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转炉钢

以液态生铁为原料炼成的钢

转炉钢是指在转炉内以液态生铁为原料，将高压空气或氧气从转炉的顶部、底部、侧面吹入炉内熔化的生铁液中，使生铁中的杂质被氧化去除而炼成的钢。钢中的氮对钢的影响主要有以下几个方面:氮在晶界析出, 造成钢质出现蓝脆;氮与钢中Ti 或A1 结合为(TiN)或(AlN), 弱化晶界强度, 使得钢的脆性区发生变化, 易造成铸坯表面出现裂纹;钢中氮存在,降低了钢的韧性、焊接性能、热应力区韧性, 使钢材脆性增加。

简介
转炉钢按炉衬的耐火材料性质可分为碱性转炉钢和酸性转炉钢。按气体吹入炉内的部位可分为顶吹转炉钢、底吹转炉钢和侧吹转炉钢，还有顶吹、底吹复合转炉钢等。现在氧气转炉钢生产效率高，质量也很好，己被广泛应用，成为世界上的主要钢类。转炉钢的主要品种有碳素钢、低合金钢和少量合金钢。
在通常情况下, 钢中氮被认为是有害元素。钢中的氮对钢的影响主要有以下几个方面:氮在晶界析出, 造成钢质出现蓝脆;氮与钢中Ti 或A1 结合为(TiN)或(AlN), 弱化晶界强度, 使得钢的脆性区发生变化, 易造成铸坯表面出现裂纹;钢中氮存在,降低了钢的韧性、焊接性能、热应力区韧性, 使钢材脆性增加。
转炉钢氮含量的影响环节
转炉炼钢厂冶炼工艺路线为:转炉—LF精炼—连铸。因钢液吸氮贯穿于转炉炼钢生产的全过程。炼钢过程需要在每一个环节对增氮进行控制。要降低最终钢液中的氮含量, 必须控制炉料中的原始氮含量和熔炼过程、转炉炉出钢过程、LF 精炼过程、中间包及结晶器中的增氮。
炼钢工序氮含量变化规律
目前,转炉的工艺路线中, 转炉炉料主要是80 ～ 85 %的铁水, 其余为废钢。原料情况较为稳定, 保证了转炉终点氮含量较稳定。因此, 增氮的环节为转炉出钢过程中合金增氮及钢水吸氮, 精炼过程增氮及连铸浇注过程中吸氮。根据钢中氮含量的影响环节, 在各个节点进行取样, 通过美国LECO 公司的TCH600 氧氮氢连测仪分析。
转炉出钢前钢中的氮含量为0.0244 %, 出钢过程及合金化增氮0.0132 %, 精炼过程氮增加量为0.0364 %, 连铸过程增氮为0.0194 %(主要是精炼出站到中包增加)。通过取样分析, 说明钢液增氮贯穿于整个炼钢生产过程。
而最主要的增氮环节为精炼过程增氮。因此精炼过程增氮是目前杭钢转炉炼钢的限制性环节。如能合理改善LF 精炼工艺则可以有效地控制钢中氮含量。
精炼工序氮含量分析
1 　精炼工序氮来源分析
从上述分析可知, 精炼工序增氮为转炉炼钢全程增氮的限制性环节。而精炼工序增氮的影响因素主要有:原辅材料带入、喂线工艺钢水外翻吸氮、通电过程钢水吸氮。
为搞清楚精炼工序增氮的变化规律, 特将精炼过程分为进站、中间样、钙处理前、出站四个节点分析钢中氮含量的变化规律。
增氮过程贯穿于整个精炼过程, 最主要的节点为进站到取中间样及通电结束成分微调、钙处理两个阶段。分析精炼工艺过程,第一个增氮环节主要因素有造渣初期, 大量的原辅料加入带入的氮, 泡沫化白渣未成形造成钢水吸氮。第二个增氮环节为钢水成分微调喂入碳线、钙线带入的氮及喂线过程钢水大翻吸氮。因此, 原辅料带入氮及钢液吸氮为精炼工序增氮因素。
2 　精炼工序原辅料分析
对目前精炼工序原辅料中可能带来氮的原辅料逐一取样排查。分析出其中造渣剂、碳芯线氮含量较高, 生产工程加入量较大。
1)造渣剂:为检验其中的氮含量,造渣剂中氮含量较高,且批次间含量极不稳定。为研究造渣剂中的氮的存在方式, 利用XRD -6100 衍射仪定性分析。
从XRD 分析可知, 造渣剂中的氮主要以AlN 形式存在。通过下式进入钢中, 从而使钢水增氮。用于精炼结束成分微调, 取样分析,碳芯线中氮含量较高。因此通过一定速度达到一定深度要求喂入含氧较低的钢液, 碳芯线中氮直接进入钢中, 从而使钢水增氮。
工艺改进及实施效果
1 　工艺改进措施
根据上述分析, 控制转炉钢中氮含量, 主要控制精炼环节原辅料增氮, 及整个转炉生产过程钢液吸气增氮。钢中的氮即可得到有效控制。具体改进工艺如下:
1)精炼过程的吹氩、供电制度进行完善, 尽量减少钢水不裸露吸氮;
2)减少精炼造渣剂使用量, 由原来3kg/吨降低到0 .6kg/吨钢, 减少造渣剂增氮;
3)改进精炼成分微调的碳芯线, 降低碳芯线中氮含量。要求达到0 .05 %以下;
4)做好连铸全程保护浇注, 控制钢水在浇注过程中吸氮。
2 　实施效果
通过以上改进措施, 跟踪成材中圆钢中氮含量, 结果明显下降。取转炉生产40Cr 、20Cr 、A105 三钢种。
经过工艺改进后, 转炉钢中氮含量明显下降(下降比例达到40 %～ 50 %)。跟踪后续圆钢, 圆钢表面鳞状裂纹的基本消除。
总结
1)转炉炼钢增氮的主要环节为LF 精炼工序,而LF 精炼工序增氮主要为前期造渣阶段及后期成分微调阶段;
2)LF 精炼工序前期造渣阶段主要是大量的造渣剂加入, 造渣剂中AlN 进入钢中增氮;
3)LF 精炼成分微调主要是碳芯线中大量的氮进入钢中增氮及钢液裸露吸气增氮;
4)通过工艺改进, 圆钢中氮含量明显降低, 裂纹基本消除。
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