低氮鋼生產(chǎn).ppt

1、冶金與生態(tài)工程學(xué)院李京社,2004年07月 17日,電爐煉鋼超低氮鋼生產(chǎn)技術(shù),低氮鋼生產(chǎn)技術(shù),鋼液氮含量由下式?jīng)Q定： NN0N1N2N3N4 N5N6 式中： N鋼液氮含量 N0爐料中原始氮含量 N1電爐冶煉過程中的凈脫氮,為脫氮量與增氮量的差 N2 電爐出鋼至LF精煉開始鋼液增氮 N3LF過程鋼液增氮量 N4LF結(jié)束至VD結(jié)束鋼液脫氮量 N5VD結(jié)束至連鑄開始鋼液增氮量 N6連鑄過程增氮量，包括鋼包至中間包、結(jié)晶器及整個連鑄過程增氮量,冶金與生態(tài)工程學(xué)院李京社,1研究內(nèi)容,1) 鐵水加入量及廢鋼質(zhì)量對鋼液氮含量的影響； 2) 出鋼過程用鋁脫氧或不用鋁脫氧對鋼液氮含量的影響； 3) 影響LF過

2、程氮含量變化的主要因素分析； 4) 鋼液中溶解氧及硫含量變化對鋼液吸氮的影響； 5)VD脫氮機理及提高VD脫氮能力的措施； 6)連鑄過程大包至中間包鋼液吸氮機理的研究； 7)鋼液由中間包至連鑄坯過程氮含量的變化研究。,冶金與生態(tài)工程學(xué)院李京社,EAF+LF/VD+CC過程60#、60Si2Cr鋼液氮含量的變化,2試驗結(jié)果,冶金與生態(tài)工程學(xué)院李京社,EAF+LF+CC冶煉過程CM490E鋼液氮含量的變化,冶金與生態(tài)工程學(xué)院李京社,EAF+LF+CC冶煉過程20CrMo鋼液氮含量的變化,冶金與生態(tài)工程學(xué)院李京社,鐵水加入量與出鋼氮含量的關(guān)系,1) 鐵水加入量對出鋼氮含量的影響,3試驗結(jié)果討論分析,

3、3.1 影響電弧爐冶煉過程鋼液氮含量,冶金與生態(tài)工程學(xué)院李京社,終點碳含量對出鋼氮含量的影響,冶金與生態(tài)工程學(xué)院李京社,3)造泡沫渣對電弧爐冶煉增氮的影響,不同廢鋼及操作對鋼液氮含量的影響,2)不同廢鋼對鋼液氮含量的影響,冶金與生態(tài)工程學(xué)院李京社,3.2 出鋼脫氧對鋼液氮含量的影響 1）出鋼過程鋁脫氧對鋼液吸氮的影響,鋁脫氧鋼液出鋼氮含量對出鋼過程增氮的影響,冶金與生態(tài)工程學(xué)院李京社,出鋼加鋁量對出鋼過程鋼液增氮的影響,冶金與生態(tài)工程學(xué)院李京社,鋼液中鋁含量與入包后鋼液中的氮的關(guān)系,出鋼鋁脫氧鋼液60Si2Cr 平均增氮14ppm， CM490增氮量大于7ppm。,冶金與生態(tài)工程學(xué)院李京社,不

4、用鋁脫氧的20CrMo出鋼前后鋼液氮含量的變化,2）出鋼過程不用鋁脫氧鋼液吸氮的情況,冶金與生態(tài)工程學(xué)院李京社,16Mn出鋼至LF過程鋼液氮含量的變化,出鋼不用鋁脫氧鋼液60、20CrMo及16Mn，大部分爐次鋼液增2ppm或不增氮。,冶金與生態(tài)工程學(xué)院李京社,鋼液吸氮為液相傳質(zhì)控制為一級反應(yīng)，其表示式為： (1) 式中： %N鋼液中氮的質(zhì)量百分濃度； %Ne與氮分壓平衡的鋼液中氮的質(zhì)量百分濃度； （2） F鋼液表面積； V鋼液體積； 傳質(zhì)系數(shù)。,冶金與生態(tài)工程學(xué)院李京社,3.3 LF過程氮含量的變化,冶金與生態(tài)工程學(xué)院李京社,1) 合金元素對鋼液氮含量的影響 精煉過程吸氮的熱力學(xué)方程為： （

5、3） （4） Si :對氮的作用系數(shù)為負值，其含量增加，可提高氮的活度系數(shù)，從而降低氮在鋼液中的溶解度； Al、Cr:對氮的作用系數(shù)為正值，其含量增加，可降低氮的活度系數(shù)，提高氮在鋼液中的溶解度；Ni:對氮的活度系數(shù)影響不大。 計算7爐60#鋼平均為1.20，5爐60Si2Cr平均為1.26，因此合金元素對鋼液的吸氮影響基本相同,CM490、20CrMo及16Mn的吸氮量應(yīng)小于60Si2Cr鋼液.,冶金與生態(tài)工程學(xué)院李京社,2） 喂線對鋼液中氮含量的影響,在喂CaSi線過程中有時會造成一定的增氮量。喂線過程中增氮主要是由于Ca氣化形成Ca氣泡將鋼液面吹開，造成裸露的鋼液從空氣中吸氮而產(chǎn)生的，但

6、如果渣層較厚，CaSi線穿過渣層進入鋼液，而不把鋼液面吹開，就有可能避免裸露鋼液吸氮。另外還要考慮到CaSi線本身的增氮。如圖6所示加入原材料中CaSi線中氮的含量，對鋼液增氮影響較大。試驗中60#鋼喂線200米后鋼液中的氮幾乎沒有變化，說明CaSi線中的氮對鋼液增氮影響較小。對60Si2Cr喂線后，鋼液中的氮升高，平均升高5.2ppm。,碳粉及各種鐵合金中含氮量,冶金與生態(tài)工程學(xué)院李京社,冶金與生態(tài)工程學(xué)院李京社,精煉時間對鋁脫氧CM490鋼液出LF氮含量的影響,冶金與生態(tài)工程學(xué)院李京社,3.4 VD脫氮 1) 氧、硫?qū)φ婵彰摰挠绊?化學(xué)反應(yīng)或者氣相中的傳質(zhì)是VD脫氮的限制性環(huán)節(jié)，其表達式

7、為： （5） 式中： ：脫氮反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)常數(shù)，cm/(s.%)。 ：氮的活度系數(shù)； ：鋼液中氧的活度， ：鋼液中硫的活度，,冶金與生態(tài)工程學(xué)院李京社,2) 真空度對脫氮的影響 試驗中真空度為0.4乇，相當(dāng)于53.3Pa，與平衡氮分氬的差距很大，加大了脫氮反應(yīng)的趨動力，VD過程平均脫氮15.8ppm。,3) 吹氬對真空脫氮的影響,真空吹氬量與脫氮量的關(guān)系,吹氬對真空脫氮有以下幾方面的影響： 攪拌鋼液，加快氮在液相中的傳質(zhì)； (2) 吹開渣面使得鋼液與真空接觸； (3) 鋼液中氮擴散進入氬氣泡并一同排出； (4) 氬氣泡成為氮的形核核心，促進氮氣析出。,冶金與生態(tài)工程學(xué)院李京社,3.5 連鑄過程

8、鋼液氮含量的變化,1鋼包 2滑動水口 3長水口 4中間罐；5保護渣,1中間罐塞棒；浸入式水口 3結(jié)晶器;保護渣；中間罐底,澆注方式 增氮量 無保護澆注 +17 ppm 長水口保護澆注 +14 ppm 長水口加氬氣保護澆注 +3 ppm,冶金與生態(tài)工程學(xué)院李京社,圖中符號對應(yīng)的意義為LD(N)：出精煉爐時氮含量；TD(N1)：中包10t鋼液時，中包鋼液氮含量：TD(N2)：中包開澆時，中包鋼液氮含量；TD(N3)：大包45t鋼液時，中包鋼液氮含量；TD(N4)：大包澆完，中包鋼液氮含量；BT(N1)：開澆爐次頭坯最開始端氮含量；BT(N2)：開澆爐次中間坯氮含量；BT(N3)：開澆爐次尾坯氮含量

9、。,開澆爐次鋼液氮含量的變化,1）開澆爐次鋼液氮含量的變化,對于連鑄第一包鋼液，鋼液初始進入中間包，由于中間包空、長水口沒有浸入在鋼液中并且鋼液表面沒有保護渣覆蓋，這時鋼液吸氮嚴(yán)重，如204爐次出VD時鋼液中的氮含量為26ppm，中間包開澆時，鋼液中的氮為42ppm，升高了16ppm，相當(dāng)于真空脫氮的水平。隨著后續(xù)鋼液的不斷稀釋，鋼液中的氮下降，最終為38ppm，也就是說開澆的鋼液比后來的鋼液多吸入了4ppm的氮。,冶金與生態(tài)工程學(xué)院李京社,2）連鑄過程鋼液大包至中間包氮含量的變化,60#鋼及60Si2Cr連鑄時大包至中間包鋼液平均增氮分別為2.3ppm及17.6ppm，后者接近了無保護澆注的

10、水平。,冶金與生態(tài)工程學(xué)院李京社,連鑄過程鋼液增氮情況,3)連鑄過程氬封不同氬氣流量對增氮的影響,冶金與生態(tài)工程學(xué)院李京社,通過以上研究得出以下結(jié)論： 1)對同一批廢鋼，隨著鐵水量加入量的增加，出鋼鋼液氮含量下降； 2)廢鋼質(zhì)量及泡沫渣操作對鋼液影響出鋼鋼液氮含量。生產(chǎn)低氮鋼時要選用氮含量低的廢鋼并且造好泡沫渣； 3)出鋼用鋁脫氧鋼液出鋼過程增氮量大于7ppm；出鋼不用鋁脫氧鋼液幾乎不吸氮； 4) 鋁脫氧含Cr鋼液吸氮量比不含Cr的鋼液吸氮量大； 5)VD過程平均脫氮15.8ppm，氧硫?qū)︿撘好摰杏绊?，入VD前保證O5ppm、S50ppm；適當(dāng)延長高真空度下的保持時間，可加強脫氮； 6) 鋁

11、脫氧鋼液60Si2Cr、CM490及16Mn在現(xiàn)有氬封吹氬條件下，鋼液由大包至中間包平均增氮分別為17.6ppm，9.6ppm，9ppm； 7)不用鋁脫氧鋼液，鋼液由大包至中間包平均增氮量小于3ppm;,4 結(jié)論,冶金與生態(tài)工程學(xué)院李京社,電爐操作要點 1)鐵水及生鐵的加入量大于35t； 2)加完鐵水后，供氧強度小于35Nm3/t，加完二批廢鋼后供氧強度大于40Nm3/t； 3)泡沫渣成分的確定 加入輕燒白云石，加入量穩(wěn)定在5kg/t左右，保證渣中MgO穩(wěn)定在79%之間。,4)終點控制 根據(jù)不同鋼種，盡可能低的控制出鋼碳。 5)出鋼加料 出鋼可根據(jù)不同鋼種的要求，加入合金料及造渣料，特別加入要注意加入低氮增碳劑。 6)出鋼脫氧劑的加入 出鋼過程嚴(yán)禁用鋁脫氧。 7)出鋼后嚴(yán)禁大攪拌 8)未盡事宜，按現(xiàn)有工藝執(zhí)行。,低氮鋼生產(chǎn)工藝要點,冶金與生態(tài)工程學(xué)院李京社,LF操作要點 1) 入LF后，加石灰造渣，加熱，加熱時采用短弧操作； 2) 嚴(yán)格控制吹氬攪拌強度，避免停電時鋼液面裸露； 3) 保證精煉爐少量增碳和微調(diào)成分合格； 4)喂絲時不要強攪拌； 5) 喂絲后，弱攪拌，吹氬強度以不吹開鋼液面并有渣面凸起為準(zhǔn)； 6) 弱攪拌后，加碳化稻殼，出鋼； 7) 其它未盡事宜，按現(xiàn)有不同鋼種工藝執(zhí)行。 VD操作要點 1) 入V