電爐冶煉工序鋼液氮含量的控制工藝研究課件

電爐冶煉工序鋼液

氮含量的控制工藝研究

舞陽鋼鐵公司付冬陽電爐冶煉工序鋼液

氮含量的控制工藝研究

舞陽鋼鐵公司1目錄摘要脫氮的基本理論冶煉過程鋼液氮含量的變化生產(chǎn)中部分因素對鋼液氮含量的影響結(jié)論目錄摘要21、摘要通過對電爐煉鋼過程中不同條件、不同時期氣體樣進行分析，研究了電爐鐵水配比、VD真空保持時間等工藝參數(shù)對鋼液中氮含量變化的影響。實踐表明電爐出鋼氮含量隨鐵水配比的增加而降低，但當(dāng)鐵水配比大于40%后，變化不明顯，出鋼氮含量可控制在（35—67）ppm；20分鐘與15分鐘的真空保持時間相比，脫氮率可提高15%以上。1、摘要通過對電爐煉鋼過程中不同條件、不同時期氣體樣進行分析32、脫氮的基本理論2.1、脫氮熱力學(xué)在煉鋼溫度下，氮溶解在鋼中，并遵循西華特定律：（1）

（2）由公式（2）可以看出，降低氮分壓可降低氮在鋼液中的溶解度，所以真空處理可以在一定程度上脫氮。氮在鋼液中的溶解是吸熱過程，隨著溫度的升高，氮的溶解度是增加的，所以溫度過高會增加脫氮難度。在煉鋼溫度范圍下，鋼液中的氮含量遠(yuǎn)沒有達到平衡，如條件允許，鋼液會繼續(xù)自發(fā)的吸氮。

2、脫氮的基本理論2.1、脫氮熱力學(xué)42、脫氮的基本理論2.2脫氮動力學(xué)脫氮過程包括以下三個環(huán)節(jié)：（1） 氮原子由鋼液向氣-液界面擴散；（2） 氮原子在氣-液界面吸附，并結(jié)合成氮分子再從界面脫附；（3） 氮分子向氣相擴散。其中環(huán)節(jié)（1）為脫氮的限制性環(huán)節(jié)，即脫氮的動力學(xué)由氮原子向氣-液界面擴散傳質(zhì)控制。2、脫氮的基本理論2.2脫氮動力學(xué)53、冶煉過程鋼液氮含量的變化3.1電爐冶煉時期氮含量變化在熔化期，電極下方固體料熔化塌落時無爐渣保護，金屬液滴直接與爐氣接觸，有利于氮的溶解。爐氣中的氮氣在電弧的作用下直接分解，為鋼液吸氣創(chuàng)造了優(yōu)越的環(huán)境，所以鋼中氮含量在熔化過程中增加。在氧化期，由于氧化期吹氧脫碳反應(yīng)迅速，熔池劇烈沸騰，此時脫氣速度大于吸氣速度，加之熔池渣層形成，從一定程度上隔絕了鋼液與爐氣的直接接觸，鋼液氮含量逐漸降低。但到了氧化末期，脫碳速度降低、CO量減少且氧化渣變稀薄，爐氣中氮氣量增加，鋼中氮含量稍有回升。3、冶煉過程鋼液氮含量的變化3.1電爐冶煉時期氮含量變化63、冶煉過程鋼液氮含量的變化

3.2LF精煉煉時期氮含量變化

LF精煉過程雖有氬氣攪拌，但熔池仍相對平靜，脫氣能力差。精煉過程處在較高的冶煉溫度下，同時氬氣攪拌使得鋼液有機會與爐氣直接接觸，造成增氮，并且期間所加入的渣料、合金和脫氧劑等本身就含有一定量的氮，所以LF精煉過程中鋼液氮含量不可避免的增加。3、冶煉過程鋼液氮含量的變化3.2LF精煉煉時期氮含量變73、冶煉過程鋼液氮含量的變化3.3

VD真空脫氣時期氮含量變化VD抽真空脫氣處理時，真空室內(nèi)氮的氣體分壓降低，溶解在鋼液中的氣體就會擴散出去，從而降低了鋼液中氣體含量。真空狀態(tài)下氫的脫除效率較高，但由于氮的原子半徑大，擴散速度慢，同時氮多以氮化物狀態(tài)存在，真空脫氮效率不如脫氫高。3、冶煉過程鋼液氮含量的變化3.3VD真空脫氣時期氮含量變84、生產(chǎn)中部分因素對鋼液氮含量的影響4.1電爐鐵水配比對鋼中氣體含量的影響

對鐵水成分偏差不大、生產(chǎn)過程無異常的不同鐵水配比爐次進行出鋼前氣體含量分析，結(jié)果見圖1。在鐵水配比40%以下時，隨著鐵水比增加，出鋼氮含量明顯降低，這是由于冶煉爐料的整體配碳比升高，氧化期碳氧反應(yīng)劇烈脫氣效果提高；但在鐵水配比大于40%以后，受電爐爐膛限制，提高配鐵比后供氧強度并不能同比例增加，熔池沸騰劇烈程度一定，只能增加脫氣時間，出鋼氮含量降幅減緩。4、生產(chǎn)中部分因素對鋼液氮含量的影響4.1電爐鐵水配比對鋼94、生產(chǎn)中部分因素對鋼液氮含量的影響4.2LF精煉周期對鋼液氮含量的影響

對同一鋼種Q345R，相同氬氣攪拌強度，不同精煉周期情況下精煉畢氮含量的變化進行取樣分析，結(jié)果見圖2。隨著精煉周期的延長，鋼液中氮含量增加，主要是因為經(jīng)鋁脫氧后，鋼液中的溶解氧降低，氧的表面活性作用下降，抑制吸氮界面反應(yīng)的能力降低，有利于鋼液吸氮，隨著精煉周期的延長，脫氧后的鋼液與大氣接觸的機會增多，鋼液氮含量增加。4、生產(chǎn)中部分因素對鋼液氮含量的影響4.2LF精煉周期對鋼液104、生產(chǎn)中部分因素對鋼液氮含量的影響4.3合金加入量對精煉畢鋼中氮含量的影響

對于鋼液中氮的活度系數(shù)而言，Cr、Mo、Mn、Ti、V等對氮的作用是降低鋼中氮的活度系數(shù)，提高氮在鋼種的溶解度，而B、C、Ni、P、S、Si等元素的作用則相反。同時目前使用的增碳劑、脫氧劑和合金中都含有一定量的氮[3]（如表1），在精煉增碳、脫氧和合金化過程都可能造成鋼液增氮。對相同生產(chǎn)條件不同合金含量Cr-Mo系鋼種爐次進行取樣分析，結(jié)果見圖3。隨著鋼液中加入合金量的增加，主要是Cr、Mo、Mn元素的含量增加，鋼液的氮含量有增長趨勢。4、生產(chǎn)中部分因素對鋼液氮含量的影響4.3合金加入量對精煉畢114、生產(chǎn)中部分因素對鋼液氮含量的影響4.4、VD真空初始氮含量對鋼中終點氮含量的影響

在實際生產(chǎn)中，鋼液經(jīng)VD處理后的終點氮含量與入VD時鋼液初始氮含量有明顯的關(guān)系，如圖4。初始氮含量越低，真空處理后終點氮含量也越低，因此，要想控制好鋼液真空后的終點氮含量，必須從EAF-LF環(huán)節(jié)著手，降低電爐出鋼氮含量，減少精煉過程增氮量。

4、生產(chǎn)中部分因素對鋼液氮含量的影響4.4、VD真空初始氮含124、生產(chǎn)中部分因素對鋼液氮含量的影響4.5、VD真空保持時間對鋼液終點氮含量的影響

真空脫氮包含兩部分：一是依靠氬氣泡攜帶脫氮；二是由于真空環(huán)境中氮分壓降低，使得氮由鋼液向真空擴散。但是由于脫氮的動力學(xué)條件可知，受氮原子向氣-液界面擴散速度的限制，脫氮速率較慢，因此適當(dāng)延長VD真空保持時間可以降低終點氮含量，如表2所示。真空保持時間10分鐘時的脫氮率為38.2%，明顯高于真空保持時間15分鐘時的脫氮率22.6%。4、生產(chǎn)中部分因素對鋼液氮含量的影響4.5、VD真空保持時間135、結(jié)論（1）電爐出鋼氮含量隨鐵水配比的增加而降低，但當(dāng)鐵水配比大于40%后，受電爐冶煉條件限制，氮含量降低幅度下降。出鋼氮含量可控制在35-67ppm。（2）通過對LF-VD工藝的優(yōu)化控制，整個精煉過程氮含量可以控制為負(fù)增長。目前可控制在真空后鋼液氮含量較出鋼時平均降低約5ppm。（3）經(jīng)VD處理后終點氮含量控制在33-66ppm，且真空保持時間20min時的脫氮率38.2%，高于真空保持時間15min時的22.6%。

5、結(jié)論（1）電爐出鋼氮含量隨鐵水配比的增加而降低，但當(dāng)鐵14謝謝！謝謝！15圖1電爐鐵水配比對出鋼氮含量的影響圖1電爐鐵水配比對出鋼氮含量的影響16圖2LF精煉周期對鋼中氮含量的影響圖2LF精煉周期對鋼中氮含量的影響17圖3合金加入量對鋼中氮含量的影響圖3合金加入量對鋼中氮含量的影響18表1部分冶煉用材料中的氮含量名稱中碳錳鐵高碳錳鐵低碳鉻鐵硅鈣鋁線硅鐵石灰螢石氮含量/%0.0460.00790.03380.5560.00050.00050.00210.0081表1部分冶煉用材料中的氮含量名稱中碳錳鐵高碳錳鐵19圖4VD真空初始氮含量對終點氮含量的影響圖4VD真空初始氮含量對終點氮含量的影響20表2不同真空保持時間前后氮含量及脫氮率真空保持15min真空保持20min爐號初始N/ppm終點N/ppm脫氮率/%爐號初始N/ppm終點N/ppm脫氮率/%1410211351.9045.8311.71410250895.7042.2355.91410238673.6559.5519.11410251065.3037.1043.21410221462.5041.2734.01410212871.5033.4053.31410206963.9054.7014.41410250764.1751.9719.01410221764.2048.6024.314102383113.0077.0531.81410204477.5566.6014.11410238568.5548.8528.71410252569.1554.6521.01410238468.9039.2043.11410238783.8552.0537.91420049961.8746.6724.6合計68.3452.9122.6合計76.1247.0638.2表2不同真空保持時間前后氮含量及脫氮率真空保持15min21電爐冶煉工序鋼液

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氮含量的控制工藝研究

舞陽鋼鐵公司22目錄摘要脫氮的基本理論冶煉過程鋼液氮含量的變化生產(chǎn)中部分因素對鋼液氮含量的影響結(jié)論目錄摘要231、摘要通過對電爐煉鋼過程中不同條件、不同時期氣體樣進行分析，研究了電爐鐵水配比、VD真空保持時間等工藝參數(shù)對鋼液中氮含量變化的影響。實踐表明電爐出鋼氮含量隨鐵水配比的增加而降低，但當(dāng)鐵水配比大于40%后，變化不明顯，出鋼氮含量可控制在（35—67）ppm；20分鐘與15分鐘的真空保持時間相比，脫氮率可提高15%以上。1、摘要通過對電爐煉鋼過程中不同條件、不同時期氣體樣進行分析242、脫氮的基本理論2.1、脫氮熱力學(xué)在煉鋼溫度下，氮溶解在鋼中，并遵循西華特定律：（1）

（2）由公式（2）可以看出，降低氮分壓可降低氮在鋼液中的溶解度，所以真空處理可以在一定程度上脫氮。氮在鋼液中的溶解是吸熱過程，隨著溫度的升高，氮的溶解度是增加的，所以溫度過高會增加脫氮難度。在煉鋼溫度范圍下，鋼液中的氮含量遠(yuǎn)沒有達到平衡，如條件允許，鋼液會繼續(xù)自發(fā)的吸氮。

2、脫氮的基本理論2.1、脫氮熱力學(xué)252、脫氮的基本理論2.2脫氮動力學(xué)脫氮過程包括以下三個環(huán)節(jié)：（1） 氮原子由鋼液向氣-液界面擴散；（2） 氮原子在氣-液界面吸附，并結(jié)合成氮分子再從界面脫附；（3） 氮分子向氣相擴散。其中環(huán)節(jié)（1）為脫氮的限制性環(huán)節(jié)，即脫氮的動力學(xué)由氮原子向氣-液界面擴散傳質(zhì)控制。2、脫氮的基本理論2.2脫氮動力學(xué)263、冶煉過程鋼液氮含量的變化3.1電爐冶煉時期氮含量變化在熔化期，電極下方固體料熔化塌落時無爐渣保護，金屬液滴直接與爐氣接觸，有利于氮的溶解。爐氣中的氮氣在電弧的作用下直接分解，為鋼液吸氣創(chuàng)造了優(yōu)越的環(huán)境，所以鋼中氮含量在熔化過程中增加。在氧化期，由于氧化期吹氧脫碳反應(yīng)迅速，熔池劇烈沸騰，此時脫氣速度大于吸氣速度，加之熔池渣層形成，從一定程度上隔絕了鋼液與爐氣的直接接觸，鋼液氮含量逐漸降低。但到了氧化末期，脫碳速度降低、CO量減少且氧化渣變稀薄，爐氣中氮氣量增加，鋼中氮含量稍有回升。3、冶煉過程鋼液氮含量的變化3.1電爐冶煉時期氮含量變化273、冶煉過程鋼液氮含量的變化

3.2LF精煉煉時期氮含量變化

LF精煉過程雖有氬氣攪拌，但熔池仍相對平靜，脫氣能力差。精煉過程處在較高的冶煉溫度下，同時氬氣攪拌使得鋼液有機會與爐氣直接接觸，造成增氮，并且期間所加入的渣料、合金和脫氧劑等本身就含有一定量的氮，所以LF精煉過程中鋼液氮含量不可避免的增加。3、冶煉過程鋼液氮含量的變化3.2LF精煉煉時期氮含量變283、冶煉過程鋼液氮含量的變化3.3

VD真空脫氣時期氮含量變化VD抽真空脫氣處理時，真空室內(nèi)氮的氣體分壓降低，溶解在鋼液中的氣體就會擴散出去，從而降低了鋼液中氣體含量。真空狀態(tài)下氫的脫除效率較高，但由于氮的原子半徑大，擴散速度慢，同時氮多以氮化物狀態(tài)存在，真空脫氮效率不如脫氫高。3、冶煉過程鋼液氮含量的變化3.3VD真空脫氣時期氮含量變294、生產(chǎn)中部分因素對鋼液氮含量的影響4.1電爐鐵水配比對鋼中氣體含量的影響

對鐵水成分偏差不大、生產(chǎn)過程無異常的不同鐵水配比爐次進行出鋼前氣體含量分析，結(jié)果見圖1。在鐵水配比40%以下時，隨著鐵水比增加，出鋼氮含量明顯降低，這是由于冶煉爐料的整體配碳比升高，氧化期碳氧反應(yīng)劇烈脫氣效果提高；但在鐵水配比大于40%以后，受電爐爐膛限制，提高配鐵比后供氧強度并不能同比例增加，熔池沸騰劇烈程度一定，只能增加脫氣時間，出鋼氮含量降幅減緩。4、生產(chǎn)中部分因素對鋼液氮含量的影響4.1電爐鐵水配比對鋼304、生產(chǎn)中部分因素對鋼液氮含量的影響4.2LF精煉周期對鋼液氮含量的影響

對同一鋼種Q345R，相同氬氣攪拌強度，不同精煉周期情況下精煉畢氮含量的變化進行取樣分析，結(jié)果見圖2。隨著精煉周期的延長，鋼液中氮含量增加，主要是因為經(jīng)鋁脫氧后，鋼液中的溶解氧降低，氧的表面活性作用下降，抑制吸氮界面反應(yīng)的能力降低，有利于鋼液吸氮，隨著精煉周期的延長，脫氧后的鋼液與大氣接觸的機會增多，鋼液氮含量增加。4、生產(chǎn)中部分因素對鋼液氮含量的影響4.2LF精煉周期對鋼液314、生產(chǎn)中部分因素對鋼液氮含量的影響4.3合金加入量對精煉畢鋼中氮含量的影響

對于鋼液中氮的活度系數(shù)而言，Cr、Mo、Mn、Ti、V等對氮的作用是降低鋼中氮的活度系數(shù)，提高氮在鋼種的溶解度，而B、C、Ni、P、S、Si等元素的作用則相反。同時目前使用的增碳劑、脫氧劑和合金中都含有一定量的氮[3]（如表1），在精煉增碳、脫氧和合金化過程都可能造成鋼液增氮。對相同生產(chǎn)條件不同合金含量Cr-Mo系鋼種爐次進行取樣分析，結(jié)果見圖3。隨著鋼液中加入合金量的增加，主要是Cr、Mo、Mn元素的含量增加，鋼液的氮含量有增長趨勢。4、生產(chǎn)中部分因素對鋼液氮含量的影響4.3合金加入量對精煉畢324、生產(chǎn)中部分因素對鋼液氮含量的影響4.4、VD真空初始氮含量對鋼中終點氮含量的影響

在實際生產(chǎn)中，鋼液經(jīng)VD處理后的終點氮含量與入VD時鋼液初始氮含量有明顯的關(guān)系，如圖4。初始氮含量越低，真空處理后終點氮含量也越低，因此，要想控制好鋼液真空后的終點氮含量，必須從EAF-LF環(huán)節(jié)著手，降低電爐出鋼氮含量，減少精煉過程增氮量。

4、生產(chǎn)中部分因素對鋼液氮含量的影響4.4、VD真空初始氮含334、生產(chǎn)中部分因素對鋼液氮含量的影響4.5、VD真空保持時間對鋼液終點氮含量的影響

真空脫氮包含兩部分：一是依靠氬氣泡攜帶脫氮；二是由于真空環(huán)境中氮分壓降低，使得氮由鋼液向真空擴散。但是由于脫氮的動力學(xué)條件可知，受氮原子向氣-液界面擴散速度的限制，脫氮速率較慢，因此適當(dāng)延長VD真空保持時間可以降低終點氮含量，如表2所示。真空保持時間10分鐘時的脫氮率為38.2%，明顯高于真空保持時間15分鐘時的脫氮率22.6%。4、生產(chǎn)中部分因素對鋼液氮含量的影響4.5、VD真空保持時間345、結(jié)論（1）電爐出鋼氮含量隨鐵水配比的增加而降低，但當(dāng)鐵水配比大于40%后，受電爐冶煉條件限制，氮含量降低幅度下降。出鋼氮含量可控制在35-67ppm。（2）通過對LF-VD工藝的優(yōu)化控制，整個精煉過程氮含量可以控制為負(fù)增長。目前可控制在真空后鋼液氮含量較出鋼時平均降低約5ppm。（3）經(jīng)VD處理后終點氮含量控制在33-66ppm，且真空保持時間20min時的脫氮率38.2%，高于真空保持時間15min時的22.6%。

5、結(jié)論（1）電爐出鋼氮含量隨鐵水配比的增加而降低，但當(dāng)鐵35謝謝！謝謝！36圖1電爐鐵水配比對出鋼氮含量的影響圖1電爐鐵水配比對出鋼氮含量的影響37圖2LF精煉周期對鋼中氮含量的影響圖2LF精煉周期對鋼中氮含量的影響38圖3合金加入量對鋼中氮含量的影響圖3合金加入量對鋼中氮含量的影響39表1