转炉冶炼钢中氮含量的控制

2010年第1期本钢技术11
转炉冶炼钢中氮含量的控制
祝真祥
（本钢炼钢厂，辽宁本溪 117021）
摘 要：随着汽车板、管线钢的批量生产，对钢中氮含量的要求越来越高，通过炼钢转炉生产实践，
分析终点氧、补吹、全程复吹、钢包包况、底吹氩控制、脱氧合金化、降温料加入量对钢中氮的影响，
找到转炉生产过程中控制钢中氮的工艺措施，降低了钢中氮的含量，极大地提高了钢水的质量。

关键词：炼钢；钢中氮含量；钢水质量；终点氧；脱氧合金化
中图分类号：TF71 文献标识码：B
Study on Controling of Nitrogen in Converter Steel
ZHU Zhenxiang
(Steel Making Plant，BX STEEL，Benxi Liaoning 117021)
Abstract：With the mass production of car panels and linepipe steel, the nitrogen content in the steel is
increasingly demanded. Briefed in the paper through the production of converter steel-making practice,
analysis of the oxygen activity of the steel, second-blowing, blowing the whole complex, ladles situation、
Argon-blowing controling, deoxidation and alloying, the temperature reduction material addition and so on
are expected to influence nitrogen content in steel, to find a process to control nitrogen in the converter steel,
reducing the nitrogen content in steel has greatly improved the quality of molten steel.
Keywords: steelmaking；nitrogen content in steel；steel quality；oxygen activity；dioxidation and alloying
随着钢铁行业的高速发展，对钢材深冲性、高强度、高温塑性的要求越来越高。

氮作为钢中的元素之一，大多数情况下是作为杂质元素存在的，严重影响钢的高温强度和高温塑性，降低钢的深冲性能。

冶炼具有高深冲性、高强度等高附加值产品，必须降低钢中的氮含量，减少氮在钢水中的危害程度，才能保证钢材的深冲性能，减少时效性，消除了屈服点延伸现象，使钢材表面光洁，成材率高。

1 低氮钢生产工艺流程
低氮钢生产工艺流程是：
铁水脱硫扒渣→复吹转炉冶炼→RH-TB精炼→板坯连铸。

2 影响钢中[N]含量的因素分析
2.1 终点氧对钢中[N]含量影响
通过对转炉吹炼各阶段取样分析，转炉内的氮含量在开吹过程中急剧下降，当硅锰基本氧化完全时钢水中氮含量达到0.002 5%～0.004 0%，在脱碳期间则缓慢下降，在碳含量为0.20％左右时降至最低，约为0.001 0%～0.001 5%，随着碳的降低、钢中氧的升高氮开始缓慢上升，终点[O]≤0.08%时，钢中平均[N]含量为0.001 86%，终点[O]＞0.08%时，钢中平均[N]含量为0.002 26%，所以终点氧控制在0.08%以下，避免终点氧过高增氮。

转炉冶终点氧
Fig.1 The oxygen activity on the impact of nitrogen
in steel
本钢技术 2010年第1期
12 2.2 复吹对钢中氮含量影响
底吹气体采用全程供氩模式，避免因底吹前期供氮而造成的氮含量偏高，同时加强炉内搅拌，使冶炼过程中产生的气体充分上浮，全程复吹转炉钢中平均[N]含量为0.001 7%，非复吹转炉钢中平均[N]含量为0.002 18%，所以全程吹氩可以降低钢中[N]含量，平均降低0.000 48%，全程吹氩对钢中氮的
图2 复吹对钢中[N]含量的影响
Fig.2 Blown converter on the impact of nitrogen in
steel
2.3 钢包底吹氩对钢中氮含量影响
底吹氩大小对钢中[N]含量影响较大，底吹氩大炉次钢中平均[N]含量为0.001 974%，底吹氩小炉次钢中平均[N]含量为0.001 569%，所以出钢前1min 提前进行吹氩，驱除钢包内的空气，避免与钢水充分接触造成增氮；同时在出钢过程中，底吹氩气量关小进行软吹，以不裸露钢水液面为准，底吹氩对钢中氮的影响见图3。

Fig.3 Argon blowing on the impact of nitrogen in steel 2.4 脱氧合金化对钢中氮含量影响
脱氧钢种钢中[N]的控制与脱氧的先后有关，因
为钢液中[O]是表面活性元素，它能阻止空气中{N 2}向钢液中溶解扩散，若钢水中[O]含量过低，容易造成钢水增氮，先脱氧后合金化的钢中平均[N]含量为0.004 2%，波动较大，先合金化后脱氧的钢中平均[N]含量为0.003 13%，而且波动较小，易控制，脱氧合金化对钢中[N]的影响见图4。

观测值
钢中[N ]含量/%图4 脱氧合金化对钢中[N]的影响 Fig.4 Deoxidization and alloying on impact of
nitrogen in steel 2.5 补吹对钢中[N]含量影响
补吹开氧时，因受氧气压力冲击钢液与空气大面积接触，造成增氮较多，所以避免补吹，随着补吹氧量增加，钢中[N]含量增加，而且符合一元二次Fig.5 Second-blowing on the impact of nitrogen in
steel
2.6 铁矿石加入量对钢中氮含量影响
在转炉吹炼期间加入一定量的铁矿石能够降低终点的氮含量，因为加入的铁矿石所产生的一氧
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化碳气泡在钢水内形成核心，钢水中的气体能迅速的与一氧化碳聚集到一起，通过一氧化碳的上浮而排出钢水。

在不改变其他条件的情况，加入铁矿石的数量与终点氮含量成反比关系，加入铁矿石的数量越多，终点氮含量越低；由于转炉终点氮含量最低为0.001 0%～0.001 5%，所以加入铁矿石的数量40kg/t 为最佳，加入铁矿石数量过多只会降低温度而对终点氮含量无太大影响。

铁矿石加入量对钢中
图6 铁矿石加入量对钢中[N]含量影响 Fig.6 Adding iron ore to the steel on impact of
nitrogen in steel 2.7 钢包对钢中[N]含量的影响
在生产实践中发现钢包的包况对钢中[N]的较大的影响，正常钢包钢中平均[N]含量为0.001 73%，补烤钢包中平均[N]含量为0.002 35%，钢包对钢中[N]含量的影响见图7。

观测值
钢中[N ]含量/%
图7 钢包对钢中[N]含量的影响
Fig.7 Situation of ladle on the impact of nitrogen in
the steel
3 工艺调整及冶金效果分析
3.1 工艺调整
通过对终点氧、补吹、全程复吹、钢包包况、底吹氩控制、脱氧合金化、降温料加入量的分析，找到了影响钢中氮含量的因素，工艺作以下调整：
1)复吹炉座在兑铁时将底吹模式改为手动方式吹氩，至出完钢溅渣前改回自动方式。

2)控制好过程温度，避免低温过吹增[N]，采用精料重废钢炉次，加料时必须考虑到重料熔化期滞后，前期温度高不利于去磷，后期废钢熔化升温缓慢；过程测试不要过于延后，以免温度控制被动；过程测试后不要大幅度窜枪,以免增[N]。

3)要求有铁矿石的炉座必须采用铁矿石化渣和降温，对去除钢中[N]有利，温降约20～30℃/t 。

4)碳温一次命中，不得过吹、点吹，避免增[N]；终点[O]=0.06%～0.08%，[C]=0.04%～0.05%，避免过吹，最大倒炉O 不得超过0.1%；钢包氧控制在0.04%～0.06%。

5)转炉在零位时严禁打烟罩铁(包括用氧气打烟罩)，避免钢水增氮；严禁使用氮气压渣。

6)采用周转红罐，洁净、无冷钢(罐沿必须清洁)，底吹氩透气性良好的钢包受钢。

出钢前对钢包吹扫，时间不小于1min ，出钢过程小气量吹，严禁底吹气量过大造成钢液大面积裸露吸气和二次氧化，出钢1/2左右时关闭。

7)对于脱氧低氮生产，脱氧合金化采用先弱后强的脱氧方式，出钢过程中加石灰石150kg ，出钢后加铝屑50kg(或顶渣改质剂100kg)，保温剂不再加入。

8)为保证汽车板供钢质量，炉况不好、出钢口寿命高、新下出钢口、挡渣效果不好、无活性石灰炉座严禁冶炼，维护好出钢口，做到规圆、不散流。

控制出钢时间4min30s ～7min 。

3.2 冶金效果分析
通过工艺调整，本钢在冶炼低氮钢的生产中，转炉出钢的[N]平均为0.001 6%，钢包的[N]平均为0.002 031%，转炉出钢过程平均增氮0.000 4%，低氮钢生产中钢中[N]得以有效控制，本钢的低氮钢生产又上一个台阶。

工艺调整后冶金效果见图8。

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本钢技术 2010年第1期18
响产品质量的前提下，打破品种限制，拓展热送热装范围，制订和完善连铸坯热送热装中MES操作、管理、维护和考核办法，促进连铸坯热送热装流程的标准化、规范化。

7)MES系统本身要保证软硬件的可靠稳定运行，做好服务器硬件设备双机热备，加强MES软件冗错纠错能力，增强系统的健壮性。

4 结论
通过对连铸坯热送热装关键技术MES的研究，形成总体解决方案，并将MES的解决方案融入集成制造系统中，就可以取得以下良好的效果：优化生产调度，加快在制品库存周转；减少非计划生产，降低余材；实现在线质量判定，提高产品质量，大幅增加产品成材率；提高管理效能，在节能降耗的同时增产减员。

随着科学技术的不断进步，MES技术必然越来越完善，连铸坯的热送率也必然越来越高，二者之间的结合会更加的紧密，它们将一起推动着钢铁企业的快速发展。

参考文献
[1] 刘玠，孙一康，王京. 冶金过程自动化基础[M]. 北京：冶金工业出版社，2006
[2] 刘玠，蒋慎言. 连铸及炉外精练自动化技术[M]. 北京：冶金工业出版社，2006
[3] 刘玠，杨卫东，刘文仲. 热轧生产自动化技术[M]. 北京：冶金工业出版社，2006
[4] 黄寒昕，席慧俊. 本溪钢铁（集团）有限公司三热轧MES 系统需求规格说明书热轧计划分册[M]. 上海宝信软件股份有限公司，2007
[5] 席慧俊. 本溪钢铁(集团)有限公司三热轧MES系统详细设计说明书热轧计划分册[M]. 上海宝信软件股份有限公司，2008
Fig.8 Oxygen activity on the impact of nitrogen in
steel
4 结论
1)低氮钢的生产，复吹全程吹氩，终点氧控制在0.08%以下，并且减少补吹炉次，控制钢中[N]含量。

2)钢水吸氮贯穿于整个炼钢过程，要在整个流程中进行钢水氮含量的控制，主要是避免钢液与空气接触造成增氮，所以出钢前1min提前进行吹氩，驱除钢包内的空气，避免与钢水充分接触造成增氮；同时在出钢过程中，底吹氩气量关小进行软吹，以不裸露钢水液面为准。

3)低氮钢的生产，钢包采用周转钢包受钢，避免钢包增氮。

4)脱氧合金化采用弱后强合金化，减少脱氧合金化增氮。

5)低氮钢的生产，降温料采用铁矿石降温，降低炉中钢水氮含量。

参考文献
[1] 李鸿江. 冶金过程固体废物处理与资源化[M]. 北京：冶金工业出版社，2006年
[2] 牛冬杰. 工业固体废物处理与资源化[M]. 北京：冶金工业出版社
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