微合金钢钛氮比控制实践
吕志勇; 张立夫; 周刘建; 邢维义; 方恩俊
【期刊名称】《《鞍钢技术》》
跛行回家【年(卷),期】2019(000)006
【总页数】5页(P48-51,55)
【作 者】吕志勇; 张立夫; 周刘建; 邢维义; 方恩俊
木板削削削【作者单位】鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司 辽宁 营口 115007
【正文语种】中 文
【中图分类】TF777
钢的微合金化技术是目前改善钢铁材料性能的重要方法之一。低碳微合金非调质钢的试验研究表明，当钢中钛、氮含量达到理想配比时，TiN颗粒钉扎晶界作用最有效［1］。炉外精炼工序控制钛、氮含量，钛的合金化采用添加含钛合金的方法，氮的合金化一般采用添加含氮合金和吹氮气的方式增氮。国内许多钢厂对转炉、LF、RH氮含量的控制均做了相关研究［2-4］。
鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司炼钢部生产的一类低碳微合金非调质钢对钛氮比控制要求极为严格，控制比值的上限和下限差值不能大于1，钛含量控制在0.013%～0.020%，氮含量控制在0.004 0%～0.007 0%（RH处理的常规钢种氮含量一般控制在0.004 0%以下），同时要求低磷、低硫、低氢和喂线球化夹杂物。根据该钢种特殊的成分要求，钢水需经RH处理将氢控制在0.000 2%以下，但脱氢的同时也脱氮。RH提升气体可以自由切换为氮气或氩气，吹氮气增氮时，氮的收得率非常不稳定，增氮速率的波动范围为0.000 2%/min～0.000 7%/min，达不到钛氮比的精确控制要求。钛是易氧化元素，在钢水冶炼过程极易发生变化。氮、钛元素不稳定导致钛氮比波动大，生产过程发生质量事故的比例较高。因此，分析了影响钢水钛含量、氮含量的原因，采取相应措施后，钢水钛氮比达到理想值，钢水质量得到提高。 1 原精炼工艺控制钛氮比存在的问题
该钢种原来的精炼工艺路线为先经LF再经RH。LF脱硫升温，在RH加钛、脱氢、增氮和喂线。RH在深真空处理模式下脱氢脱氮，前期钛合金化，脱氢结束取样并采用轻处理模式，保持真空度为5 kPa，控制钢水中的氮含量不变，依据回样结果增氮，最后喂线。分析认为，上述工序存在三个缺点，一是RH等样时间长，氮的检验时间一般需要10 min以上；二是RH吹氮气增氮速率不稳定，增氮1 min的偏差达到0.000 5%；三是钛元素的波动大，范围达到0.003%，钛元素每波动0.001%，氮元素波动0.000 4%，造成氮元素的控制范围只有0.001 0%，精确控制难度极大。
2 钛和氮检测方法存在的问题
钛和氮含量的控制精度要求很高，相应的检验精度也高。使用ARL4460火花源直读光谱仪检验钛含量，使用TC600氮氧仪检验氮含量。表1是标样和单个生产样钛和氮含量重复检验的结果。由表1可知，钛含量的检验波动很小 ，生产样的氮含量检验偏差约0.000 3%。可见，生产过程的取样质量对氮含量的检验结果影响很大。
表1 钛和氮含量的检验情况 %样品 钛含量 氮含量0.015 3 0.007 1标样 0.015 2 0.007 0 0.015 3 0.007 1 0.016 3 0.004 2生产样 0.015 9 0.004 4 0.016 1 0.004 5
3 影响钛含量波动的原因分析
3.1 Als对钛含量的影响
钛是易氧化元素，一般在钢水脱氧后加入。常用的脱氧合金有铝合金和硅合金，精炼过程一般使用Als含量代表脱氧程度，Als含量大于0.01%，表示钢水已脱氧，Als含量越高，钢水脱氧程度越强。钛在合金化的过程中,部分被氧化形成TiO2夹杂物。本研究统计对比了钛的收得率与Als含量的关系见图1。由图1看出，钢水中Als越高，钛的收得率越高。统计得出Als含量提高0.01%，钛的收得率上升3%。
3.2 RH后吹氩对钛含量的影响
吹氩是精炼的重要手段之一，吹氩可以均匀钢水成分、温度和去除夹杂物。但是吹氩流量过大时渣面接触空气，导致钢水二次氧化，钛元素含量降低。尤其是RH后吹氩，为促进小颗粒夹杂物上浮，吹氩时间达到10 min以上。由于每罐氩气透过透气砖的起翻效果各有差
异，所以要及时调整吹氩流量。如果吹氩流量过大，钢水中的钛元素烧损会增大。本研究统计了6炉RH后吹氩对钢水钛含量的影响，如表2所示，吹氩过程的钛元素损失在0.000 4%～0.002 5%。
图1 钛的收得率与Als含量的关系
表2 RH后吹氩对钢水中钛含量的影响 %序号 吹氩前钛含量 吹氩后钛含量1 0.016 0 0.014 4 2 0.017 4 0.016 0 3 0.015 8 0.013 3 4 0.015 8 0.015 4 5 0.016 5 0.015 8 6 0.015 8 0.015 3
4 影响氮含量波动的原因分析
楼顶钢筋如何防锈4.1 LF增氮对氮含量的影响
球墨铸铁管qiumoggLF加热过程中，石墨电极与钢渣之间产生高温电弧，高温电弧使周围的空气电离，容易造成钢水增氮［5］。统计数据表明，LF精炼过程中增氮量为0.000 1%～0.001 8%，平均增氮量为0.000 61%，波动较大，LF操作过程的不稳定性造成了增氮量的波动。
由于该钢种RH前期采用深真空模式处理脱氮，LF的搬出氮含量不宜过低，否则RH后期增氮幅度越大，氮元素控制精度越低。本研究统计了LF搬出氮含量见图2。由图2看出，LF搬出氮含量在0.002 0%～0.006 0%之间波动，数值较低。因此，需适当提高LF的搬出氮含量。
图2 LF搬出氮含量
4.2 RH前期脱氮对氮含量的影响
随着RH真空度的降低，氮分压降低，钢水中的氮含量降低。RH深真空处理时，真空度小于200 Pa，保持15 min，检验各阶段氮含量的变化。结果发现，RH初始氮含量与脱氮速率关系很大。本研究统计了RH初始氮含量与脱氮速率的关系见图3。由图3看出，钢水中氮含量下降趋势明显，初始氮含量越高，脱氮速度越快。
图3 RH初始氮含量与脱氮速率的关系
4.3 RH后期增氮对氮含量的影响
RH抽真空处理过程中用氮气提升气体时，可以增加钢水氮含量。增氮分为两个阶段，一是深真空处理阶段，二是轻真空处理阶段。LF搬出氮偏低，则在RH深真空处理阶段吹氮气增氮；依据RH过程样调氮，则在RH轻真空处理阶段吹氮气增氮。
RH从处理开始吹入氮气，吹完氮气立即改为氩气。本研究统计了RH深真空处理吹氮气时间与增氮量的关系见图4。如图4所示，吹氮时间低于3 min，钢水的氮含量几乎不增加，吹氮时间越长，钢水增氮量越大，平均每分钟增氮0.000 1%～0.000 2%。当吹氮时间大于7 min，增氮量大于0.001 0%的概率增加。
图4 RH深真空处理吹氮气时间与增氮量的关系
RH轻真空处理阶段的真空度约为5 kPa，时间不宜太长，避免炉机不匹配。轻处理的吹氮气增氮效果较深处理更加明显，轻处理阶段的增氮速率是深处理阶段的3倍以上。本研究统计了5炉RH轻真空处理阶段增氮速率见表3。由表3可知，在固定提升气体流量和真空度下，各炉次增氮速率并不稳定，难以精确控制氮含量。
表3 RH轻真空处理阶段增氮速率序号 吹氮前氮含量/%吹氮后氮含量/%吹氮气时间/min增
氮速率/（%·min-1）1 0.004 1 0.005 6 2 0.000 75 2 0.002 7 0.003 5 4 0.000 20 3 0.002 7 0.004 6 6 0.000 32 4 0.003 2 0.005 2 6 0.000 33 5 0.002 6 0.004 6 5 0.000 40
4.4 RH后吹氩对氮含量的影响
RH后吹氩过程的剧烈搅动不仅影响钛元素含量，也会增加钢水中的氮含量。本研究统计了RH后吹氩的增氮量见图5。
图5 RH后吹氩增氮量
图5所示的吹氩前后取样对比显示，平均增量为0.000 7%。由于吹氩搅动效果差异，生产中吹氩增氮量的波动达到了0.000 5%，即使到了精炼最后一道工序，氮含量也在波动，降低了钛氮比的控制精度。
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蜘蛛网结构5.1 优化工艺路线
由于RH脱氮和增氮的不稳定性，将工序任务重新分配，工艺路线调整为LF→RH→LF。第
一次经LF升温、脱硫，经RH脱气，第二次经LF增氮、喂线。优化前后各工序的时间对比见表4。工艺路线优化后，避免了在真空状态下后期精确调氮，省去了RH处理阶段的等样时间，总处理时间增加了25 min。
表4 优化前后各工序的时间对比 min项目 传搁时间 LF1 RH LF2 总时间优化前 55 60 50 165优化后 70 60 30 30 190
5.2 优化增钛时机
调整钛元素的加入时机可以降低后期精炼过程的波动。第一次LF脱硫结束时，控制Als含量在合适范围，加入钛铁，渣中TiO2含量在原水平上提高20%～30%，减少精炼后期钛的氧化。再经过RH循环和第二次LF处理。统计了3炉优化后的钢水，钛含量变化趋势见图6。
图6 优化后各工序钢水钛含量变化趋势
如图6所示，钛含量稳定，在0.001%范围内波动，波动范围减少了0.002%。
