轉爐鋼

轉爐鋼是指在轉爐內以液態生鐵為原料，將高壓空氣或氧氣從轉爐的頂部、底部、側面吹入爐內熔化的生鐵液中，使生鐵中的雜質被氧化去除而煉成的鋼。鋼中的氮對鋼的影響主要有以下幾個方面:氮在晶界析出, 造成鋼質出現藍脆;氮與鋼中Ti 或A1 結合為(TiN)或(AlN), 弱化晶界強度, 使得鋼的脆性區發生變化, 易造成鑄坯表面出現裂紋;鋼中氮存在,降低了鋼的韌性、焊接性能、熱應力區韌性, 使鋼材脆性增加。

基本介紹

• 中文名：轉爐鋼
• 外文名：Converter steel
• 學科：冶金工程
• 領域：冶煉
• 氮對鋼的影響：弱化晶界強度、使鋼材脆性增加
• 主要工序：LF 精煉工序

簡介

轉爐鋼按爐襯的耐火材料性質可分為鹼性轉爐鋼和酸性轉爐鋼。按氣體吹入爐內的部位可分為頂吹轉爐鋼、底吹轉爐鋼和側吹轉爐鋼，還有頂吹、底吹複合轉爐鋼等。現在氧氣轉爐鋼生產效率高，質量也很好，己被廣泛套用，成為世界上的主要鋼類。轉爐鋼的主要品種有碳素鋼、低合金鋼和少量合金鋼。

在通常情況下, 鋼中氮被認為是有害元素。鋼中的氮對鋼的影響主要有以下幾個方面:氮在晶界析出, 造成鋼質出現藍脆;氮與鋼中Ti 或A1 結合為(TiN)或(AlN), 弱化晶界強度, 使得鋼的脆性區發生變化, 易造成鑄坯表面出現裂紋;鋼中氮存在,降低了鋼的韌性、焊接性能、熱應力區韌性, 使鋼材脆性增加。

轉爐鋼氮含量的影響環節

轉爐煉鋼廠冶煉工藝路線為:轉爐—LF精煉—連鑄。因鋼液吸氮貫穿於轉爐煉鋼生產的全過程。煉鋼過程需要在每一個環節對增氮進行控制。要降低最終鋼液中的氮含量, 必須控制爐料中的原始氮含量和熔煉過程、轉爐爐出鋼過程、LF 精煉過程、中間包及結晶器中的增氮。

煉鋼工序氮含量變化規律

目前,轉爐的工藝路線中, 轉爐爐料主要是80 ～ 85 %的鐵水, 其餘為廢鋼。原料情況較為穩定, 保證了轉爐終點氮含量較穩定。因此, 增氮的環節為轉爐出鋼過程中合金增氮及鋼水吸氮, 精煉過程增氮及連鑄澆注過程中吸氮。根據鋼中氮含量的影響環節, 在各個節點進行取樣, 通過美國LECO 公司的TCH600 氧氮氫連測儀分析。

轉爐出鋼前鋼中的氮含量為0.0244 %, 出鋼過程及合金化增氮0.0132 %, 精煉過程氮增加量為0.0364 %, 連鑄過程增氮為0.0194 %(主要是精煉出站到中包增加)。通過取樣分析, 說明鋼液增氮貫穿於整個煉鋼生產過程。

而最主要的增氮環節為精煉過程增氮。因此精煉過程增氮是目前杭鋼轉爐煉鋼的限制性環節。如能合理改善LF 精煉工藝則可以有效地控制鋼中氮含量。

精煉工序氮含量分析

1 　精煉工序氮來源分析

從上述分析可知, 精煉工序增氮為轉爐煉鋼全程增氮的限制性環節。而精煉工序增氮的影響因素主要有:原輔材料帶入、餵線工藝鋼水外翻吸氮、通電過程鋼水吸氮。

為搞清楚精煉工序增氮的變化規律, 特將精煉過程分為進站、中間樣、鈣處理前、出站四個節點分析鋼中氮含量的變化規律。

增氮過程貫穿於整個精煉過程, 最主要的節點為進站到取中間樣及通電結束成分微調、鈣處理兩個階段。分析精煉工藝過程,第一個增氮環節主要因素有造渣初期, 大量的原輔料加入帶入的氮, 泡沫化白渣未成形造成鋼水吸氮。第二個增氮環節為鋼水成分微調餵入碳線、鈣線帶入的氮及餵線過程鋼水大翻吸氮。因此, 原輔料帶入氮及鋼液吸氮為精煉工序增氮因素。

2 　精煉工序原輔料分析

對目前精煉工序原輔料中可能帶來氮的原輔料逐一取樣排查。分析出其中造渣劑、碳芯線氮含量較高, 生產工程加入量較大。

1)造渣劑:為檢驗其中的氮含量,造渣劑中氮含量較高,且批次間含量極不穩定。為研究造渣劑中的氮的存在方式, 利用XRD -6100 衍射儀定性分析。

從XRD 分析可知, 造渣劑中的氮主要以AlN 形式存在。通過下式進入鋼中, 從而使鋼水增氮。用於精煉結束成分微調, 取樣分析,碳芯線中氮含量較高。因此通過一定速度達到一定深度要求餵入含氧較低的鋼液, 碳芯線中氮直接進入鋼中, 從而使鋼水增氮。

工藝改進及實施效果

1 　工藝改進措施

根據上述分析, 控制轉爐鋼中氮含量, 主要控制精煉環節原輔料增氮, 及整個轉爐生產過程鋼液吸氣增氮。鋼中的氮即可得到有效控制。具體改進工藝如下:

1)精煉過程的吹氬、供電制度進行完善, 儘量減少鋼水不裸露吸氮;

2)減少精煉造渣劑使用量, 由原來3kg/噸降低到0 .6kg/噸鋼, 減少造渣劑增氮;

3)改進精煉成分微調的碳芯線, 降低碳芯線中氮含量。要求達到0 .05 %以下;

4)做好連鑄全程保護澆注, 控制鋼水在澆注過程中吸氮。

2 　實施效果

通過以上改進措施, 跟蹤成材中圓鋼中氮含量, 結果明顯下降。取轉爐生產40Cr 、20Cr 、A105 三鋼種。

經過工藝改進後, 轉爐鋼中氮含量明顯下降(下降比例達到40 %～ 50 %)。跟蹤後續圓鋼, 圓鋼表面鱗狀裂紋的基本消除。

總結

1)轉爐煉鋼增氮的主要環節為LF 精煉工序,而LF 精煉工序增氮主要為前期造渣階段及後期成分微調階段;

2)LF 精煉工序前期造渣階段主要是大量的造渣劑加入, 造渣劑中AlN 進入鋼中增氮;

3)LF 精煉成分微調主要是碳芯線中大量的氮進入鋼中增氮及鋼液裸露吸氣增氮;

4)通過工藝改進, 圓鋼中氮含量明顯降低, 裂紋基本消除。