with the smelting process characteristics of carbon steel, Baosteel Stainless steel Branch applied the technology to the converter in smelting process of IF steel to draw the operational process parameters. And the technology has also been applied to other high-quality low–nitrogen steel and become a standardized low-nitrogen converter controlling technology that is existing as the sufficient technical reserves for the production of high-grade steel panels of motor vehicles.
Key words: smelting in converter, denitrigenation from steel
1 前言
钢水中氮的控制贯穿于铁水预处理－BOF－精炼－CC的全过程，基本的控制方法可分为两个方面，即脱氮＋防止增氮[1,2]。

从理论上讲，铁水预处理、转炉冶炼、RH真空精炼工序均可
脱氮，但是从脱氮的效率及工艺优化的角度看，脱氮的主要任务应在转炉冶炼过程中，以后的出钢过程，精炼过程、连铸过程则主要是如何防止或减少增氮（吸氮）[3,4]。

为进一步优化转炉钢水控氮本文从以下几个方面进行了研究：
1) 转炉再吹对增氮的研究
2) 转炉冶炼铁水比对增氮的研究
3) 转炉底吹氮氩切换点工艺研究
4) 转炉冶炼过程中其它操作方式对增氮影响的研究
2 转炉再吹对增氮的影响
转炉吹炼结束，TSO测温取样结束，由于温度或成分不命中，再次下枪吹氧，此时处于后搅拌时期，渣位较低，钢水液面重新被吹开时，造成钢水增氮。

一次再吹可增加氮5～10ppm，再吹两次增氮可达20ppm以上[5]，而且再吹后钢中氮离散度很大。

由于不锈钢事业部铁水[Si]、[P]含量较低，入炉铁水[Si]均值在0.30%左右及[P]在
0.100%左右，采用少渣炼钢工艺，因此终渣渣位较低，防止吸氮能力较弱，再吹增氮量更大。

因此在超低氮钢的冶炼中，消除再吹是操作控制重点之一。

3 转炉冶炼铁水比的影响
提高铁水比不仅减少了含氮废钢的氮的带入量，更主要的是高铁水比加剧了脱碳反应，产生的大量CO、CO2气体降低了N2分压，增加了自由表面积，促进了脱氮。

为研究铁水比对钢中[N]含量的影响，通过收集历史数据，截止到2007年5月，共收集转炉全程吹氩的炉次，应用中间包钢水[N]含量的数据（因转炉炉后无法取到气体样），剔除异常情况炉次。

进行回归分析，发现不锈钢碳钢铁水比与中包氮呈线性下降的关系，如图1所示，可以看出，铁水比越高，转炉的脱氮能力越强。

4 转炉氮氩切换对增氮的影响
转炉底吹气体采用N2或N2－Ar切换的方式对钢水中氮是有影响的。

表1是涟钢采用100 t转炉底吹气体从氮气切换到氩气不同切换时机对增氮的影响。

从中可以看出，当底吹气体从氮气切换到氩气的时间越早，增氮越少；
表1 涟钢100 t转炉底吹气体不同氮氩切换时间下钢液的w(N) [6]
5 冶炼过程中其它操作方式对控制增氮的影响
1）转炉吹炼后期低枪位操作有利于去氮。

2）适当增加渣量，渣位控制是防止因为空气渗透而产生吸氮的一种很有效的方式，渣位越高，终点[N]含量越低。

3）转炉吹炼后期加入后期渣，通过其分解产生CO2正压隔离层而达到防止吸氮的目的；
4）出钢过程中防止吸氮：对于低碳、超低碳钢，实行转炉控氮脱氧出钢的方法，使得钢中自由氧保持在较高的水平，可有效防止吸氮；尽量控制出钢过程中加脱氧剂的的时机[7]，保持出钢过程的大部分时间内钢水有较高的自由氧，可减少吸氮；出钢时对于需要加合金的钢种，可利用加入合金中的碳生成的CO2去氮或抑制吸氮；对于低碳、超低碳钢出钢时，需确保出钢口园整，防止出钢时散流，造成钢水吸氮。

经研究表明，出钢口散流时，钢水增氮明显。

6 工艺改进及实施效果
根据相关研究，采用转炉以下工艺改进控制钢水[N]含量：
转炉后期采用低枪位操作，在IF钢、管线钢的冶炼后期，工艺上要求在原来冶炼后期低枪位的基础上，再降低10cm，吹炼后期进行测温，确保动态模型能精确计算，并将此工艺制度纳入了转炉品种卡和转炉设备功能精度制度中，有效地防止了钢水再吹增[N]。

1）适当增加渣量，在IF钢上，对低温铁水进行15炉加发热剂升温试验，同时相应地增加转炉渣料的的投入量，通过与以前IF的历史数据进行对比如表2。

试验结果表明，通过适当增加渣量的方法，可减少吸氮。

2）维持炉内正压，防止钢水吸氮：维持炉内正压主要是依靠降罩操作和手动调节P0值来实现，目前在IF钢、转炉不脱氧钢及管线钢上已采用此操作方法。

基本实现了吹炼后期炉内微正压工艺。

3）在转炉控氮脱氧出钢技术运用中，对于冶炼低碳、超低氮钢，从07年7月份起我们针对管线钢、B480成品氮保留率高，我们调整了脱氧合金化工艺，并纳入了管线钢和B480的生产工艺制度中。

4）管线钢的出钢口工艺制度的实施，从07年4月份起，对管线钢的出钢口寿命作了明确的规定，有效的杜绝了因出钢口散流而造成的增氮现象。

表2：IF钢升温对钢水吸氮的影响
转炉低氮控制技术从07年3月起，开始逐步实施，至07年7月低氮控制工艺已趋于稳定。

具体效果如下：
1）超低氮钢成品氮含量的下降
目前我公司超低氮钢主要包括SPHE钢、IF钢、深冲钢三大类，由于此三类钢种成品氮要求均≤50ppm，对氮要求十分严格，一旦成品氮出格，就改判其它钢种。

因此从7月份起，根据前阶段的工艺摸索结果，制定相应的转炉低氮控制基准。

由图2可见，转炉低氮控制技术实施后，超低氮钢成品氮含量下降2.0ppm左右。

2）管线钢成品氮含量的下降
由于管线钢合金加入量大，在出钢过程中，钢水吸氮严重，因此从07年3月起，对管线钢转炉低氮控制工艺加以逐步完善，并制定相应的低氮控制基准。

由图3可见，转炉低氮控制技术实施后，管线钢成品氮含量下降3.5ppm。

3）高纯净钢因氮改判率的下降
从07年3月起，转炉低氮控制技术已开始在超低氮钢、管线钢上实施，至07年7月以后，超低氮钢氮的保留率为1.81%；管线钢氮的保留率为3.96%。

实施前后，超低氮钢氮的保留率下降了0.51%，管线钢氮的保留率下降了4.45%，具体见表3。

表3：实施前后高纯净钢氮保留率和氮改判炉数
7 结论
通过实践，得出以下结论：
1）论文主要探讨了转炉再吹、铁水比、底吹氮氩切换点以及冶炼过程中其它操作方式对增氮影响；
2）通过研究提出了转炉控氮措施包括转炉后期采用低枪位操作、适当增加渣量、维持炉内正压、控氮脱氧技术出钢、出钢口严格管理等措施生产低氮钢；
3）工艺改进的结果为超低氮钢成品氮含量下降2.0ppm左右、管线钢成品氮含量下降
3.5ppm、超低氮钢氮的保留率下降了0.51%、管线钢氮的保留率下降了
4.45%。

参考文献：
[1] 耿继双,李万象等，L F 精炼及后道工序钢中氮、氧含量控制技术研究，鞍钢技术，2004年第3期
[2]王华，钢种氮含量控制技术研究，南钢科技与管理，2007年第3期
[3]张晓军，宁东，钢液VD真空处理脱氮数学模型，鞍钢技术，2008年第5期
[4]操志强，梅钢纯净钢冶炼降低氮含量工艺分析，梅山科技，2008年第3期
[5] 谯明亮转炉冶炼过程钢液中氮含量变化研究与分析化，江苏冶金，2008年第6期
[6] 刘光穆，邓康，任忠鸣，刘新和，胡大CSP薄板坯连铸用钢液全程控氮实践，钢铁研究2005-1期
[7] 丁广友，杨晓江，张超，刘玉生，苏有权顶底复合吹炼转炉、LF及薄板坯连铸中氮的变化河北冶金200-3期。