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摘要：Q195L含硼钢LF炉精炼过程中,由于进站氧含量、给电加热时间、脱硫时间、钢包变渣采用的物料等的不同,从而影响钢水的增氮情况。文章通过多次现场跟踪试验和调查分析，找出LF炉精炼过程中钢水增氮的关键环节，并确定采取钢包折浇余和转炉钢水脱氧后移、优化精炼脱氧合金化和精炼全程泡沫渣工艺、压缩精炼给电时间、减少脱硫时间、精炼全程微正压操作等针对性措施，以达到控制钢中氮含量的目的。最终控制精炼工序钢水增氮量≤5ppm，达到成品氮含量控制要求。
关键词：Q195L含硼钢；氮含量；钢包折浇余；钢水脱氧后移；泡沫渣；微正压
随着冷轧、镀锌线的逐渐增多，终端用户对钢材性能和质量的要求越来越苛刻，对热轧带钢上道工序的钢坯质量提出了越来越高的要求。对于大多数钢种而言，氮在钢中被视为有害元素，虽然钢中残留氮含量很少，但由于钢中Fe4N的析出，会导致钢的蓝脆，从而降低钢的韧性和塑性；钢中残留氮含量高还会导致钢宏观组织疏松，甚至形成气泡，同时还会降低钢的焊接性能、电导率等。所以控制好炼钢过程中各工序钢水增氮量，对于提高钢材最终产品的质量十分重要，钢中氮质量分数的精准控制也一直是行业普遍关注的问题。在各个增氮环节分析中，对于LF精炼而言，其自身氮含量的波动会对最终成品钢中氮含量产生关键影响。为了保证LF精炼炉流程所生产钢水氮量低,能满足冷轧基料Q195L含硼钢质量要求，且冶炼和精炼周期与连铸节奏相匹配，就必须控制钢液脱氮及吸氮速度。文章主要针对Q195L含硼钢LF炉精炼过程各环节增氮情况进行调研、分析，并提出相应的控制措施［1-2］。
1钢种成分要求
Q195LB钢钢种成分要求，如表1所示。
2 LF精炼炉钢水增氮原因分析
LF精炼炉的操作工序繁杂，影响钢水增氮因素多，是钢液氮质量分数控制的关键。为研究Q195L含硼钢LF炉精炼过程中不同工艺条件下钢水增氮量，进行了现场跟踪试验，并提出Q195L含硼钢LF炉精炼过程中氮含量控制措施。
2.1进站钢水氧含量对氮含量的影响
转炉出钢过程吸氮是钢液氮含量高的一个重要原因，生产实践表明，钢液溶解氧、硫对吸氮过程影响极大，北科大成国光等研究表明，当钢液中w（O）≥0.04%或w（S）≥0.06%，钢液吸氮基本停止；而周德光等分析表明，当钢液氧活度＞0.02%时，钢液吸氮基本停止；由此可见钢中氧含量对钢液吸氮行为有较大影响，钢液脱氧程度越深越容易增氮［3］。
为研究LF精炼炉钢水进站氧含量对钢水氮含量的影响，现场跟踪采集数据50炉次，并进行定氧和取气体样分析。LF精炼炉进站不同氧含量对应检测氮含量数据，如表2所示。由表2可见，随着钢水进站氧含量的升高，钢水中氮含量呈降低趋势。试验证明：转炉出钢过程中，不加铝等深脱氧剂脱氧，采用转炉钢水脱氧后移工艺，可减少钢液吸氮。
2.2不同造渣工艺对氮含量影响
LF炉精炼过程中需全程吹氩。合金熔化、钢包喂丝及钢包化渣过程，氩气搅拌强度以钢液面有明显蠕动为标准；脱硫过程需适当增加吹氩强度。钢包吹氩过程极易造成钢液裸漏与空气接触增氮。LF精炼炉电极加热过程中，会产生高温高速的电弧，在电弧区气体被电离，它对熔池的冲击作用使得钢液面上形成一个凹坑，凹坑处渣层被击穿，会造成钢液面裸露吸氮。而且电弧区的温度很高，使氧和硫的表面活性作用消失，钢液中吸氮速率增加。在同等渣量的条件下，非泡沫化炉渣厚度要比泡沫化炉渣厚度薄得多，经泡沫化的炉渣更容易将钢液面覆盖完全，隔绝空气的效果更好，有利于钢液保温和防止因钢液接触到空气而造成的增氧、增氮。故在精炼过程中应尽早造好泡沫渣，以防止钢液表面裸露，特别是凹坑处钢液面的裸露，同时要保证泡沫渣的渣层厚度，若其低于冲击凹坑的深度时，此刻凹坑处钢液面会发生裸露，造成空气中氮向钢中传递。
经现场跟踪试验并取样分析，统计、计算出两种不同工艺情况下氮含量数据，如表3所示。其中，转炉出钢过程加入增碳剂、精炼进站加入电石造泡沫渣采集数据45炉次，钢水平均氮含量37.4ppm；转炉出钢过程未加入增碳剂、精炼进站未加入电石采集数据40炉次，平均氮含量51.3ppm。
由表3可见，在出钢过程加增碳剂、LF精炼炉进站精炼加入电石使钢包内形成泡沫渣，有效隔绝空气，钢水中氮含量明显降低，比非泡沫渣工艺平均氮含量降低13.9ppm。
2.3使用不同物料变渣对氮含量影响
LF精炼炉生产过程中，加入的渣料、合金和脱氧剂等辅料含有一定量的氮，会造成钢水增氮。LF精炼炉通常使用含铝30%的复合脱氧剂进行钢包变渣，其氮含量相对偏高；而使用铝粒或铝屑（粉）氮含量较低［4］。为调查使用不同物料进行钢包变渣对钢水氮含量的影响，现场跟踪采集LF精炼炉单纯使用复合脱氧剂（含铝30%）进行钢包变渣数据30炉次，使用铝粒+铝屑（粉）变渣数据35炉次，取样分析对应氮含量数据，如表4所示。
由表4可见，LF精炼炉使用铝粒+铝屑（粉）进行钢包变渣操作较使用复合脱氧剂（含铝30%），钢水中氮含量明显降低，平均氮含量降低11.7ppm。
2.4给电加热时间对氮含量影响
LF炉精炼过程中电极弧流给电一般在精炼初期采用低电弧流，快速融化渣料；在渣料熔化后适当增大电弧流，快速升温。在精炼中后期，根据钢种温度要求选择适当的电弧流。为调查LF精炼炉给电加热时间对钢水氮含量的影响，现场跟踪采集不同给电时间对应氮含量数据50炉次，其中给电时间＜10min的采集数据15炉次，给电时间在10～20min（包括10min和20min）的采集数据20炉次，给电时间＞20min的采集数据15炉次，跟踪试验数据绘制LF炉精炼过程给电时间不同区间对应平均氮含量关系图，如图1所示。由图1可见，随着给电时间增加，氮含量有增加趋势。
2.5脱硫时间对氮含量影响
在LF炉精炼过程中采用铝粒+铝屑（粉）+萤石进行钢包变渣，脱硫过程选择合理的氩气搅拌工艺，进行还原渣造渣操作，快速变黄白或白渣，达到快速脱硫的目的。为调查LF脱硫时间对氮含量影响，现场跟踪采集不同脱硫时间下对应氮含量数据75炉次，其中，脱硫时间5min的采集数据13炉次，脱硫时间11min的采集数据24炉次，脱硫时间15min的采集数据23炉次，脱硫时间＞15min的采集数据15炉次，取样分析钢水氮含量结果，如图2所示。由图2可见，随着脱硫时间的增加，氮含量呈明显增加趋势。
2.6全程微正压操作对氮含量影响
LF精炼炉水冷炉盖设有观察孔、测温取样孔、合金加料孔，通过水冷炉盖将合金料和造渣料加入钢包内，并设有封板，防止热损失。在水冷炉盖和集烟除尘装置的配合下，通过除尘接口调节抽气量，以保持精炼过程中炉内微正压还原性气氛。
现场跟踪采集LF精炼炉全程微负压与全程微正压操作数据共计60炉次，对应氮含量数据，如表5所示。由表5可见，精炼全程微正压操作相比全程微负压操作氮含量略有降低，但降低趋势不太明显。
3控制优化措施与效果
（1）推行转炉钢水脱氧后移，控制LF精炼炉钢水进站氧含量不小于50ppm。
（2）采用钢包折浇余工艺。将在连铸机浇注完毕后钢包内剩余的热态钢渣5~6t，折到下一炉出完钢后吊至钢水跨的钢包内，再进LF炉精炼工位，进行造成精炼。通过采用钢包折浇余工艺，实现LF精炼炉快速成渣，缩短精炼周期。
（3）在转炉出钢见钢流加入增碳剂0.10~0.35kg/t，精炼进站后加入电石0.3~0.8kg/t，在精炼过程中通过化学反应生成CO气体，使钢包内快速形成泡沫渣并保持泡沫化状态，保证合适的渣层厚度。
（4）LF精炼炉使用铝粒+铝屑（粉）并加入少量萤石替代复合脱氧剂（含铝30%）进行钢包变渣，以减少LF炉精炼过程钢水增氮。
（5）优化LF炉精炼电极弧流给电逐步升高操作工艺，缩短精炼给电加热时间。精炼起始弧流给电在12000-15000A，时间为40~60s，加入预熔型精炼渣1.0~1.5kg/t，达到快速化渣、稳定埋弧的效果；然后调整弧流给电至20000~25000A，给电2~3min，并根据进站钢水成分、温度和化渣状态，加入石灰1.5~2.5kg/t；继续调整弧流给电至25000~30000A，升温速度达到5℃/min。
（6）LF炉精炼过程中按照不同钢种对成品硫含量控制要求和钢水脱硫任务合理控制脱硫时间。
（7）LF精炼炉全程采用微正压操作。通过采取上述相应控氮措施，Q195L含硼钢在LF炉精炼工序增氮量控制在≤5ppm，最终成品钢中的氮含量控制达到≤40ppm目标值，提高连铸坯质量，满足了热轧带钢对铸坯质量的控制要求。
4结论
通过对Q195L含硼钢LF炉精炼生产过程跟踪取样、分析，Q195L含硼钢在LF精炼炉采用不同的生产工艺时，与钢水中氮含量的对应性较为明显，主要与脱氧合金物料加入时机、脱氧合金物料本身含氮量高低和钢水与空气接触面积有关。实际生产过程中具体影响Q195L含硼钢在LF炉精炼过程中导致钢水氮含量增加因素主要体现在以下方面：
（1）随着LF精炼炉进站钢水氧含量的升高钢水中氮含量呈降低趋势。
（2）用铝粒+铝屑（粉）替代复合脱氧剂进行钢包变渣，钢水中氮含量呈降低趋势。
（3）转炉出钢过程加增碳剂、精炼加电石使钢包内形成泡沫渣，钢水中氮含量明显降低。
（4）随着LF精炼炉给电时间减少钢水中氮含量呈降低趋势。
（5）采用快速脱硫工艺，缩短脱硫时间，钢水中氮含量呈下降趋势。
（6）精炼采用全程微正压操作比全程微负压操作氮含量略有降低。
参考文献
［1］曾成.钢包精炼快速脱硫及控氮工艺协同优化研究［D］.武汉：武汉科技大学，2019.
［2］冯聚和.铁水预处理与钢水炉外精炼［M］.北京：冶金工业出版社，2006.
［3］肖年根，王学林，钟华，等.钢包渣洗脱硫剂的试验研究与应用［J］.连铸，2022（3）：32-38+55.
［4］罗晓敏.精炼炉设备技术改造［J］.冶金设备，2024（3）：116-118.后台-系统设置-扩展变量-手机广告位-内容正文底部 -
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Q195L含硼钢LF炉精炼过程氮含量控制实践论文
人参与 2025-01-23 15:30:38 分类 : 理学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
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