低氮钢生产.ppt

1、冶金与生态工程学院李京社,2004年07月 17日,电炉炼钢超低氮钢生产技术,低氮钢生产技术,钢液氮含量由下式决定： NN0N1N2N3N4 N5N6 式中： N钢液氮含量 N0炉料中原始氮含量 N1电炉冶炼过程中的净脱氮,为脱氮量与增氮量的差 N2 电炉出钢至LF精炼开始钢液增氮 N3LF过程钢液增氮量 N4LF结束至VD结束钢液脱氮量 N5VD结束至连铸开始钢液增氮量 N6连铸过程增氮量，包括钢包至中间包、结晶器及整个连铸过程增氮量,冶金与生态工程学院李京社,1研究内容,1) 铁水加入量及废钢质量对钢液氮含量的影响； 2) 出钢过程用铝脱氧或不用铝脱氧对钢液氮含量的影响； 3) 影响LF过

2、程氮含量变化的主要因素分析； 4) 钢液中溶解氧及硫含量变化对钢液吸氮的影响； 5)VD脱氮机理及提高VD脱氮能力的措施； 6)连铸过程大包至中间包钢液吸氮机理的研究； 7)钢液由中间包至连铸坯过程氮含量的变化研究。,冶金与生态工程学院李京社,EAF+LF/VD+CC过程60#、60Si2Cr钢液氮含量的变化,2试验结果,冶金与生态工程学院李京社,EAF+LF+CC冶炼过程CM490E钢液氮含量的变化,冶金与生态工程学院李京社,EAF+LF+CC冶炼过程20CrMo钢液氮含量的变化,冶金与生态工程学院李京社,铁水加入量与出钢氮含量的关系,1) 铁水加入量对出钢氮含量的影响,3试验结果讨论分析,

3、3.1 影响电弧炉冶炼过程钢液氮含量,冶金与生态工程学院李京社,终点碳含量对出钢氮含量的影响,冶金与生态工程学院李京社,3)造泡沫渣对电弧炉冶炼增氮的影响,不同废钢及操作对钢液氮含量的影响,2)不同废钢对钢液氮含量的影响,冶金与生态工程学院李京社,3.2 出钢脱氧对钢液氮含量的影响 1）出钢过程铝脱氧对钢液吸氮的影响,铝脱氧钢液出钢氮含量对出钢过程增氮的影响,冶金与生态工程学院李京社,出钢加铝量对出钢过程钢液增氮的影响,冶金与生态工程学院李京社,钢液中铝含量与入包后钢液中的氮的关系,出钢铝脱氧钢液60Si2Cr 平均增氮14ppm， CM490增氮量大于7ppm。,冶金与生态工程学院李京社,不

4、用铝脱氧的20CrMo出钢前后钢液氮含量的变化,2）出钢过程不用铝脱氧钢液吸氮的情况,冶金与生态工程学院李京社,16Mn出钢至LF过程钢液氮含量的变化,出钢不用铝脱氧钢液60、20CrMo及16Mn，大部分炉次钢液增2ppm或不增氮。,冶金与生态工程学院李京社,钢液吸氮为液相传质控制为一级反应，其表示式为： (1) 式中： %N钢液中氮的质量百分浓度； %Ne与氮分压平衡的钢液中氮的质量百分浓度； （2） F钢液表面积； V钢液体积； 传质系数。,冶金与生态工程学院李京社,3.3 LF过程氮含量的变化,冶金与生态工程学院李京社,1) 合金元素对钢液氮含量的影响 精炼过程吸氮的热力学方程为： （

5、3） （4） Si :对氮的作用系数为负值，其含量增加，可提高氮的活度系数，从而降低氮在钢液中的溶解度； Al、Cr:对氮的作用系数为正值，其含量增加，可降低氮的活度系数，提高氮在钢液中的溶解度；Ni:对氮的活度系数影响不大。 计算7炉60#钢平均为1.20，5炉60Si2Cr平均为1.26，因此合金元素对钢液的吸氮影响基本相同,CM490、20CrMo及16Mn的吸氮量应小于60Si2Cr钢液.,冶金与生态工程学院李京社,2） 喂线对钢液中氮含量的影响,在喂CaSi线过程中有时会造成一定的增氮量。喂线过程中增氮主要是由于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，但

6、如果渣层较厚，CaSi线穿过渣层进入钢液，而不把钢液面吹开，就有可能避免裸露钢液吸氮。另外还要考虑到CaSi线本身的增氮。如图6所示加入原材料中CaSi线中氮的含量，对钢液增氮影响较大。试验中60#钢喂线200米后钢液中的氮几乎没有变化，说明CaSi线中的氮对钢液增氮影响较小。对60Si2Cr喂线后，钢液中的氮升高，平均升高5.2ppm。,碳粉及各种铁合金中含氮量,冶金与生态工程学院李京社,冶金与生态工程学院李京社,精炼时间对铝脱氧CM490钢液出LF氮含量的影响,冶金与生态工程学院李京社,3.4 VD脱氮 1) 氧、硫对真空脱氮的影响 化学反应或者气相中的传质是VD脱氮的限制性环节，其表达式

7、为： （5） 式中： ：脱氮反应的化学反应常数，cm/(s.%)。 ：氮的活度系数； ：钢液中氧的活度， ：钢液中硫的活度，,冶金与生态工程学院李京社,2) 真空度对脱氮的影响 试验中真空度为0.4乇，相当于53.3Pa，与平衡氮分氩的差距很大，加大了脱氮反应的趋动力，VD过程平均脱氮15.8ppm。,3) 吹氩对真空脱氮的影响,真空吹氩量与脱氮量的关系,吹氩对真空脱氮有以下几方面的影响： 搅拌钢液，加快氮在液相中的传质； (2) 吹开渣面使得钢液与真空接触； (3) 钢液中氮扩散进入氩气泡并一同排出； (4) 氩气泡成为氮的形核核心，促进氮气析出。,冶金与生态工程学院李京社,3.5 连铸过程

8、钢液氮含量的变化,1钢包 2滑动水口 3长水口 4中间罐；5保护渣,1中间罐塞棒；浸入式水口 3结晶器;保护渣；中间罐底,浇注方式 增氮量 无保护浇注 +17 ppm 长水口保护浇注 +14 ppm 长水口加氩气保护浇注 +3 ppm,冶金与生态工程学院李京社,图中符号对应的意义为LD(N)：出精炼炉时氮含量；TD(N1)：中包10t钢液时，中包钢液氮含量：TD(N2)：中包开浇时，中包钢液氮含量；TD(N3)：大包45t钢液时，中包钢液氮含量；TD(N4)：大包浇完，中包钢液氮含量；BT(N1)：开浇炉次头坯最开始端氮含量；BT(N2)：开浇炉次中间坯氮含量；BT(N3)：开浇炉次尾坯氮含量

9、。,开浇炉次钢液氮含量的变化,1）开浇炉次钢液氮含量的变化,对于连铸第一包钢液，钢液初始进入中间包，由于中间包空、长水口没有浸入在钢液中并且钢液表面没有保护渣覆盖，这时钢液吸氮严重，如204炉次出VD时钢液中的氮含量为26ppm，中间包开浇时，钢液中的氮为42ppm，升高了16ppm，相当于真空脱氮的水平。随着后续钢液的不断稀释，钢液中的氮下降，最终为38ppm，也就是说开浇的钢液比后来的钢液多吸入了4ppm的氮。,冶金与生态工程学院李京社,2）连铸过程钢液大包至中间包氮含量的变化,60#钢及60Si2Cr连铸时大包至中间包钢液平均增氮分别为2.3ppm及17.6ppm，后者接近了无保护浇注的

10、水平。,冶金与生态工程学院李京社,连铸过程钢液增氮情况,3)连铸过程氩封不同氩气流量对增氮的影响,冶金与生态工程学院李京社,通过以上研究得出以下结论： 1)对同一批废钢，随着铁水量加入量的增加，出钢钢液氮含量下降； 2)废钢质量及泡沫渣操作对钢液影响出钢钢液氮含量。生产低氮钢时要选用氮含量低的废钢并且造好泡沫渣； 3)出钢用铝脱氧钢液出钢过程增氮量大于7ppm；出钢不用铝脱氧钢液几乎不吸氮； 4) 铝脱氧含Cr钢液吸氮量比不含Cr的钢液吸氮量大； 5)VD过程平均脱氮15.8ppm，氧硫对钢液脱氮有影响，入VD前保证O5ppm、S50ppm；适当延长高真空度下的保持时间，可加强脱氮； 6) 铝

11、脱氧钢液60Si2Cr、CM490及16Mn在现有氩封吹氩条件下，钢液由大包至中间包平均增氮分别为17.6ppm，9.6ppm，9ppm； 7)不用铝脱氧钢液，钢液由大包至中间包平均增氮量小于3ppm;,4 结论,冶金与生态工程学院李京社,电炉操作要点 1)铁水及生铁的加入量大于35t； 2)加完铁水后，供氧强度小于35Nm3/t，加完二批废钢后供氧强度大于40Nm3/t； 3)泡沫渣成分的确定 加入轻烧白云石，加入量稳定在5kg/t左右，保证渣中MgO稳定在79%之间。,4)终点控制 根据不同钢种，尽可能低的控制出钢碳。 5)出钢加料 出钢可根据不同钢种的要求，加入合金料及造渣料，特别加入要注意加入低氮增碳剂。 6)出钢脱氧剂的加入 出钢过程严禁用铝脱氧。 7)出钢后严禁大搅拌 8)未尽事宜，按现有工艺执行。,低氮钢生产工艺要点,冶金与生态工程学院李京社,LF操作要点 1) 入LF后，加石灰造渣，加热，加热时采用短弧操作； 2) 严格控制吹氩搅拌强度，避免停电时钢液面裸露； 3) 保证精炼炉少量增碳和微调成分合格； 4)喂丝时不要强搅拌； 5) 喂丝后，弱搅拌，吹氩强度以不吹开钢液面并有渣面凸起为准； 6) 弱搅拌后，加碳化稻壳，出钢； 7) 其它未尽事宜，按现有不同钢种工艺执行。 VD操作要点 1) 入V