LF精炼控氮工艺研究
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LF 精炼控氮工艺研究
刘鹏举,李肖德
(河钢唐钢新区,河北 唐山 063000)
摘 要:
随着钢铁产品在各个领域中发挥的作用越来越大,以及钢铁产能逐年增加,产能过剩导致行业市场竞争的加剧,加上用户对钢质量的要求越来越高,N 氮对钢的不良影响越来越受到钢铁领域的重视。
本文就LF 精炼工序进行增氮控制的研究分析,达到对N 含量控制的目的。
关键词:
LF ;精炼;造渣;控氮中图分类号:TF769.4 文献标识码:A 文章编号:
11-5004(2021)02-0144-2 收稿日期:
2021-01作者简介:刘鹏举,男,生于1988年,汉族,助理工程师,本科,研究方向:冶金工程。
河钢唐钢新区投产以来,N 含量长期偏高,严重影响了铸坯
质量。
目前,普遍认为LF 增氮的原因是电弧区增氮、钢液与大气接触,原材料中的氮。
针对热轧事业部精炼车间钢包增氮严重的情况,通过对LF 工序SPHC 钢种的各个环节进行分析研究,制定出不同的对比方案,通过现场试验得到的数据分析,制定规范操作,取得了良好的控氮结果。
1 N在钢中的危害
除了在少量钢种中,N 能提高钢的强度,塑性、耐磨性和改善钢的焊接性能外,N 在大部分钢水中作为杂质元素存在。
氮的存在会降低了钢的韧性和塑性,引起钢的时效硬化,即钢的强度、硬度随时间的推移而增大,而塑性则有所下降。
氮的存在会造成钢的蓝脆、冷脆。
即淬火钢在250℃~400℃回火后,塑韧性下降,钢呈现为蓝色。
氮和氢综合作用,促使镇静钢锭产生中心疏松或形成显微孔隙,产生发纹和和皮下气泡,影响钢的焊接性能、热加工性能、深冲性能,甚至造成铸坯开裂及引起晶间腐蚀所以,现在大多高等级钢种对钢中的氮含量有严格的要求[1]。
2 实验设计
实验在300t 钢包精炼LF 炉内进行,钢水装入量在250t 左右。
由于影响LF 工序增氮的因素较多,故设计了不同的实验方案,整个实验在同一班组,由同一精炼工进行冶炼,除了设计方案的不同外,其他因素保持一致。
实验分三个阶段进行,及在前一个方案成立后进行下一个。
试验设计如下表1~表3所示。
表1 不同的造渣方案设计
方案
实验炉数
造渣料加入量/kg
是否回收浇余
141000是241000否341200是441200否541500是6
4
1500
否
表2 不同的给电方案设计
方案实验炉数
电压档位
电流档位
升温度数/℃
7431208432209451201045220114712012
47
2
20
表3 不同的吹氩方案设计
方案实验炉数
吹氩流量/NL/min
平均吹氩时间/min
134508.21441008.21541508.216
4
200
8.2
3 实验结果分析与讨论
所有实验方案的钢种都是SPHC,每个实验方案进行多个炉次进行,从中选取除控制因素不同外,其他因素都相同的4个炉
次进行分析[2]。
3.1 实验数据收集
表4 不同的造渣方案增氮量
方案实验炉数造渣料加入量/kg
是否回收浇余
平均增氮量/ppm
141000是0.0008241000否0.0012341200是0.0007441200否0.0010541500是0.000764
1500
否
0.0009表5 不同的给电方案增氮量
方案实验炉数电压档位电流档位升温度数/℃
平均增氮量/ppm
7431200.00038432200.00039451200.000310452200.000411471200.000412
4
7
2
20
0.0005
表6 不同的吹氩方案增氮量
方案实验炉数
吹氩流量/NL/min 平均吹氩时间/min 平均增氮量/
ppm 13450100.0001
14
4100100.0001154150100.000116
4
200
10
0.0002
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3.2 结果分析与讨论
3.2.1不同的造渣方案对增氮量的影响
图1 不同的造渣方案对增氮量的影响
对比方案1、方案3、方案5,对于回浇余炉次,造渣料超过1200KG后,对增氮无明显影响。
对比方案2、方案4、方案6,对于无浇余回收炉次,随着造渣料增加,增氮量逐渐减小。
对比方案1和方案2、方案3和方案4、方案5和方案6,回浇余炉次增氮量明显小于不回浇余炉次。
3.2.2
图2 不同的给电方案增氮量的影响
当化渣后,电压和电流较大时,增加电压和电流对增氮量无影响。
当电压档位超过5之后,增加电压和电流,增氮量明显增加。
3.2.3
不同的吹氩方案增氮量的影响
图3 不同的吹氩方案增氮量的影响
当静吹氩气小于150NL/min时,流量大小对增氮无影响。
当流量到达2000NL/min时,增当量有1×10-6增加到2×10-6。
3.3 结果讨论
为了保障LF
良好的脱氧脱硫效果,LF 精炼整个冶炼过程在微正压情况下进行操作,但无法避免从钢包与炉盖接触部位,观察孔部位等吸入空气。
特别是后期,钢液面裸漏就有可能增氮。
而造渣料的多少影响着渣层的厚度,对着整个冶炼过程埋弧效果、避免钢液裸漏起着决定性作用。
随着造渣料的增加,渣层加厚,增强了给电埋弧效果和避免钢液与空气接触,故可以降低钢液的增氮量。
氮气在钢液中的溶解反应为:
平衡常数:
从而:
式中:----钢液中[N]活度;
----钢液中[N]活度平衡分压,KPa;
----钢液中[N]活度系数。
氮溶解反应常数与温度的关系为:
式中,a,b为两个常数。
当温度升高时,K值增大,钢液中氮的溶解度亦增加,故电极区增氮严重。
化渣后,高电压档位和高电流档位(即小电压,小电流)会导致钢液增氮加剧。
由于LF处于非完全封闭的状态,加热过程中,气氛中的氮气会有部分被电离,在电弧的作用下,容易被钢水吸收,造成钢液吸氮。
高功率给电,减少给电时间,降低电弧电离增氮的机会。
低功率加热,导致给电时长增加,增大了钢液吸氮的几率。
在满足埋弧条件下,应尽量加大给电时的电压和电流,避免长时间给电。
对于脱氧完全并钙处理后的钢水,在氩气流量小于150NL/ min时,由于钢渣的覆盖作用,吹氩时无钢水裸漏,故基本上无增氮现象。
但氩气大于2000NL/min时,由于搅拌作用加大,导致偶尔有钢水裸漏,会造成钢液吸氮。
4 结论
(1)造渣料的多少与增氮量的大小有比较密切的关系,对精炼工序对氮含量起决定性作用。
精炼采用浇余回收机制,可以明显降低钢种氮的增加量。
无浇余炉次,随着造渣物料加入量的增加,增氮量减少。
(2)化渣后,小电压,小电流会导致钢液增氮加剧。
在满足埋弧条件下,应尽量增加给电时的电压和电流档位。
(3)静吹时,氩气流量较小时,小范围增加氩气流量,对氮含量无影响。
参考文献
[1] 成国光,萧忠敏,姜周华,等.新编钢水精炼暨铁水预处理1500问.中国科学技
术出版社-2007.
[2] 孟建荣,王会凤,杨丽,等.SPHC钢LF精炼过程钢水增氮分析与控制.中国能
力验证与标准样品论坛暨2014国际冶金及材料分析测试学术报告会,366-366.
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