钢中氮含量的控制

钢中氮含量的控制

随着炼钢技术的不断进步和发展，国内外钢厂对钢的氮含量控制要求也越来越严格，除耐热及不锈钢外，在绝大多数钢中，氮被视为一种有害元素。虽然钢中残留氮很少，但对钢的力学性能却有显著的影响。众所周知，一般情况下氮的危害主要表现在:Fe4N的析出导致钢的时效性和蓝脆，降低钢的韧性和塑性；与钢中钛、铝等元素形成带棱角而性脆的夹杂物，不利于钢的冷热变形加工；当钢中残留氮较高，会导致钢宏观组织疏松甚至形成气泡；钢中氮还会降低钢的焊接性能、电导率、导磁率等；钢中氮含量偏高也会使铸坯开裂。因此，必须采取有效措施降低钢中氮含量，特别是高级别钢种的氮控制尤显重要。

1.转炉冶炼对氮含量的影响

从动力学条件看，炉渣的性质与钢液反应界面是吸氮的限制环节。从热力学计算看，空气中氮的分压高及钢液中氮的溶解度高决定了钢水有很好的吸氮条件。转炉吹炼时炉内的氮主要是由铁水带入，约占总入炉氮76%，在转炉冶炼中，由于熔池发生激烈的C-O反应，产生大量的CO气体，能够带走部分钢中溶解的氮。

吹炼前期由于采用纯氧吹炼氮分压气较低开吹后金属中下降。

吹炼中期随着脱碳速度增加金属中下降熔池含碳时脱碳速度达到高峰熔池内金属激烈沸腾金属中降至较低值。

吹炼末期渣中氧化铁含量增加炉渣起泡空气不再被吸人转炉工作空间由于钢中氧含量增高，氮的熔解度下降，氮含量进一步降低，拉碳时氮分别为和说明转炉内氮在钢中的溶解度很小。

2.LF精炼对氮含量的影响

钢包钢水进入LF工位进行全程底吹氩气搅拌，加入石灰和萤石并喂Al线强化脱氧，合金成分微调、喂Si-Ca线对钢液进行钙处理等工艺过程。

在LF炉精炼前期，钢液中氮含量较低，无论大气中氮的分压多高，大气中的氮都不能穿过渣层而进入钢液，但是转炉出钢后，加入脱氧剂脱氧，钢中w(O)迅速下降，使钢液吸氮趋势明显增大。随着加入的增碳剂和铁合金不断熔入钢液中，钢液中的w(N)仍在不断上升。氧化性钢液不增氮，而脱氧钢液则明显吸氮。在精炼前期，加入大量渣料，由于加入的渣料没有化开形成较大的间隙，形成钢

液吸氮的通道，化渣过程氩气量较大，致使脱氧良好的钢液不断与空气接触，加快了吸氮的速度；另外在电极加热时，电弧最高温度可以达到6000℃。电弧作用到钢液上时，这部分钢液较其它部位的钢液温度高，超过2300℃。而当钢液温度超过2130℃时，发生如下反应：

N2＝2N(g) （1）

N(g)＋Q＝[N] （2）

在渣界面存在大量被电离的[N]，随着氧、硫在钢中的浓度急剧下降，吸氮趋势加强。被电离的[N]在裸露区域被钢液吸入，钢液中氮含量增加。渣料完全融化后，渣子覆盖在钢水表面；氩气压力降低，避免吹开渣层，这样隔绝了氮气跟钢水的接触，避免了[N]的吸入。

精炼结束后，进行成分的微调和Ca处理过程中，会造成一定的增氮量，，喂线Ca-Si过程增氮，主要是由于Ca气化形成Ca气泡将钢液面吹开，造成裸露的钢液从空气中吸氮而产生的;Ca-Si线本身的增氮。如果渣层较厚线穿过渣层进人钢液而不把钢液面吹开，就有可能避免裸露钢液吸氮，这就是部分炉次喂线过程钢液没有增氮的原因。

另外，LF炉渣碱度的控制也不容忽视，有研究表明：LF炉渣碱度不宜大于1.9，否则渣的熔点升高，可能会有部分炉渣未完全熔化造成炉渣结构松散而存有空隙，使钢液吸氮的可能性增加。

3.连铸浇铸对氮含量的影响

连铸过程中为了防止钢包钢流和中间包钢流的二次氧化和吸氮，普遍采用保护浇注技术。连铸机连铸过程钢包到中间包之间的钢水保护采用大包长水口加氩气密封和中间包加覆盖剂保护钢液。中间包到结晶器的保护采用浸入式水口加连铸保护渣对钢液进行保护浇注，防止二次氧化和吸氮。由于该保护措施使得钢液与空气完全隔离，钢液从中间包到结晶器二次氧化和吸氮现象很弱，基本上不增氮。综上，连铸过程增氮主要发生在钢包到中间包之间的环节上，保护浇注系统的完善程度决定了，该阶段的保护工作是连铸段防止增氮的主要任务。

连铸开浇时第一包钢水进入中间包开始阶段属于敞开浇铸，钢水会吸氮。连铸机长水口如密封不良，将会象一个抽气泵一样把空气从接缝处吸入。为防止在

接缝处吸入空气，可以在接缝处通入Ar气，使长水口顶部形成正压区，基本可避免吸氮。

综合分析以上因素，采取相应的措施，即可避免氮造成的皮下气泡等钢的质量问题。