LF精炼及后道工序钢中氮、氧含量控制技术研究

(A ngang T echno logy Cen ter)
(A ngang N ew Steel Co. , L td. )
Abstract T he effect of a ll k ind s of techn ique on con tro lling N itrogen and O xygen con2 ten t in liqu id steel to low er level is exp la ined. T h is p ap er po in ts ou t: N itrogen con ten t in liq2 u id steel can be efficien tly reduced after adop ting foam ed slag in L F and u sing p ro tective m ea2 su rem en ts w h ile ca sting, adop ting slag w a sh ing techn ique in L F and con tro lling ca sting tem 2 p era tu re of liqu id steel can obviou sly reduce oxygen con ten t.
20 号钢 (3 罐) 29～ 30 30～ 42 34～ 37
石油管 (4 罐) 181～ 190186～ 202174～ 214
3 钢中氧含量的控制
3. 1 各个工序钢中氧含量的变化 由图 3 可以看出, 45 号、20 号和普通船板钢
三个钢种经过转炉出钢到形成铸坯的整个过程, 钢中全氧含量逐步下降, 且 L F 炉精炼过程对降 低钢中全氧含量 (即夹杂物含量) 的作用十分显 著, L F 炉精炼成为脱氧控制的关键环节。 上述三
表 1 L F 炉精炼和浇铸过程钢水增氮情况 ×10- 4%
钢种
入 L F 出 L F 精炼增氮 中间罐 浇铸增氮
高强船板钢 (16 罐) 15～ 28 16～ 41 0～ 14 15～ 48 0～ 16
导电轨 (4 罐) 38～ 40 38～ 60 0～ 20 55～ 100 0～ 40
45 号钢 (7 罐) 12～ 25 18～ 28 0～ 11 13～ 33 0～ 10
图 3 20 号钢、普通船板钢和 45 号钢在各工序中的氧含量 1—20 号钢; 2—普通船板钢; 3—45 号钢
3. 2 降低钢中全氧含量 实施炉外精炼以后, 转炉出钢后钢水罐内的
脱氧操作大大减弱对钢水的净化作用, L F 炉精炼 操作显著地提高了钢水的洁净度。 根据钢种的不 同, 在 L F 炉内造碱度不同的顶渣, 即使碱度在 110～ 1. 5 的情况下, Si 也提高了脱氧能力, 钢水 中全氧含量明显降低, 见表 4。
为掌握鞍钢生产的钢种在各个工序中的氮、 氧含量变化情况, 围绕 45 号、20 号、普通船板钢、 管线钢、高强船板钢、石油管等钢种开展试验, 研 究控制钢中氮、氧含量的工艺技术, 实现对氮含量 的有效控制。针对不同钢种, 采用不同渣洗工艺方 案, 降低钢中的全氧含量; 在连铸长水口中采用密 封垫, 减少浇铸过程的增氮量, 避免二次氧化, 为 生产高牌号洁净钢奠定技术基础。
中间罐内[O ] 32 28 22
美国威尔顿钢铁公司的炼钢工作者根据浇铸 过程增氮量来判定洁净钢生产中有无二次氧化, 任何增氮量大于 0. 001% 的钢水都不适合作高级 别的洁净钢[3 ]。
为此, 先后在板坯连铸机上使用了 10 支研制 改进的长水口密封垫, 数据见表 3。试验结果非常 有效, 浇铸过程钢水增氮控制在 0. 0008% 以下, 平均增氮 0. 00023% , 平均减铝 0. 005%。
中间罐到结晶器钢水增氮概率不足 30% , 最 大增氮 0. 0007% , 平均增氮 0. 000136% , 见表 2。
尤其要防止在 L F 炉精炼过程和浇铸过程中, 钢 液接触空气。 2. 2 在 L F 精炼过程中减少钢水增氮
精炼过程中, L F 炉实施泡沫渣工艺可以减少 钢水增氮。 在冶炼高强船板钢时, 进行了 15 炉泡 沫渣试验。 每炉试验在电极加热期间加入两批发 泡剂, 间隔 7m in。在钢水入L F 炉和出L F 炉时取 钢样, 分析钢中氮、氧和酸溶铝含量。 钢水增氮量 为 0. 0001%～ 0. 0013% , 平均增氮 0. 000527%。 未采用泡沫渣工艺时, 钢水增氮 0～ 0. 002% , 平 均增氮 0. 000643%。对严格控制钢中氮含量的钢 种, 应根据加热和精炼时间的长短加入 3～ 4 批发 泡剂, 精炼中间不加铝。 生产低氮含量钢时, 应在 L F 精炼后期喂线加铝和钛; 需要 VD 真空处理的 钢种, 应在真空下通过合金加入装置在破真空前 5m in 加入铝和钛。 2. 3 保护浇铸的效果
个钢种酸溶铝含量均小于 0. 005% , 钢的脱氧由
对于酸溶铝含量高和含有与氮亲和力强的 Si 控制。L F 炉精炼通过造渣、吹氩制度控制钢的
铌、钛等元素的钢种, 要特别注意控制钢液增氮, 脱氧水平。 在钢水浇铸到中间罐和结晶器的过程
© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
·29·
转炉出钢过程中钢水卷入大量空气, 钢水容 易增氮。L F 炉精炼过程中多数罐次钢水增氮, 增 氮量不等, 呈随机分布, 见图 2。
图 2 L F 炉精炼过程增氮情况
据 不 完 全 统 计, 从 钢 水 罐 到 中 间 罐, 约 有 20% 的罐次有显著的增氮现象, 表明钢水吸入了 空气, 即钢水罐下水口与长水口之间的密封有空 气泄露。 增氮情况见表 1。
钢种
出 L F 出 VD 中间罐 结晶器 平均增氮
45 号钢 (3 罐) 18～ 23 13～ 33 15～ 21
高强船板 (6 罐) 16～ 27 15～ 48 16～ 42
普通船板 (3 罐) 19～ 33 20～ 31 21～ 34 1. 36
管线钢 (3 罐) 46～ 54 31～ 45 31～ 51 33～ 50
20 号钢 (3 罐) 20～ 25 29～ 30 5～ 9 30～ 42 0～ 13
平均
6. 43 5. 27
钢水罐下水口与长水口之间吸入空气, 引起 钢水增氮, 必然发生二次氧化, 增加钢中夹杂物。 中间罐内夹杂物的上浮是主要趋势, 夹杂物 (全氧 量) 的数量变化往往表现不明显。 因此, 多根据氮 含量的变化情况判定浇铸过程有无二次氧化。
对钢中全氧含量要求严格的钢种, 如高强船 板钢, 在 L F 炉应采用渣碱度 2. 0～ 3. 0 的渣洗工 艺, 并在搬出前 5m in 左右加铝终脱氧, 采用较弱 强度的吹氩搅拌, 使钢水终脱氧形成的夹杂物上 浮, 可获得较低的全氧含量。
对钢中全氧含量要求苛刻的钢种, 如管线钢、 轴承钢、帘线钢等, 可进行 VD 真空渣洗, 适当提 高吹氩搅拌强度, 使钢水与渣充分作用, 提高硅的 脱氧能力, 与之相平衡的溶解氧相应降低[4]。表 5 为 VD 渣洗碱度与钢水氧含量情况。 从表 5 中可 以看出, 管线钢 VD 渣洗渣的碱度在 2. 8 时得到 的结果也很好。 从管线钢的冶炼操作看, 要实现 L F 炉与 VD 的脱硫, 应造较高碱度的渣, 但渣碱 度过高其流动性变差, 钢与渣的反应和吸收钢中 夹杂物的能力变弱。
·28·
鞍钢技术
AN
GA N
G
T ECHNOLO
GY
2004
年第
3
期
L F 精炼及后道工序钢中氮、氧含量控制技术研究
耿继双 李万象 (鞍钢集团技术中心)
赵(鞍素钢华集 团王新立轧来钢 股原份丽有君限 公潘司玲)
摘要 论述了各种不同工艺技术对控制钢中较低氮、氧含量水平的作用。指出, L F 炉采用 泡沫渣工艺和连铸保护浇铸, 可有效降低钢中的氮含量; 采用L F 炉渣洗工艺及控制钢水的浇 铸温度等措施, 对降低钢中的氧含量有明显的效果。
耿继双, 工程师, 1994 年毕业于天津大学材料系, 现于鞍钢技术中心冶金工艺研究所从事炉外精炼与连铸课题的研究 (114009)。 © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
耿继双 李万象 赵素华 王立来 原丽君 潘玲 L F 精炼及后道工序钢中氮、氧含量控制技术研究
·30·
《鞍钢技术》2004 年第 3 期
中, 钢中[O ]呈现出明显的下降趋势, 即夹杂物上 浮脱离钢水。 从 L F 炉搬出至浇铸到中间罐和结 晶器内, 随温度下降, 钢水中溶解的氧析出, 在中 间罐和结晶器内与钢中的脱氧元素结合, 形成夹 杂物上浮去除。 在洁净钢的生产中, 应控制好 L F 炉出钢温度和中间罐内钢水温度, 在中间罐和结 晶器内创造有利于夹杂物上浮的条件, 提高钢水 的洁净度。
2. 70
出L F [O ]
100 150 80
75 41 27 27 37
出L F [A ls ]
< 50 < 50 < 50
< 50 < 50 < 50 < 50 < 50
中间罐 [O ]
77 81 77
78 23 20 18
罐号 VD 渣洗碱度
1
4. 9
2
7. 0
3
2. 8
出VD [O ] 24 38 31
Key W ords seconda ry steelm ak ing den itrifica tion deox ida tion
1 前言
钢帘线等特殊钢品种对氮、氧含量都有严格 的要求[1～ 2]。通常情况下, 氮被视为钢中的有害元 素, 而氧主要以氧化物系非金属夹杂物的形式存 在于钢中。 在 L F 炉精炼和 VD 炉真空处理等工 艺过程中, 降低钢液增氮量和钢中氧含量, 是生产 优质钢的关键环节。
表 5 VD 渣洗碱度与钢水氧含量 ×10- 4%
表 4 L F 炉处理后钢中全氧含量 ×10- 4%
炉渣碱度范围 钢种
1. 0～ 2. 0 2. 0～ 3. 0
普通船 板钢
1. 10 1. 81
2. 10
20 号钢 1. 67
45 号钢
1. 02
1. 35 1. 06
脱氧产物、卷入的渣和耐火材料等起重要作用, 可 有效地减少钢中的夹杂物 (全氧量) 数量。 3. 3 不同钢种采用不同的工艺
针对不同钢种, 采用相应的 L F 炉造渣、精炼 和 VD 处理工艺, 并采取强化连铸保护浇铸措施, 可有效地控制钢中的全氧含量。对板坯连铸钢种, 采用铝脱氧, 可进一步降低钢中全氧含量, 减少钢 中的硅酸盐夹杂物。
表 3 使用新密封垫控制增氮试验结果 ×10- 4%
钢种
[N ]
[A ls ]
出 L F 中间罐 增氮 出 L F 中间罐 减铝
高强船板钢3 22～ 33 23～ 39 0～ 8 380～ 1100 270～ 480 10～ 110
平均Biblioteka 2. 30 50注: 共计 10 罐。
表 2 中间罐至结晶器钢水增氮情况 ×10- 4%
关键词 炉外精炼 脱氮 脱氧
Study on Con t ro lling N it rogen and O xygen Con ten t in L iqu id Stee l du ring L F R ef in ing and L a te r Sequence
Geng J ishuang L iW anx iang Zhao Suhua W ang L ila i Y uan L ijun Pan L ing
2 钢中氮含量的控制
2. 1 钢中氮含量在各个工序中的变化 图 1 列出各工序钢中氮含量的变化情况, 其
中 20 号和 45 号钢在出钢、L F 炉精炼和浇铸过程 中氮含量有所增加, 而普通船板钢则略有增加。
图 1 20 号钢、普通船板钢和 45 号钢在各工序中的氮含量 1—20 号钢; 2—普通船板钢; 3—45 号钢