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电炉流程在低氮钢生产技术研究

发布日期:2015-03-17 来源: 电炉网 查看次数: 455
核心提示:在电炉流程低氮钢生产中,一些高级的钢种对氮有严格的要求,比如高级的热轧钢板氮要求低于4010-4%,高强度管线钢要求氮低于3010-4%,IF冷轧钢板要求氮低于2510-4%,82B盘条经拉丝、合

  在电炉流程低氮钢生产中,一些高级的钢种对氮有严格的要求,比如高级的热轧钢板氮要求低于40×10-4%,高强度管线钢要求氮低于30×10-4%,IF冷轧钢板要求氮低于25×10-4%,82B盘条经拉丝、合股制成高强度钢丝、预应力钢丝、钢绞线、钢丝绳等,如果氮含量高会出现时效明显、合股扭丝易断裂问题,因此,钢中氮的控制是微合金及高碳钢研究项目中的重要课题。

  在生产低氮钢方面电炉流程明显不如转炉流程,转炉流程出钢钢液氮含量最低可到10×10-4%,最终钢中的氮含量达20×10-4%~40×10-4%.电炉流程由于废钢中的氮含量高且电弧区钢液容易吸氮的原因,导致产品中的氮含量较高,一般为80×10-4%~120×10-4%.随着现代电弧炉炼钢技术的发展、配碳量及用氧量的大幅度提高,部分企业已能通过电炉流程生产出低于50×10-4%,甚至低于40×10-4%的钢液,但要稳定达到这种效果还要进行系统研究。

  合理控制和优化供氧制度是基础

  首先,在电弧炉冶炼过程中,脱碳的同时能有效地脱氮。在吹氧脱碳过程中,脱氮是由于碳氧反应生成物CO气泡相当于一个小真空室,钢液中的[N]可以被其带出。在脱碳过程中,钢液脱氮速度与脱碳速度成正比;随钢液温度的升高,脱氮速度升高。氧、硫是表面活性元素,对钢液脱氮有阻碍作用。

  其次,在电弧炉冶炼过程中,钢液脱氮和增氮过程同时存在。脱氮主要是依靠C-O反应生成CO气泡携带法进行。钢液中碳含量高时,钢液中碳氧反应强,熔池产生大量CO气泡将钢液中的氮脱除。钢液中碳含量越高,出钢量越低,要想降低出钢的氮含量,必须增大电炉冶炼过程的脱氮量,这就要求炉料要高配碳,有更多的C-O反应产生。由于炉料配碳量的大幅度提高,吨钢用氧量增大,几乎接近转炉用氧量的水平。

  当铁水加入量基本相同时,出钢时的氮含量相差较大,这是因电炉冶炼期间供氧强度不同所致。在较高的吹氧强度下,熔化前期脱碳迅速,能够使熔池中的氮含量很快降低,但此时尚有部分废钢未完全熔化,这部分废钢熔化带入的氮由于熔池已没有足够的碳氧化而难以脱除,出钢氮含量较高;相反,在较低的吹氧强度下,熔池中的氮含量起初下降较慢,但在冶炼后期由于废钢熔化引起钢液中的氮回升也较慢,出钢氮含量较低。

  电弧炉加入第一批废钢后,熔池金属靠电弧的高温来加热。电极加热时能在冲击点处造成一个凹坑,出现裸露的钢液面,而这部分裸露的钢液较其他部位的钢液温度高,就会吸氮。另外,电弧强大的射流会将四周大量的气体吸入弧柱中,为[N]在钢液中的溶解提供了条件。只要有金属熔池形成,钢液就有机会从大气中吸氮。因此,为了减少从大气中吸氮,造泡沫渣避免钢液裸露是有效的措施,特别是熔清后,泡沫渣渣层厚度应高于冲击凹坑深度。

  综合考虑以上因素,确定合理的铁水加入量、优化供氧制度及尽早形成泡沫渣,可降低出钢钢液的氮含量。

  完善工艺和相关措施是关键

  以CM490和20CrMo为两种试验钢种,CM490用铝脱氧,20CrMo不用铝脱氧。加铝脱氧,随钢液中的铝含量的增加,钢液增氮量有增大的趋势。在同样的加铝条件下,钢液入包后,钢液中的铝越高,说明出钢脱氧消耗的铝量少。在钢液中的氮达饱和之前,钢液中的铝促进了钢液的吸氮。同时铝脱氧使钢液中的溶解氧大幅度降低,也为吸氮创造了良好的条件。

  LF精炼过程可以保证增氮量达到小于5×10-4%的较好水平。LF增氮的主要原因是钢液与大气的接触、电弧电离、原材料中氮,同时供电制度也会对其产生影响。对不用铝脱氧钢液精炼过程,即使钢液与大气接触吸氮量也极少,甚至不吸氮,而用铝脱氧钢液一旦钢液与大气接触,便会吸氮,但钢液与大气接触吸氮的机会较少。

  电弧加热时对钢液氮含量的影响同电炉加热时一样。无论用铝脱氧与否,都会在电弧冲击的钢液裸露区吸氮,在LF精炼过程中必须要造好泡沫渣,防止弧区钢液面裸露。另外,精炼渣表面温度在600℃~1500℃时,钢液几乎不吸氮。因此,保持合理的渣量,并在精炼过程中保持渣很好地被覆盖对于控制钢液增氮很重要。此外,尽可能减少渣的高温时间和高温渣存在的时间,也有利于防止钢液吸氮。

  用铝脱氧的CM490钢液,开浇炉次由于中间包为空,同时钢液裸露,钢液吸氮严重,氮含量几乎增加了一倍。随着浇注过程的进行,长水口浸入至钢液并且钢液面有渣层保护,避免了钢液与大气的接触,钢液从大气中吸氮量大大降低。不用铝脱氧的20CrMo钢液中的氮含量基本没有变化,这说明开浇炉次钢液增氮显著,钢铁企业应采取措施保证钢液不与大气接触。

  取大包浇完时中间包钢液氮含量来研究稳定浇注条件下,大包到中间包钢液氮含量的变化,可保证中间包钢液的氮含量不受上炉钢液的影响。在浇注稳定的条件下(包括液面波动小、中间包覆盖剂覆盖良好、长水口浸没在钢液中等),从现吹氩条件、增大氩封吹氩量及不用氩封三个方面来研究长水口氩封钢液增氮的影响可以看出,增大氩封的吹氩量,以钢液不翻为准,钢液氮含量没有变化;不用氩封,钢液增氮严重,如果不用氩封且中间包钢液没有良好地被渣覆盖,增氮更为严重。为避免钢包至中间包钢液的增氮,一是要控制合适的吹氩量,使长水口与大包连接处真正形成氢气环保护,否则在连接处极易吸入空气而使钢液增氮;二是保证钢液面被中包覆盖剂覆盖。

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