一种控制钢水氮含量的精炼装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于连钢技术领域，特别涉及一种可控制钢水氮含量的精炼装置及方法。
【背景技术】
[0002] 氮在钢中的作用具有两面性：一方面，氮作为间隙固溶元素可大幅度提高钢的强 度。另一方面，氮会显著降低钢的延展性，这在超低碳钢中影响尤为突出；韧性方面，氮会大 幅度提高韧脆转变温度；氮与铝、钛等元素形成氮化物，在某些情况下会导致钢的热脆；另 外氮在室温时的延迟析出还与钢的某些时效效应有关。对绝大多数钢种来说，氮在钢中被 视为杂质元素，钢中的氮含量较高时，可使钢材产生时效脆化，降低钢材的冲击韧性，也可 引起钢的冷脆等不利影响。在加热至一定温度范围时，钢的强度上升，冲击韧性降低，发生 "蓝脆"现象，因此降低钢中氮含量可提高钢材的韧性指标。此外，铝镇静钢钢中氮含量增加 会增加连铸坯裂纹敏感性。因此，氮对钢的使用性能有不利影响，需要进行控制。
[0003] 降低钢中氮含量包括两方面内容，即抑制钢液由大气吸氮和氮自钢液中的脱除。 吸氮与钢液的氧位、硫位密切相关。钢液的脱氮主要依靠真空处理，氮在钢液中的扩散系数 较低，因此脱氮速率较慢。在真空条件下，低硫、低氧含量有利于钢液的脱氮，而在大气条件 下，钢液中低硫、低氧含量时，钢水易于吸氮。
[0004] 钢水在进行LF精炼时，LF炉盖与钢包的直径相当，正好扣在钢包的上沿，熔池金 属靠电弧的高温加热，电弧是一种高温高速的气体射流，它对熔池的冲击作用和转炉中氧 气流股的冲击作用在本质上是相似的，在冲击点处造成一个凹坑。电极加热时，凹坑处会出 现裸露的钢液面，而这部分裸露的钢液较其它部位的钢液温度高，大于2400K，在该温度下， 氧、硫对阻碍钢液吸氮的表面活性作用也消失。此时只要钢液裸露就容易吸氮。电弧的高 温作用下，周围空气中的氮气基本上全部被离解为单原子状态，也给钢液吸氮创造了条件。 钢包内整个渣面与空气接触且处于活跃状态，底吹氩气分布在整个钢包，因此在LF精炼时 非常容易吸氮。
[0005] 中国发明专利申请号200910300110. 9公开了一种"控制转炉工艺生产铝脱氧钢 氮含量的方法"，该方法在转炉开始造渣时将转炉炉渣碱度Ca0/Si02调整为5~7。通过控 制转炉炉渣碱度使转炉冶炼过程的脱氮率由50~70%提高到65~85%，转炉终点钢水 氮含量可控制在15ppm以内。通过碱度控制、加入特殊渣料和连铸开浇前在钢包下口与保 护管之间使用带帽沿的密封垫圈密封，实现了 LD-LF - SCC工艺铸坯氮含量< 35ppm、LD- LF - RH - BCC工艺铸坯氮含量彡30ppm的稳定控制。但该专利在实施时所生产的钢种均需 经过LF处理，而在整个炼钢生产过程中，主要的增氮环节是LF精炼环节，该专利只是对转 炉环节采取了措施，在LF并未采取必要的措施。由于转炉冶炼用的铁水中含有一定量的硅 元素，在吹炼时会生成Si0 2，在转炉内将炉渣碱度调整为5~7,由于转炉内的渣量非常大， 约为钢液量的10%，因此将会浪费大量的石灰，同时，渣的流动性会很差，不利于钢液脱磷。 转炉冶炼钢液中氧含量比较高，钢液不易吸氮，同时，转炉内碳氧反应生成C0,有利于钢液 的脱氮。因此，由转炉引起的钢液增氮在整个炼钢过程中问题较小。
[0006] 申请号201210020449. 5公开了 "一种顶吹氩气防止LF精炼过程钢水增氮的方 法"，是在LF精炼过程中，通过LF顶吹氩枪或利用LF的事故氩枪，在钢液面140~170_ 处，以流量为20~80NL/min顶吹纯氩气，营造惰性气体环境，稳定地控制钢液增氮量小于 5ppm。但由于顶部吹气枪向钢包渣面进行吹氩操作过程，极易造成钢液、钢渣的飞溅，为生 产安全埋下重大隐患，在生产中难以应用。
【发明内容】
[0007] 本发明旨在提供一种能够在LF精炼时有效脱硫，抑制增氮，对钢水进行还原与合 金化，去除钢中夹杂物，同时减少钢水温降的精炼装置及方法。
[0008] 为此，本发明所米取的解决方案是：
[0009] -种控制钢水氮含量的精炼装置，其特征在于，包括升降液压缸、浸入管、炉盖、电 极、料仓及钢包；升降液压缸固定在地面上，液压缸活塞杆前端横向固定一连接杆，连接杆 前端焊接在炉盖上，炉盖中间设有至少2根电极，炉盖一侧进料口上方设有料仓，耐火材料 浸入管固定在炉盖下面的钢结构上，炉盖通过升降液压缸及连接杆升降和吊挂在钢包上 方。
[0010] 所述炉盖直径为钢包直径的1/3~1/2。
[0011] -种控制钢水氮含量的方法，其特征在于，其具体方法和步骤为：
[0012] (1)先将炉盖下方浸入管使用前预热到950~1050°C。
[0013] (2)转炉出钢过程中采取挡渣操作，渣层厚度控制在50~100mm ;并加入脱氧剂进 行预脱氧，钢水中氧含量控制在30~80ppm，转炉出钢温度控制在1640~1660°C。
[0014] (3)出钢结束后进入LF精炼钢水，钢包放好后，通过透气砖底吹氩气，将钢水面上 的钢渣吹活动。
[0015] (4)利用升降液压缸降下炉盖，当浸入管浸入钢水的位置到达钢液面下50~ 150mm深度后，由料仓向浸入管内部液渣中加入预恪渣和电石，用于形成良好的泡沫渣，预 熔渣加入量为0. 8~1. 2kg/吨钢，电石加入量为0. 3~0. 7kg/吨钢，分2~3次加入；同 时，在浸入管外部向渣面加入石灰，用于形成不易流动的钢渣，使外部钢渣碱度达到7. 3~ 8. 0。预熔渣具有较低的熔点，同时吸附夹杂物的能力很强，电石有利于形成泡沫渣，浸入管 内部空间比较小，同时有泡沫渣覆盖，抑制钢水的增氮。
[0016] (5)在加入预熔渣及石灰后，降下电极进行升温操作，以达到精炼化渣目的，对浸 入管内部的液渣进行还原操作，保持底吹氩气，氩气流量为〇. 13~0. 26Nm3Ah. t)，并在浸 入管内部液渣面上加入铝线段，进行脱氧还原。在降下浸入管后，底吹氩气仅通过浸入管向 钢液外排出，利于去除钢液中的硫及氧化物夹杂物，氩气对钢液起到保护作用。
[0017] (6)待液渣充分还原且钢水温度达到设定温度后，升起电极，保持底吹氩气流量 4~8min ;其后降低氩气流量至0. 025~0. 050Nm3Ah. t)进行软吹，使渣液面微动而不使 钢水裸露，保持5~7min，升起炉盖。
[0018] (7)将精炼后钢水送至连铸工序进行浇铸，连铸过程中采取保护浇铸，减少钢水增 氮。
[0019] 所述预熔渣主要组分 wt% 为：CaO :40 ~45%，Al203:38 ~42%，Si02:5 ~9%， MgO :4~7%，其它为不可避免的杂质。
[0020] 所述石灰中CaO含量彡90wt %。
[0021] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0022] 1.本发明可以完全达到控制钢水增氮的目的，小尺寸的炉盖减少了钢液与空气接 触的机会，且底吹氩气全部由浸入管内的钢液中排出，与常规LF相比，浸入管内上升的氩 气也起到减少钢液吸氮的作用，达到增氮量不超过〇. 0003 %。
[0023] 2.本发明采用的精炼方法可以有效地减少钢水在处理过程中的温降，与常规LF 精炼相比，温度损失降低约50 %。
[0024] 3.本发明在精炼时，采用预熔渣可以有效地去除钢水中的夹杂物，使夹杂物充分 上浮并被钢渣吸附，提高了钢水的洁净度，预熔渣用量是常规操作的40%，降低成本。
[0025] 4.本发明精炼装置结构简单，易于操作，投资小，不影响其它设备的正常操作，浸 入管可以重复多次使用。
【附图