一種控制鋼水氮含量的精煉裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于連鋼技術領域，特別涉及一種可控制鋼水氮含量的精煉裝置及方法。
【背景技術】
[0002] 氮在鋼中的作用具有兩面性：一方面，氮作為間隙固溶元素可大幅度提高鋼的強 度。另一方面，氮會顯著降低鋼的延展性，這在超低碳鋼中影響尤為突出；韌性方面，氮會大 幅度提高韌脆轉變溫度；氮與鋁、鈦等元素形成氮化物，在某些情況下會導致鋼的熱脆；另 外氮在室溫時的延遲析出還與鋼的某些時效效應有關。對絕大多數鋼種來說，氮在鋼中被 視為雜質元素，鋼中的氮含量較高時，可使鋼材產生時效脆化，降低鋼材的沖擊韌性，也可 引起鋼的冷脆等不利影響。在加熱至一定溫度范圍時，鋼的強度上升，沖擊韌性降低，發生 "藍脆"現象，因此降低鋼中氮含量可提高鋼材的韌性指標。此外，鋁鎮靜鋼鋼中氮含量增加 會增加連鑄坯裂紋敏感性。因此，氮對鋼的使用性能有不利影響，需要進行控制。
[0003] 降低鋼中氮含量包括兩方面內容，即抑制鋼液由大氣吸氮和氮自鋼液中的脫除。 吸氮與鋼液的氧位、硫位密切相關。鋼液的脫氮主要依靠真空處理，氮在鋼液中的擴散系數 較低，因此脫氮速率較慢。在真空條件下，低硫、低氧含量有利于鋼液的脫氮，而在大氣條件 下，鋼液中低硫、低氧含量時，鋼水易于吸氮。
[0004] 鋼水在進行LF精煉時，LF爐蓋與鋼包的直徑相當，正好扣在鋼包的上沿，熔池金 屬靠電弧的高溫加熱，電弧是一種高溫高速的氣體射流，它對熔池的沖擊作用和轉爐中氧 氣流股的沖擊作用在本質上是相似的，在沖擊點處造成一個凹坑。電極加熱時，凹坑處會出 現裸露的鋼液面，而這部分裸露的鋼液較其它部位的鋼液溫度高，大于2400K，在該溫度下， 氧、硫對阻礙鋼液吸氮的表面活性作用也消失。此時只要鋼液裸露就容易吸氮。電弧的高 溫作用下，周圍空氣中的氮氣基本上全部被離解為單原子狀態，也給鋼液吸氮創造了條件。 鋼包內整個渣面與空氣接觸且處于活躍狀態，底吹氬氣分布在整個鋼包，因此在LF精煉時 非常容易吸氮。
[0005] 中國發明專利申請號200910300110. 9公開了一種"控制轉爐工藝生產鋁脫氧鋼 氮含量的方法"，該方法在轉爐開始造渣時將轉爐爐渣堿度Ca0/Si02調整為5~7。通過控 制轉爐爐渣堿度使轉爐冶煉過程的脫氮率由50~70%提高到65~85%，轉爐終點鋼水 氮含量可控制在15ppm以內。通過堿度控制、加入特殊渣料和連鑄開澆前在鋼包下口與保 護管之間使用帶帽沿的密封墊圈密封，實現了 LD-LF - SCC工藝鑄坯氮含量< 35ppm、LD- LF - RH - BCC工藝鑄坯氮含量彡30ppm的穩定控制。但該專利在實施時所生產的鋼種均需 經過LF處理，而在整個煉鋼生產過程中，主要的增氮環節是LF精煉環節，該專利只是對轉 爐環節采取了措施，在LF并未采取必要的措施。由于轉爐冶煉用的鐵水中含有一定量的硅 元素，在吹煉時會生成Si0 2，在轉爐內將爐渣堿度調整為5~7,由于轉爐內的渣量非常大， 約為鋼液量的10%，因此將會浪費大量的石灰，同時，渣的流動性會很差，不利于鋼液脫磷。 轉爐冶煉鋼液中氧含量比較高，鋼液不易吸氮，同時，轉爐內碳氧反應生成C0,有利于鋼液 的脫氮。因此，由轉爐引起的鋼液增氮在整個煉鋼過程中問題較小。
[0006] 申請號201210020449. 5公開了 "一種頂吹氬氣防止LF精煉過程鋼水增氮的方 法"，是在LF精煉過程中，通過LF頂吹氬槍或利用LF的事故氬槍，在鋼液面140~170_ 處，以流量為20~80NL/min頂吹純氬氣，營造惰性氣體環境，穩定地控制鋼液增氮量小于 5ppm。但由于頂部吹氣槍向鋼包渣面進行吹氬操作過程，極易造成鋼液、鋼渣的飛濺，為生 產安全埋下重大隱患，在生產中難以應用。
【發明內容】
[0007] 本發明旨在提供一種能夠在LF精煉時有效脫硫，抑制增氮，對鋼水進行還原與合 金化，去除鋼中夾雜物，同時減少鋼水溫降的精煉裝置及方法。
[0008] 為此，本發明所米取的解決方案是：
[0009] -種控制鋼水氮含量的精煉裝置，其特征在于，包括升降液壓缸、浸入管、爐蓋、電 極、料倉及鋼包；升降液壓缸固定在地面上，液壓缸活塞桿前端橫向固定一連接桿，連接桿 前端焊接在爐蓋上，爐蓋中間設有至少2根電極，爐蓋一側進料口上方設有料倉，耐火材料 浸入管固定在爐蓋下面的鋼結構上，爐蓋通過升降液壓缸及連接桿升降和吊掛在鋼包上 方。
[0010] 所述爐蓋直徑為鋼包直徑的1/3~1/2。
[0011] -種控制鋼水氮含量的方法，其特征在于，其具體方法和步驟為：
[0012] (1)先將爐蓋下方浸入管使用前預熱到950~1050°C。
[0013] (2)轉爐出鋼過程中采取擋渣操作，渣層厚度控制在50~100mm ;并加入脫氧劑進 行預脫氧，鋼水中氧含量控制在30~80ppm，轉爐出鋼溫度控制在1640~1660°C。
[0014] (3)出鋼結束后進入LF精煉鋼水，鋼包放好后，通過透氣磚底吹氬氣，將鋼水面上 的鋼渣吹活動。
[0015] (4)利用升降液壓缸降下爐蓋，當浸入管浸入鋼水的位置到達鋼液面下50~ 150mm深度后，由料倉向浸入管內部液渣中加入預恪渣和電石，用于形成良好的泡沫渣，預 熔渣加入量為0. 8~1. 2kg/噸鋼，電石加入量為0. 3~0. 7kg/噸鋼，分2~3次加入；同 時，在浸入管外部向渣面加入石灰，用于形成不易流動的鋼渣，使外部鋼渣堿度達到7. 3~ 8. 0。預熔渣具有較低的熔點，同時吸附夾雜物的能力很強，電石有利于形成泡沫渣，浸入管 內部空間比較小，同時有泡沫渣覆蓋，抑制鋼水的增氮。
[0016] (5)在加入預熔渣及石灰后，降下電極進行升溫操作，以達到精煉化渣目的，對浸 入管內部的液渣進行還原操作，保持底吹氬氣，氬氣流量為〇. 13~0. 26Nm3Ah. t)，并在浸 入管內部液渣面上加入鋁線段，進行脫氧還原。在降下浸入管后，底吹氬氣僅通過浸入管向 鋼液外排出，利于去除鋼液中的硫及氧化物夾雜物，氬氣對鋼液起到保護作用。
[0017] (6)待液渣充分還原且鋼水溫度達到設定溫度后，升起電極，保持底吹氬氣流量 4~8min ;其后降低氬氣流量至0. 025~0. 050Nm3Ah. t)進行軟吹，使渣液面微動而不使 鋼水裸露，保持5~7min，升起爐蓋。
[0018] (7)將精煉后鋼水送至連鑄工序進行澆鑄，連鑄過程中采取保護澆鑄，減少鋼水增 氮。
[0019] 所述預熔渣主要組分 wt% 為：CaO :40 ~45%，Al203:38 ~42%，Si02:5 ~9%， MgO :4~7%，其它為不可避免的雜質。
[0020] 所述石灰中CaO含量彡90wt %。
[0021] 與現有技術相比，本發明的有益效果為：
[0022] 1.本發明可以完全達到控制鋼水增氮的目的，小尺寸的爐蓋減少了鋼液與空氣接 觸的機會，且底吹氬氣全部由浸入管內的鋼液中排出，與常規LF相比，浸入管內上升的氬 氣也起到減少鋼液吸氮的作用，達到增氮量不超過〇. 0003 %。
[0023] 2.本發明采用的精煉方法可以有效地減少鋼水在處理過程中的溫降，與常規LF 精煉相比，溫度損失降低約50 %。
[0024] 3.本發明在精煉時，采用預熔渣可以有效地去除鋼水中的夾雜物，使夾雜物充分 上浮并被鋼渣吸附，提高了鋼水的潔凈度，預熔渣用量是常規操作的40%，降低成本。
[0025] 4.本發明精煉裝置結構簡單，易于操作，投資小，不影響其它設備的正常操作，浸 入管可以重復多次使用。
【附圖