控制高氮鋼氮含量的方法
【專利摘要】本發明公開了一種控制高氮鋼氮含量的方法，所述方法包括：在轉爐冶煉步驟中，采用全程底吹氮模式來增氮，其中，冶煉中期至出鋼前的供氣流量大于冶煉初期和出鋼后的供氣流量；在LF精煉步驟中，通過兩次喂入含氮合金線來增氮，其中，在LF進站時執行第一喂線操作以喂入第一量的含氮合金線，在LF出站時執行第二喂線操作以喂入第二量的含氮合金線。根據本發明的方法可以改善高氮鋼氮含量的控制精度，避免因成品鋼材中氮含量過高引起皮下氣泡而導致拉裂缺陷，提高產品質量，使成品高氮鋼的氮含量控制在100ppm～150ppm。
【專利說明】控制高氮鋼氮含量的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及鋼鐵冶煉領域，尤其涉及一種控制高氮鋼氮含量的方法。
【背景技術】
[0002] 隨著我國鐵路的高速化和重載化，對制造火車大梁的材料--高強度高氮鋼的強 度、耐大氣腐蝕性能以及低溫沖擊性能等質量指標的要求，也越來越高。而鋼中的氮含量控 制，決定了鋼的屈服強度和低溫沖擊性能等鋼材質量。如果氮含量控制過低，則鋼材的屈服 強度達不到要求，如果氮含量控制過高，則在澆注過程中鋼水中的[N]呈游離態，易產生皮 下氣泡，從而引起鋼材表面縱裂、橫裂以及皮下裂紋。
[0003] 在冶煉高氮鋼時，目前通用的辦法是在轉爐終點前吹氮或者在精煉工藝中加入含 氮合金來增氮。然而，這種工藝在轉爐出鋼時往往氮含量偏低，使得精煉等后續工藝的增氮 壓力很大，氮含量不易精確控制，成分含量波動范圍很大，導致產品鋼的氮含量超標。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于改進轉爐冶煉和LF精煉的增氮工藝，加強轉爐冶煉的增氮效 果并提高LF精煉的增氮控制精度，使得成品鋼的氮含量控制在相對穩定的窄范圍內。
[0005] 本發明提供一種控制高氮鋼氮含量的方法，所述方法包括轉爐冶煉步驟和LF精 煉步驟，轉爐冶煉采用全程底吹氮模式來增氮，其中，冶煉中期至出鋼前的供氣流量大于冶 煉初期和出鋼后的供氣流量；LF精煉通過兩次喂入含氮合金線來增氮，其中，在進站時執 行第一喂線操作以喂入第一量的含氮合金線，在出站時執行第二喂線操作以喂入第二量的 含氮合金線。
[0006] 根據本發明的示例性實施例，在轉爐冶煉步驟中，冶煉初期和出鋼過程中的供氣 流量可以為120m 3/h?300m3/h，冶煉中期至出鋼前的供氣流量可以為300m3/h?750m 3/h。
[0007] 根據本發明的示例性實施例，在冶煉中期，拉碳后的供氣流量可以降低至120m3/ h?300m3/h，冶煉一段時間之后，再以300m3/h?750m3/h的供氣流量補吹至出鋼。
[0008] 根據本發明的示例性實施例，在開始吹煉前和出鋼結束后的供氣流量為50m3/h? 80m 3/h。
[0009] 根據本發明的示例性實施例，含氮合金線可以包括4. 5wt %?7. 5wt %的氮。
[0010] 根據本發明的示例性實施例，在LF精煉步驟中，兩次喂線操作共喂入的含氮合金 線的總量可以為2m/噸鋼?4. 5m/噸鋼。
[0011] 根據本發明的示例性實施例，第一喂線操作中喂入的第一量的含氮合金線可以為 2m/噸鋼?3. 5m/噸鋼，第二喂線操作中喂入的第二量的含氮合金線可以為0m/噸鋼?lm/ 噸鋼。
[0012] 根據本發明的示例性實施例，在轉爐冶煉步驟，出鋼結束后鋼水的氮含量可以控 制在 45ppm ?50ppm。
[0013] 根據本發明的示例性實施例，在LF精煉步驟，當執行完第一喂線操作后鋼水的氮 含量可以控制在90ppm?lOOppm。
[0014] 根據本發明的示例性實施例，在LF精煉步驟，當執行完第二喂線操作后鋼水的氮 含量可以控制在lOOppm?120ppm。
[0015] 本發明可以取得以下有益效果中的至少一個：
[0016] 通過轉爐冶煉的全程分階段供氣模式和LF精煉的兩次喂線操作，提高了轉爐冶 煉步驟的增氮水平，減輕了后續LF精煉步驟的增氮壓力，提高了氮含量的控制精度和成品 質量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017] 根據下面結合附圖對本發明的描述，本發明的這些和/或其他方面將變得明顯和 更易于理解，在附圖中：
[0018] 圖1是根據本發明的示例性實施例的轉爐冶煉步驟的全程底吹氮供氣模式圖；
[0019] 圖2是根據本發明的示例性實施例的LF精煉步驟出站時的鋼水氮含量分布圖；
[0020] 圖3是利用根據本發明的示例性實施例的控制高氮鋼氮含量的方法獲得的成品 鋼的氮含量分布圖。
【具體實施方式】
[0021] 下面將結合實施例對本發明作進一步的闡述，然而，下述實施例僅起到示例性的 說明作用，并不能夠用來限制本發明。除非特別指明，所涉及的百分比均為重量百分比，下 文中未提及的與本發明相關的其他方面可以通過公知技術來實現。
[0022] 氮能溶于鐵中。在a -Fe中，氮元素在591 °C下的溶解度為0. 1%，而在室溫下的 溶解度只有0.001%。因此，氮可以固溶于鋼中。當氮元素以氮化物的形式存在于鋼中時， 能夠阻止奧氏體長大，細化鋼的晶體粒度，從而改善鋼的力學性能，特別是屈服強度和低溫 沖擊性能。然而，過量的氮元素以氣體的形式存在于鋼中，易使鋼材產生皮下氣泡和疏松。 因此，在以氮作為合金化元素的高氮鋼的冶煉期間，如何將氮含量控制在期望的范圍內是 影響產品質量的關鍵因素。
[0023] 本發明的示例性實施例主要通過改進轉爐冶煉和LF精煉兩個步驟的增氮工藝， 來實現對高氮鋼氮含量的準確控制。根據本發明的示例性實施例的控制高氮鋼氮含量的方 法包括：在轉爐冶煉步驟，采用全程底吹氮模式來增氮，其中，在轉爐冶煉的不同階段分別 采取不同的供氣強度，冶煉中期至出鋼前的供氣流量大于冶煉初期和出鋼后的供氣流量； 在LF精煉步驟，通過兩次喂入含氮合金線來增氮，其中，在進站時執行第一喂線操作以喂 入第一量的含氮合金線，在出站時執行第二喂線操作以喂入第二量的含氮合金線。
[0024] 目前，轉爐冶煉步驟普遍通過在冶煉初期吹入氮氣來增氮，冶煉一段時間之后立 即停止供氮，轉而吹入氬保護氣體直至出鋼結束。由于在冶煉初期爐內供氧充足，碳氧反應 劇烈，使得產生的C0具有較強的脫氮能力，因此吹入的氮氣有很大一部分將伴隨熔池內的 沸騰作用而損失，起不到良好的增氮效果，導致出鋼后鋼水的氮含量較低并且波動較大，增 加了后續精煉步驟的處理壓力。
[0025] 圖1是根據本發明的示例性實施例的轉爐冶煉步驟的全程底吹氮供氣模式圖。如 圖1所示，轉爐冶煉采用全程底吹氮模式，其中，在轉爐冶煉的不同階段分別采取不同的供 氣強度。根據化學反應的傳質機理，氮在鋼水中的溶解過程的限制環節是擴散，而在冶煉初 期，受爐內的氧氣流沖擊，氮向鋼液中擴散的速率會減慢，因此冶煉初期不宜采用過大的流 量。根據本發明的示例性實施例的冶煉初期的氮氣流量可以控制在120m 3/h?300m3/h，在 本實施例中，冶煉初期的氮氣流量控制在200m3/h。
[0026] 當冶煉進入中期時，隨著吹煉的進行，爐內脫碳反應趨于完善，渣中的氧化鐵減 少，熔池的吸氮速度顯著增加，此時應該適當增大供氣流量使得鋼液增氮。因此，本發明的 示例性實施例在轉爐冶煉進入中期時，將氮氣流量增加至300m 3/h?750m3/h。在本實施例 中，轉爐冶煉中期的氮氣流量控制在600m3/h，然后保持該流量一直吹煉至開始出鋼。
[0027] 另外，根據本發明的示例性實施例，出鋼前還包括補吹階段，這是因為在拉碳之后 爐內不再供氧，碳氧反應不再產生C0,從而使鋼液的脫氮能力大幅度減弱，此時如果以大流 量補吹氮氣，則可以使鋼液在這個期間最大程度地吸氮。因此，本發明的補吹階段氮氣流量 達到300m 3/h?750m3/h，與冶煉中期的氮氣流量相同。如圖1所示，在本實施例中，補吹階 段的氮氣流量可以控制在600m 3/h。然而，本發明不限于此，補吹階段的氮氣流量也可以與 冶煉中期的氮氣流量不相同。
[0028] 另外，根據本發明的示例性實施例，在拉碳后、補吹前，氮氣流量可以小幅度減小， 例如，降至120m 3/h?300m3/h，并保持一段時間之后再重新恢復至補吹階段的300m3/h? 750m 3/h。如圖1所示，在本實施例中，氮氣流量在拉碳后減小至240m3/h，保持一段時間之 后，當進入補吹階段時又重新恢復到600m 3/h。這種措施的效果是：使鋼液在停止供氧后，內 部的傳熱和傳質的進行可以有緩沖過程，從而確保鋼液的溫度和成分的分布更均勻，并且 使攪拌動能得到更充分的利用。
[0029] 當鋼水的主要成分滿足C彡0. 15%、P彡0. 015%、S彡0. 015%時，即達到轉爐冶 煉終點可以出鋼。出鋼溫度控制在1680°C?1710°C，平均出鋼時間控制在5. 3min。出鋼時 通過加入鋁錳鐵和喂鋁線來進行脫氧合金化，出鋼的全過程不吹氬氣而繼續保持吹氮。在 出鋼時，為避免氮氣流量過高造成鋼水擾動以給出鋼過程帶來不利影響，需要將氮氣流量 減小至120m 3/h?300m3/h，然后保持吹氮直到出鋼完畢。在本實施例中，從開始出鋼至出 鋼完畢，將氮氣流量控制在240m 3/h。
[0030] 另外，如圖1中所示，在開始吹煉前和出鋼完畢之后，也需要吹氮來肅清管路和設 備中的雜物以防止管路堵塞，保證整個吹煉過程的氮氣流量供應暢通無阻。在這兩個階段 吹入的氮氣流量可以較小，只要能夠達到疏通管路的目的即可。本發明在開始吹煉前和出 鋼結束后的供氣流量，控制在50m 3/h?80m3/h。在本實施例中，優選為50m3/h。
[0031] 出鋼結束后，進行煉鋼小平臺處理，分析氮含量。根據本發明的示例性實施例，出 鋼結束后鋼水的氮含量控制在45ppm?50ppm，與現有技術的平均35ppm左右的氮含量水平 相比，明顯有所提高，這將有效地減輕后續LF精煉步驟的增氮壓力，降低生產成本。
[0032] 由于高氮鋼對C、Mn和Cr的控制范圍有較嚴格的要求，因此LF精煉必須保證成分 調節能力。在LF精煉步驟中，為了準確控制氮含量，本發明采用通過兩次喂入含氮合金線 的方法來增氮。
[0033] 在LF進站時，執行第一喂線操作，根據小平臺處理時分析的氮含量來計算喂入的 含氮合金線的量（即，第一量的含氮合金線）。接下來，執行化渣操作5min?8min后，取樣 分析氮含量，將測得的氮含量記為進站氮含量，根據本發明的示例性實施例，當執行完第一 喂線操作后鋼水的氮含量（進站氮含量）控制在90ppm?lOOppm。
[0034] 然后，將鋼包加熱以進行溫度或其他成分的控制和調整，然后根據進站氮含量來 計算喂入的含氮合金線的量（即，第二量的含氮合金線），繼而執行第二喂線操作，接下來 執行軟吹操作，取樣分析氮含量，將測得的氮含量記為出站氮含量。根據本發明的示例性實 施例，當執行完第二喂線操作后鋼水的氮含量（出站氮含量）控制在lOOppm?120ppm。需 要注意的是，在執行完第一喂線操作之后，根據進站氮含量的檢測結果來確定是否執行第 二喂線操作。換而言之，在喂入第一量的含氮合金線之后，如果檢測結果顯示鋼液的氮含量 達到出站氮含量的標準，則喂入第二量的含氮合金線可以為0。
[0035] 優選地，該含氮合金線可以為釩鈦線（VT線）。下面以釩鈦線為例詳細描述根據本 發明的示例性實施例的喂線方法。
[0036] 表1示出了根據本發明的示例性實施例的VT線的成分。
[0037] 表1 VT線主要成分與含量表（wt% )
[0038]
【權利要求】
1. 一種控制高氮鋼氮含量的方法，所述方法包括： 在轉爐冶煉步驟中，采用全程底吹氮的模式來增氮，其中，冶煉中期至出鋼前的供氣流 量大于冶煉初期和出鋼后的供氣流量； 在LF精煉步驟中，通過兩次喂入含氮合金線來增氮，其中，在LF進站時執行第一喂線 操作以喂入第一量的含氮合金線，在LF出站時執行第二喂線操作以喂入第二量的含氮合 金線。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中，在轉爐冶煉步驟中，冶煉初期和出鋼過程中的供 氣流量為120m3/h?300m 3/h，冶煉中期至出鋼前的供氣流量為300m3/h?750m3/h。
3. 根據權利要求2所述的方法，其中，在冶煉中期，拉碳后的供氣流量降低至120m3/ h?300m3/h，冶煉一段時間之后再以300m3/h?750m3/h的供氣流量執行補吹至出鋼。
4. 根據權利要求1所述的方法，其中，在開始吹煉前和出鋼結束后的供氣流量為50m3/ h ?80m3/h。
5. 根據權利要求1所述的方法，其中，含氮合金線包括4. 5wt%?7. 5wt%的氮。
6. 根據權利要求5所述的方法，其中，在LF精煉步驟中，兩次喂線操作共喂入的含氮合 金線的總量為2m/噸鋼?4. 5m/噸鋼。
7. 根據權利要求6所述的方法，其中，第一喂線操作中喂入的第一量的含氮合金線為 2m/噸鋼?3. 5m/噸鋼，第二喂線操作中喂入的第二量的含氮合金線為0m/噸鋼?lm/噸 鋼。
8. 根據權利要求1所述的方法，其中，在轉爐冶煉步驟，出鋼結束后鋼水的氮含量控制 在 45ppm ?50ppm〇
9. 根據權利要求1所述的方法，其中，在LF精煉步驟，當執行完第一喂線操作后，鋼水 的氮含量控制在90ppm?lOOppm。
10. 根據權利要求1所述的方法，其中，在LF精煉步驟，當執行完第二喂線操作后，鋼水 的氮含量控制在lOOppm?120ppm。
【文檔編號】C21C5/34GK104087705SQ201410353852
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月23日 優先權日:2014年7月23日
【發明者】雷輝, 李利剛, 吳勝, 王二軍, 王家奇, 黃登元 申請人:攀鋼集團攀枝花鋼釩有限公司