專利名稱：一種控制超低碳鋼氮含量的方法
技術領域：
本發明涉及鋼鐵冶金技術領域，更具體地講，涉及ー種控制超低碳鋼氮含量的方法。
背景技術：
對于大多數鋼種來說，氮是有害元素，鋼中氮含量對鋼的機械性能影響較大，尤其是生產用于深沖條件下的低碳、超低碳鋼時，氮的不利影響特別明顯。鋼中氮含量増加，會使鋼的屈服極限、強度極限和硬度提高，塑性下降，沖擊韌性降低，并導致時效硬化。氮還會大幅度提高鋼的韌脆轉變溫度，而且還有可能使鋼產生低溫回火脆性，某些氮化物還會導致鋼的熱脆。因此，在冶煉具有高深沖性、高強度等高附加值產品，必須降低鋼中的氮含量，減少氮在鋼水中的危害程度，從而保證鋼材的深沖性能，減少時效性，消除屈服點延伸現象，使鋼材表面光潔，成材率高。轉爐冶煉是脫除鐵水中氮含量最有效的手段之一，在鋼水氮含量較高的情況下RH真空處理也能脫去部分氮含量，但實踐證明當鋼水中氮含量小于35ppm時RH真空處理脫氮效果很差，往往還會因為真空裝置密封效果不好導致鋼液增氮。采用傳統冶煉方法轉爐終點鋼水氮含量能控制在20ppm以內，但是出鋼過程及LF精煉過程鋼液增氮導致真空處理時鋼液氮含量往往在25-35ppm之間，在這個范圍內進行真空處理很難將鋼液中的氮去除。傳統的控制鋼水中氮含量的方法都是盡量保持轉爐冶煉終點鋼水氮含量較低，控制出鋼、精煉及連鑄過程增氮，最終達到控制鋼水中氮含量的目的。如期刊文獻“漣鋼RH-MFB精煉過程氮的行為研究”(《武漢科技大學學報》，2009年第01期)通過對真空鋼液脫氮的限制性環節進行分析，結合漣鋼RH-MFB的實際生產情況，確定了漣鋼RH脫氮的控制性環節為氮在液相邊界層中的擴散，并認為在工作真空度(67Pa)下保持必要的鋼水循環時間和較低氧和硫含量的有助于鋼液脫氮。公開號為CN 101457275A的中國專利申請公開了ー種控制轉爐生產エ藝鋁脫氧鋼氮含量的方法，其主要通過堿度控制、加入特殊渣料和連鑄使用帶帽沿的密封圈保護澆注的方法對鋼液中氮含量進行控制最終實現連鑄坯氮含量小于35ppm的穩定控制。公開號為CN101469356A的中國專利申請公開了ー種利用轉爐出鋼弱脫氧降低鋼中氮含量的煉鋼方法，其通過保證鐵水預處理出站硫在O. 004%以下，進行氬氣軟吹及轉爐冶煉終點用氬氣攪拌5 10分鐘，出鋼加入石灰、 錳鐵和合成渣不加脫氧劑而在LF進行脫氧操作的方法，在不需添加新設備或改造舊設備的情況下，能將鋼坯中的氮含量控制在15 25ppm之間。
發明內容
本發明的目的是打破傳統的控制鋼水中氮含量的思路(即在前エ序使鋼水中氮含量越低越好)，提供ー種需要保證鋼水進入真空處理裝置前具有較高的氮含量的有效的超低碳鋼脫氮方法。為了實現上述目的，本發明提供了一種控制超低碳鋼氮含量的方法，在真空處理前控制鋼水中氮含量不低于45ppm，并且在真空處理時向鋼包中加入氧化鐵皮球使得真空處理結束后鋼水中氮含量不高于30ppm，對真空處理后的鋼水進行保護澆注，最終得到氮含量不高于35ppm的鋼還。根據本發明的控制超低碳鋼氮含量的方法的一個實施例，在真空處理前控制鋼水中氮含量為50 70ppm。根據本發明的控制超低碳鋼氮含量的方法的一個實施例，所述方法通過在轉爐冶煉時采用全程底吹氮氣來實現在真空處理前對鋼水中氮含量的控制。根據本發明的控制超低碳鋼氮含量的方法的一個實施例，所述底吹氮氣的供氣強度為 O. 025 O. 041m3/ (min · t 鋼)。根據本發明的控制超低碳鋼氮含量的方法的一個實施例，鋼水臺煉出鋼后經精煉爐加熱，過程增氮量為5 lOppm。 根據本發明的控制超低碳鋼氮含量的方法的一個實施例，以重量百分比計，所述氧化鐵皮球含有總含量為96 99wt%的FeO和Fe2O3,以及少量的C、CaO, SiO2, P、S。根據本發明的控制超低碳鋼氮含量的方法的一個實施例，所述氧化鐵皮球的粒度為 10 20mm。根據本發明的控制超低碳鋼氮含量的方法的一個實施例，根據鋼包內鋼水重量，將所述氧化鐵皮球分兩批加入鋼包中，第一批氧化鐵皮球的加入時間為真空處理8 IOmin后，加入量為I. 5 2. 5Kg/tiH ;待真空循環5 9min后加入第二批氧化鐵皮球，カロ入量為I 2Kg/tw，待氧化鐵皮球全部加入完畢后鋼液繼續循環5 8min。根據本發明的控制超低碳鋼氮含量的方法的一個實施例，所述保護澆注為在大包長水口與鋼包下水ロ之間采用密封墊圈，并控制大包長水口的吹氬強度為O. 003
O.006m3/ (min · t 鋼)。 本發明要求在鋼水進行真空處理前不對鋼水中的氮含量采取任何脫除處理，反而要保證鋼水進入真空處理裝置前具有較高的氮含量。在進行真空處理吋，加入一定量的氧化鐵皮球促進脫氮，并在較高的真空度下循環一定時間，從而將鋼液中的氮含量脫至較低水平，將低氮含量的鋼水再進行保護澆注從而得到低氮含量的鋼坯。本發明的控制超低碳鋼氮含量的方法操作簡單，能降低煉鋼成本，具有較好的推廣應用前景。
具體實施例方式下面對本發明的控制超低碳鋼氮含量的方法進行詳細地描述。本發明的思路主要在于，為了避免真空處理(即真空精煉處理，例如，RH真空精煉處理等真空脫氣精煉處理)時鋼水中氮含量處于較低的范圍而不利于真空處理時的脫氮，而將真空處理時鋼水中氮含量控制在較高的水平，同時在真空處理時加入氧化鐵皮球促進脫氮，并在較高的真空度下循環一定時間從而將鋼液中的氮去除。具體地，在本發明的示例性實施例中，所述控制超低碳鋼氮含量的方法具體包括如下步驟首先，在真空處理前控制鋼水中氮含量不低于45ppm，以增大真空處理時脫氮的驅動力。優選地，控制鋼水中氮含量為50 70ppm。在本實施例中，通過在真空處理前的轉爐冶煉過程采用全程底吹氮氣來控制鋼水中氮處于較高范圍，且氮氣的供氣強度為0.025 O. 041m3/(min · t·)。在上述底吹氮氣的供氣強度下進行鋼水冶煉后，出鋼時鋼水中氮含量將不低于40ppm，如果底吹氮氣的供氣強度過低，冶煉終點鋼水中的氮含量達不到較高范圍，從而可能無法達到所需要的脫氮驅動カ；但如果底吹氮氣的供氣強度過高，則會嚴重影響冶煉操作，出現噴濺、返干等現象。但需要注意的是，鋼水冶煉出鋼后經精煉爐加熱還會產生一定程度的過程增氮，過程增氮量為 5 lOppm。然后，在真空處理時向鋼包中加入氧化鐵皮球使得真空處理結束后鋼水中氮含量不高于30ppm。其中，氧化鐵皮球的組分主要是FeO和Fe2O3,具體地，以重量百分比計，氧化鐵皮球含有總含量為96 99wt%的FeO和Fe2O3,以及少量的C、CaO、Si02、P、S。加入氧化鐵皮球促進脫氮的原理主要是，由于氧化鐵皮球中的FexOy帶入的氧會在真空條件下與鋼水中的碳發生反應即脫碳，在脫碳過程中生成的CO氣泡形成一個個小“真空室”，“真空室”將鋼水中的氮包裹在其中并在“真空室”的向上運動過程中使攜帯的氮逸出鋼水。優選地，氧化鐵皮球的粒度為10 20mm，這有利于增大氧化鐵皮球與鋼水的接觸面積并增大碳氧反應界面，從而形成較多的CO氣泡，進而有效增強脫氮效果。 添加氧化鐵皮球時，根據鋼包內鋼水重量，優選地將氧化鐵皮球分兩批加入鋼包中，第一批氧化鐵皮球的加入時間為真空處理8 IOmin后，加入量為I. 5 2. 5Kg/tiH ;待真空循環5 9min后加入第二批氧化鐵皮球，加入量為I 2Kg/t ，待氧化鐵皮球全部加入完畢后鋼液繼續循環5 8min。上述氧化鐵皮球的加入方式有助于脫氮的最大化。最后，還需對真空處理后的鋼水進行保護澆注，最終得到氮含量不高于35ppm的鋼坯。在本實施例中，保護澆注具體是在大包長水口與鋼包下水ロ之間采用密封墊圈，并控制大包長水ロ的吹氬強度為O. 003 O. 006m3/ (min · t ■)，其目的是為了防止大包鋼水流入中包過程中形成負壓，吸入空氣而造成鋼水吸氮。下面通過具體的實施例對本發明的控制超低碳鋼氮含量的方法進行說明。實施例I :某廠以提釩后的半鋼為原料生產IF鋼，該鋼種成品內控要求鋼中碳含量^ 30ppm,氮含量< 35ppm。將提釩后的半鋼直接兌入轉爐進行冶煉，轉爐公稱容量為120t。為保證出鋼時鋼水中具有較高的氮含量，轉爐冶煉底吹采用全程供氮模式，供氣強度為O. 0256m3/(min-t)，轉爐出鋼時鋼水中氮含量為40ppm，鋼水出鋼經LF爐加熱后到真空處理站時，鋼水中氮含量為45ppm,過程增氮為5ppm。真空處理8min后,加入第一批氧化鐵皮球,其中FeO和Fe2O3的總含量為96wt%，加入量為I. 5Kg/tiH ;待真空循環5min后加入第二批氧化鐵皮球，加入量為lKg/tiH,氧化鐵皮球加入完畢后鋼水繼續循環5min后進行脫氧合金化操作，RH真空處理出站時鋼水氮含量為23ppm，對真空處理后的鋼水進行保護澆注，澆注時在大包長水口和鋼包下水ロ之間添加保護的密封墊圈，并控制大包長水口的吹氬流量為30m3/h，最終得到氮含量為29ppm的鋼還。實施例2 某廠以提釩后的半鋼為原料生產電エ鋼50PW800L，該鋼種成品內控要求鋼中氮含量< 35ppm。將提釩后的半鋼直接兌入轉爐進行冶煉，轉爐公稱容量為120t。為保證出鋼時鋼水中具有較高的氮含量，轉爐冶煉底吹采用全程供氮模式，供氣強度為O. 041m3/(min · t)，轉爐出鋼時鋼水中氮含量為52ppm，鋼水出鋼經LF加熱后到真空處理站時，鋼水中氮含量為61ppm,過程增氮為9ppm。真空處理IOmin后,加入第一批氧化鐵皮球,其中FeO和Fe2O3的總含量為98wt%，加入量為2. 5Kg/tiH ;待真空循環7min后加入第二批氧化鐵皮球，加入量為2Kg/tiH,氧化鐵皮球加入完畢后鋼水繼續循環8min后進行脫氧合金化操作，RH真空處理出站時鋼水氮含量為20ppm，對真空處理后的鋼水進行保護澆注，澆注時在大包長水口和鋼包下水ロ之間添加保護的密封墊圈，并控制大包長水口的吹氬流量在40m3/h，最終得到氮含量為27ppm的鋼還。實施例3 某廠以提釩后的半鋼為原料生產IF鋼，該鋼種成品內控要求鋼中碳含量^ 30ppm,氮含量< 35ppm。將提釩后的半鋼直接兌入轉爐進行臺煉，轉爐公稱容量為120t。為保證出鋼時鋼水中具有較高的氮含量，轉爐冶煉底吹采用全程供氮模式，供氣強度為O. 035m3/(min · t)， 轉爐出鋼時鋼水中氮含量為43ppm，鋼水出鋼經LF加熱后到真空處理站時，鋼水中氮含量為51ppm,過程增氮為8ppm。真空處理8min后,加入第一批氧化鐵皮球,其中FeO和Fe2O3的總含量為97wt%，加入量為2Kg/t·;待真空循環9min后加入第二批氧化鐵皮球，加入量為I. 5Kg/t鋼,氧化鐵皮球加入完畢后鋼水繼續循環6min后進行脫氧合金化操作,RH真空處理出站時鋼水氮含量為23ppm，對真空處理后的鋼水進行保護澆注，澆注時在大包長水口和鋼包下水ロ之間添加保護的密封墊圈，并控制大包長水口的吹氬流量在20m3/h，最終得到氮含量為30ppm的鋼還。綜上所述，本發明的控制超低碳鋼氮含量的方法操作簡單，能有效降低低碳、超低碳鋼中的氮含量，得到氮含量不 高于35ppm的鋼坯，顯著降低了煉鋼成本，具有較好的推廣應用前景。盡管已經具體描述了本發明的控制超低碳鋼氮含量的方法，但是本領域的技術人員應該知道，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，可以對本發明做出各種形式的改變。
權利要求
1.一種控制超低碳鋼氮含量的方法，其特征在干，在真空處理前控制鋼水中氮含量不低于45ppm，并且在真空處理時向鋼包中加入氧化鐵皮球使得真空處理結束后鋼水中氮含量不高于30ppm，對真空處理后的鋼水進行保護澆注，最終得到氮含量不高于35ppm的鋼坯。
2.根據權利要求I所述的控制超低碳鋼氮含量的方法，其特征在于，在真空處理前控制鋼水中氮含量為5(T70ppm。
3.根據權利要求I或2所述的控制超低碳鋼氮含量的方法，其特征在于，所述方法通過在轉爐冶煉時采用全程底吹氮氣來實現在真空處理前對鋼水中氮含量的控制。
4.根據權利要求3所述的控制超低碳鋼氮含量的方法，其特征在于，所述底吹氮氣的供氣強度為O. 025 O. 041m3 / (min · t鋼)。
5.根據權利要求4所述的控制超低碳鋼氮含量的方法，其特征在于，所述鋼水冶煉出鋼后經精煉爐加熱，過程增氮量為5 10ppm。
6.根據權利要求I所述的控制超低碳鋼氮含量的方法，其特征在干，以重量百分比計，所述氧化鐵皮球含有總含量為96、9wt%的FeO和Fe2O3,以及少量的C、CaO, SiO2, P、S。
7.根據權利要求I所述的控制超低碳鋼氮含量的方法，其特征在于，所述氧化鐵皮球的粒度為l(T20mm。
8.根據權利要求I所述的控制超低碳鋼氮含量的方法，其特征在于，根據鋼包內的鋼水重量，將所述氧化鐵皮球分兩批加入鋼包中，第一批氧化鐵皮球的加入時間為真空處理8 IOmin后，加入量為I. 5 2. 5Kg/tiH ;待真空循環5 9min后加入第二批氧化鐵皮球，加入量為l 2Kg/t ，待氧化鐵皮球全部加入完畢后鋼液繼續循環5 8min。
9.根據權利要求I所述的控制超低碳鋼氮含量的方法，其特征在于，所述保護澆注為在大包長水口與鋼包下水ロ之間采用密封墊圈，并控制大包長水口的吹氬強度為O.003 O. 006m3 / (min · t,H)。
全文摘要
本發明的控制超低碳鋼氮含量的方法在真空處理前控制鋼水中氮含量不低于45ppm，并且在真空處理時向鋼包中加入氧化鐵皮球使得真空處理結束后鋼水中氮含量不高于30ppm，對真空處理后的鋼水進行保護澆注，最終得到氮含量不高于35ppm的鋼坯。本發明要求在鋼水進行真空處理前不對鋼水中的氮含量采取任何脫除處理，反而要保證鋼水進入真空處理裝置前具有較高的氮含量。在進行真空處理時，加入一定量的氧化鐵皮球促進脫氮，并在較高的真空度下循環一定時間，從而將鋼液中的氮含量脫至較低水平，將低氮含量的鋼水再進行保護澆注從而得到低氮含量的鋼坯。本發明的控制超低碳鋼氮含量的方法操作簡單，能降低煉鋼成本，具有較好的推廣應用前景。
文檔編號C21C7/10GK102690924SQ201210164848
公開日2012年9月26日 申請日期2012年5月25日 優先權日2012年5月25日
發明者何為, 喻林, 張敏, 曾建華, 李青春, 杜麗華, 楊森祥, 梁新騰, 熊開偉, 翁建軍, 謝明科, 陳均, 陳天明, 陳永 申請人:攀鋼集團攀枝花鋼釩有限公司, 攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司, 攀鋼集團西昌鋼釩有限公司