厚板钢种控氮工艺及生产实践
摘要:本文对宝钢股份炼钢厂一炼钢分厂厚板钢种生产过程中的控氮因素进行了综合分析。介绍了转炉、精炼采取的主要控氮技术措施，通过一系列措施的实施，氮含量呈逐渐下降趋势且波动范围逐渐缩小，平均成品氮稳定控制在0.0029%左右，小于≤0.0033%的比例稳定控制在70%以上。
关键词:控氮;厚板;超低磷钢;超低硫钢;精炼
0引言
对于大多数钢种来说，氮是有害元素，且氮在钢中的溶解度极低，主要以氮化物的形式析出，易诱发铸坯表面产生裂纹[1]。特别是厚板钢种，往往是包晶钢、中高碳钢等含多种合金元素的钢种，其裂纹敏感性进一步增强，所以说，厚板钢中的氮偏高更容易诱发板坯的裂纹缺陷。2016年以来，宝钢3#连铸机厚板产品成品[N]≤0.0033%的比例逐渐降低，平均[N]逐渐升高，板坯角裂、星裂频发，严重影响到板坯的质量，因此，提高厚板产品炼钢全流程控氮能力变得日益迫切。
1控氮原理及影响因素分析
1.1控氮原理
氮在钢中以原子的形态存在，其溶解度服从西化特定律。即氮含量与外面的氮气分压的平方根成正比。碳与硅等元素能明显地降低氮在钢液中的溶解度，Ti、V、Nb、Cr、Mn与氮有较强的亲和力，能形成稳定的氮化物。在一定条件下，氮在渣钢界面上的吸附是氮在钢液中溶解的限制环节，而钢液中溶解的氧原子是很强的表面活性物质，也能在相界上吸附并与氮原子争夺吸附点，因此，在一般情况下，钢液中含氧量较高将会降低钢液表面吸附氮的速度，氧化性钢液与还原性钢液比，氮的溶解速度低。
1.2钢种结构影响
(1)超低磷钢比例的影响超低磷钢的冶炼需要更强的氧化性。对于顶底复吹转炉，同时存在着吸氮和脱氮过程。在碳氧反应区，界面层温度可达2600℃左右，碳氧反应生成的CO气泡对钢液有明显的脱氮作用[2]。由于超低磷钢需要更高氧化性，由图1可知，2016年12月以来，成品[P]≤0.0120%比例大幅上升，吹炼后期脱碳速度降低，CO气泡的脱氮作用减弱，钢液吸氮可能性增加。
(2)超低硫钢比例的影响相关文献研究表明[3-4]，氮从气相进入钢液与扩散边界层有关，从动力学角度分析知，吸氮限制性环节为氮在液相边界层的扩散。出钢结束脱氧合金化，钢包顶渣改质，使得钢液和炉渣中的活性元素氧大幅降低，一旦钢液裸露，吸氮风险将会显著上升。由图2可知，2016年12月以来，成品[S]≤0.0015%的比例越来越高，精炼LF脱硫负担加重，处理时间长、钢液裸露时间长，故精炼LF是增氮的主要环节之一。
1.3钢包温度
转炉出钢后的钢水温度低，LF升温时间长，有上述分析可知，吸氮风险增加，同时钢水温度低，LF加入的渣料不能快速融化，再加上通电级数、底吹流量若偏大，钢水翻滚、裸露接触空气几率大、时间长，导致LF增氮严重。
1.4钢包硫含量
钢包硫含量高，LF脱硫负担重，处理时间长，增氮风险大。由图3可知，2017年1月以来，钢包[S]≤0.0080%比例逐渐降低，LF脱硫负担逐渐增加。
1.5钢包底吹氩的影响
LF炉脱硫原理是利用造还原渣脱去钢水中的硫，属钢与渣的界面反应，良好的动力学条件是脱硫的前提，因此吹氩搅拌尤其重要。生产实际中经常出现因钢包底吹氩不好，被迫选择LF顶枪处理，造成LF处理过程中增氮严重，造成成品氮超标而改判。因此，要保证钢包底吹氩透气砖的畅通，减少因钢包底吹氩失败造成的LF顶枪处理的比例。
1.6LF渣料的影响
2017年1月以来，LF进站[S]≤0.0020%的比例逐渐降低，如图4所示。钢水温度、硫磺等条件变差以外，石灰、铝渣等渣料脱硫能力变弱也是可能原因之一。
2结束
语根据上述各相关因素的分析，控氮采取的改进措施包括:转炉降低后吹比例，减少吹炼后期的吸氮;适当提高钢包温度、改善脱硫剂性能，降低LF脱硫负担;LF前期加料搅拌时，将包盖下降，减少化渣过程空气的卷入，渣料完全融化后，适度调低低吹氩流量;加强LF用石灰活性度检查确认，确保石灰的脱硫效果。
通过上述措施的实施，宝钢股份厚板产品成品氮可以稳定控制在0.0033%以下，铸坯边部裂纹等缺陷得到了明显改善。
参考文献:
[1]李勇.炼钢过程中钢水氮含量控制[J].钢铁，2010，45(10):52.
[2]傅杰.钢冶金过程动力学[M].北京:冶金工业出版社，2001.
[3]陈丛虎，王新志，厚健龙，等.X70管线钢控氮工艺研究[J].河南冶金，2009，17(3):18.
[4]凌天鹰，徐匡迪.浇注过程钢液吸氮的研究[J].钢铁研究，1989(2):7.[
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