超低碳搪瓷钢钢水增氮的方法
【专利摘要】本发明属于钢铁冶金【技术领域】，特别涉及一种超低碳搪瓷钢钢水增氮的方法，利用氮气作为提升气体进行脱碳并控制提升气体流量在150-170Nm3/h之间，抽气，使脱碳炉的真空度不大于100Pa；逐渐将提升气体流量提至210-230Nm3/h，脱碳炉真空度不大于1kPa，直至钢水中碳含量不大于20ppm时脱碳期结束；进行脱氧操作，添加合金并控制提升气体流量在160-180Nm3/h或200-220Nm3/h对应区间内，至钢水符合超低碳搪瓷钢成分后破真空。通过控制脱碳与脱氧工艺中氮气的提升气体流量、脱碳炉真空度大小及脱碳时间使得在除碳同时进行增氮，能精确的控制成品氮含量；减少合金的使用，降低成本。
【专利说明】超低碳搪瓷钢钢水增氮的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于钢铁冶金【技术领域】，特别涉及一种超低碳搪瓷钢钢水增氮的方法。
【背景技术】
[0002]氮易与Al、T1、Nb、B等元素结合形成化合物，当氮与B元素结合形成氮化硼时，会无法发挥氮的作用，且增加变形时的裂纹源。因此，对于大多数钢种来说，氮属于有害元素，在冶炼过程中需尽量降低其含量。但是对于超低碳搪瓷钢来说，不仅需要深冲性能，而且为了保证有足够的第二相粒子，满足该钢种的抗爆性要求，需氮与钢中的钛结合形成氮化物，进而需要在冶炼的过程中进行钢水增氮，且需较为精确的控制成品氮含量。
[0003]目前，依据生产工艺的不同可以通过两种方式对钢水进行增氮。其一是合金增氮，采用此种工艺进行增氮作业可以得到稳定的增氮量，但是在添加合金和取样分析钢中氮含量的过程中，随着钢水的循环，钢水中的氮会不断的损失。导致难以准确计算合金的添加量和添加合金后的循环时间，进而难以精确控制成品的氮含量。与此同时，合金的添加亦会增加生产成本。另一种方式为通过RH使用氮气作为提升气体对钢水进行增氮。其运作过程无需添加额外设备，但真空度及提升气体流量对钢水增氮的效果影响很大。另外，还需保证钢水脱碳过程的正常进行及对纯净度方面的要求，需对真空系统进行合适的控制，以便使得增氮作业时间、精炼周期及连铸节奏相匹配。这在实际操作中难以实现，进而使得增氮量不稳定。
[0004]专利号:201110235702.4-—种低成本RH钢水增氮控氮工艺，转炉出钢采用脱氧合金化，出钢过程按钢种目标值加入钒铁合金配钒，钢包炉按正常工艺进行钢水升温、合金微调及深脱硫处理，钢水吊至RH炉后，将RH炉提升气体设置为氮气，流量按照800 ?1200NL/min控制，抽真空处理时间8 ? lOmin，真空结束后进行正常喂线、软吹操作，达到钢中氮含量在80? 120ppm水平。本发明通过部分替代钒氮合金并在精炼阶段用氮气替代氩气，降低了生产成本，但仍未解决增氮作业时间、精炼周期及连铸节奏相匹配的问题。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种超低碳搪瓷钢钢水增氮的方法，以实现在不弱化钢水脱碳效果和对纯净度等方面要求的情况下，稳定成品氮含量，使得增氮作业时间、精炼周期及连铸节奏相匹配。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种超低碳搪瓷钢钢水增氮的方法，将铁水转炉至脱碳炉冶炼，在脱碳期，利用氮气作为提升气体进行脱碳并控制提升气体流量在150-170Nm3/h之间，与此同时控制真空系统抽气，使得所述脱碳炉的真空度不大于IOOPa;在所述脱碳炉的真空度不大于IOOPa后，逐渐提升气体流量至210-230Nm3/h并维持，且在所述提升气体流量达到210-230Nm3/h时控制所述脱碳炉的真空度不大于IkPa ;当所述脱碳炉内的钢水中碳含量不大于20ppm时，控制所述脱碳期结束；添加铝粒进行脱氧操作，然后根据所述超低碳搪瓷钢成分添加合金并控制提升气体流量在160-180Nm3/h或200-220Nm3/h对应的区间内，直至所述脱碳炉内的钢水符合所述超低碳搪瓷钢成分后破真空。
[0007]进一步，所述利用氮气作为提升气体进行脱碳并控制提升气体流量在150-170Nm3/h之间还包括对所述铁水进行测温和定氧操作，并依据测得的数据选择自然脱碳模式或者强制脱氧模式。
[0008]进一步，所述脱碳期对应的时间等于脱碳时间，所述脱碳时间、脱碳期钢水增氮量、脱氧后至破真空时间、脱氧后至破真空增氮量及钢水总增氮量之间的关系由下列公式表示:脱碳期钢水增氮量=脱氮时间*0.93ppm ;所述控制提升气体流量在所述160-180Nm3/h区间时，脱氧后至破真空增氮量=脱氧后至破真空时间*2.5ppm ;所述控制提升气体流量在所述200-220Nm3/h区间时,脱氧后至破真空增氮量=脱氧后至破真空时间*3.3ppm;钢水总增氮量=脱碳期钢水增氮量+脱氧后至破真空增氮量。
[0009]进一步，所述控制所述脱碳炉的真空度不大于IkPa对应的时间为5-8min之间。
[0010]进一步，当所述脱碳炉内的钢水中碳含量不大于20ppm时，控制所述脱碳期结束时所述脱碳炉内的钢水中[O]:800ppm, [C]:0.025-0.04%,所述脱碳炉的温度在1670-1690°C。
[0011]进一步，将所述脱碳炉内的钢水中碳含量降至不大于20ppm对应的时间在15-18min 之间。
[0012]进一步，添加铝粒进行脱氧操作包括脱氧后控制真空泵使得真空度在4_7kPa之间，添加铝粒进行脱氧，并在添加铝粒2min后添加锰铁和钛铁。
[0013]进一步，符合所述超低碳搪瓷钢成分的所述脱碳炉内的钢水中各成分质量百分比为:[C]〈0.003，[Mn]:0.11-0.15, [P]:〈0.012，[S]:0.020-0.030，[Ti]:0.08-0.12，[Al]:
0.020-0.045, [N]:0.0060-0.0120，其余为Fe和不可避免的杂质。
[0014]进一步，所述合金为猛铁和/或钦铁等。
[0015]相对于现有技术，本发明提供的一种超低碳搪瓷钢钢水增氮的方法，通过控制脱碳与脱氧工艺中氮气的提升气体流量、脱碳炉的真空度大小、脱碳炉内的钢水中碳含量及脱碳时间使得在除碳的同时进行增氮，且能精确的控制成品氮含量，具体为在5-8min内将提升气体流量由150-170Nm3/h之间的数值逐渐提升至210-230Nm3/h，真空度降至IOOPa以下，并维持至脱碳炉内的钢水中碳含量不大于20ppm时，使得不影响脱碳的同时进行增氮到特定数值；另外，通过控制真空度大小，利用改变的提升气体流量与适量的合金将钢水增氮至目标值；并且通过设定的脱碳与脱氧工艺中氮气的提升气体流量、脱碳炉的真空度大小及脱碳时间，使得脱碳期钢水增氮量=脱氮时间*0.93ppm ;控制提升气体流量在160-180Nm3/h区间时,脱氧后至破真空增氮量=脱氧后至破真空时间*2.5ppm,;控制提升气体流量在200-220Nm3/h区间时，脱氧后至破真空增氮量=脱氧后至破真空时间*3.3ppm,，实现了精确的控制成品的氮含量；脱碳过程全程只使用氮气作为提升气体进行增氮，不影响除碳的效果；减少了氮合金的使用，降低了生产成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1为本发明实施方式一提供的一种超低碳搪瓷钢钢水增氮的方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0019]实施方式一
[0020]如图1所示，图1为本发明实施方式一提供的一种超低碳搪瓷钢钢水增氮的方法的流程示意图。
[0021]本发明提供的一种超低碳搪瓷钢钢水增氮的方法，包括
[0022]步骤SlO:将铁水转炉至脱碳炉冶炼，在脱碳期，利用氮气作为提升气体进行脱碳并控制提升气体流量在150-170Nm3/h之间，与此同时控制真空系统抽气，使得所述脱碳炉的真空度不大于lOOPa。在本实施例中，将铁水转炉至脱碳炉后，首先对脱碳炉进行测温和定氧的操作，根据测得的温度值和氧含量值确定进行自然脱碳工艺流程或强制吹氧脱碳工艺流程。然后以氮气作为提升气体以便降低钢水中的碳，其中提升气体流量控制在150-170Nm3/h之间，同时将提升气体设置为氮气还可以增加钢水中氮含量。与此同时控制真空系统的真空泵对脱碳炉进行抽真空处理，并使得其真空度不大于lOOPa。
[0023]步骤S20:在所述脱碳炉的真空度不大于IOOPa后，逐渐提升气体流量至210-230Nm3/h并维持，且在所述提升气体流量达到210_230Nm3/h时控制所述脱碳炉的真空度不大于lkPa。在本实施例中，利用氮气作为提升气体进行脱碳处理5-8min，即开启2级泵5-8min，此时脱碳炉的真空度不大于lkPa。在此期间，逐步将提升气体的流量提升至210-230Nm3/h之间的数值，并维持此数值到脱碳工序的结束。
[0024]在本实施例中，继续进行脱碳操作并保持对应210-230Nm3/h的提升气体流量，直至脱碳炉内的钢水中碳含量不大于20ppm时，脱碳期结束对应的钢水中[O]:800ppm, [C]:
0.025-0.04%，脱碳炉的温度在 1670-1690°C。
[0025]步骤S30:当所述脱碳炉内的钢水中碳含量不大于20ppm时，控制所述脱碳期结束。在本实施例中，操作人员可根据经验隔一段时间对脱碳炉内的钢水中碳含量进行检测，直至脱碳炉内的钢水中碳含量不大于20ppm时，结束对脱碳炉内的钢水进行脱碳的工序，
并转至下一工序。 [0026]优选的，在利用氮气作为提升气体进行脱碳处理5-8min，即开启2级泵5_8min后，再进行脱碳工序lOmin，即可使得脱碳炉内的钢水中碳含量不大于20ppm时，结束对脱碳炉内的钢水进行脱碳的工序。
[0027]步骤S40:添加铝粒进行脱氧操作，然后根据所述超低碳搪瓷钢成分添加合金并控制提升气体流量在160-180Nm3/h或200_220Nm3/h对应的区间内，直至所述脱碳炉内的钢水符合所述超低碳搪瓷钢成分后破真空。在本实施例中，整个脱碳工序持续的时间大致在15-18min之间，并且在脱碳工序结束之后进行脱氧工序。即向钢水中加入铝粒，并循环运作2min。在2min后根据所需化学成分的质量百分比为:[C]<0.003，[Mn]:0.11-0.15，[P]:〈0.012，[S]:0.020-0.030, [Ti]:0.08-0.12，[Al]:0.020-0.045，[N]:0.0060-0.0120，其余为Fe和不可避免的杂质的钢水，向钢水中加入锰铁或钛铁等合金。在钢水脱氧后控制真空泵中的4级泵将真空度维持在4-7kPa，同时将提升气体的流量控制在160-180Nm3/h或200-220Nm3/h对应的区间内。并按照下列公式计算通过脱碳工序和脱氧工序后的增氮量:
[0028]脱碳期钢水增氮量=脱氮时间*0.93ppm ；
[0029]控制提升气体流量在所述160-180Nm3/h区间时，脱氧后至破真空增氮量=脱氧后至破真空时间*2.5ppm ；
[0030]控制提升气体流量在所述200-220Nm3/h区间时，脱氧后至破真空增氮量=脱氧后至破真空时间*3.3ppm。[0031]本发明提供的一种超低碳搪瓷钢钢水增氮的方法，控制脱碳与脱氧工艺中氮气的提升气体流量、脱碳炉的真空度大小、脱碳炉内的钢水中碳含量及脱碳时间使得在除碳的同时进行增氮，且能精确的控制成品氮含量，具体为在5-8min内将提升气体流量由150-170Nm3/h之间的数值，真空度降至IOOPa以下，随后逐渐提升至210_230Nm3/h，真空度维持在IkPa以下，，并维持至脱碳炉内的钢水中碳含量不大于20ppm时，使得不影响脱碳的同时进行增氮到特定数值；另外，通过控制真空度大小，利用改变的提升气体流量与适量的合金将钢水增氮至目标值；并且通过设定的脱碳与脱氧工艺中氮气的提升气体流量、脱碳炉的真空度大小及脱碳时间，使得脱碳期钢水增氮量=脱氮时间*0.93ppm ;控制提升气体流量在所述160-180Nm3/h区间时,脱氧后至破真空增氮量=脱氧后至破真空时间*2.5ppm ；控制提升气体流量在所述200-220Nm3/h区间时，脱氧后至破真空增氮量=脱氧后至破真空时间*3.3ppm，实现了精确的控制成品的氮含量；脱碳过程全程只使用氮气作为提升气体进行增氮，不影响除碳的效果；减少了氮合金的使用，降低了生产成本。
[0032]实施方式二
[0033]下面通过6次超低碳搪瓷钢钢水冶炼的冶炼实例，对本发明的技术方案做进一步的说明。
[0034]脱碳期间对真空系统的控制为:利用真空泵的2级泵抽气，使得脱碳炉的真空度在IOOPa以下，并进行脱碳5-8min之间，此时脱碳炉的真空度不大于lkPa。同时向脱碳炉输入提升气体氮气，且提升气体流量为150-170Nm3/h。在进行脱碳的5_8min之间，将提升气体流量逐渐提至210-230Nm3/h之间。整个脱碳时间大致为15_18min，维持此提升气体流量210-230Nm3/h的水平至脱碳结束，此时脱碳炉内的钢水中碳含量不大于20ppm。
[0035]脱碳工艺结束后，通过添加铝粒进行脱氧工序。并在添加铝粒循环两分钟后以化学成分的质量百分比为:[C]〈0.003，[Mn]:0.11-0.15, [P]:〈0.012，[S]:0.020-0.030,[Ti]:0.08-0.12, [Al]:0.020-0.045，[N]:0.0060-0.0120，其余为 Fe 和不可避免的杂质的钢水为标准，按照该标准补足锰铁或钛铁。脱氧工序开始后，控制真空系统关闭1-3级真空泵，使用4级和5级真空泵，使得真空度控制在4-7kPa。表1和表2为6次超低碳搪瓷钢钢水冶炼的脱碳和脱氧过程参数。
[0036]表1为6次超低碳搪瓷钢钢水冶炼的脱碳过程
[0037]
【权利要求】
1.一种超低碳搪瓷钢钢水增氮的方法，其特征在于， 将铁水转炉至脱碳炉冶炼，在脱碳期，利用氮气作为提升气体进行脱碳并控制提升气体流量在150-170NmVh之间，与此同时控制真空系统抽气，使得所述脱碳炉的真空度不大于100Pa ； 在所述脱碳炉的真空度不大于IOOPa后，逐渐提升气体流量至210-230Nm3/h并维持，且在所述提升气体流量达到210-230Nm3/h时控制所述脱碳炉的真空度不大于IkPa ； 当所述脱碳炉内的钢水中碳含量不大于20ppm时，控制所述脱碳期结束； 添加铝粒进行脱氧操作，然后根据所述超低碳搪瓷钢成分添加合金并控制提升气体流量在160-180Nm3/h或200_220Nm3/h对应的区间内，直至所述脱碳炉内的钢水符合所述超低碳搪瓷钢成分后破真空。
2.如权利要求1所述的超低碳搪瓷钢钢水增氮的方法，其特征在于，所述利用氮气作为提升气体进行脱碳并控制提升气体流量在150-170Nm3/h之间还包括对所述铁水进行测温和定氧操作，并依据测得的数据选择自然脱碳模式或者强制脱氧模式。
3.如权利要求1所述的超低碳搪瓷钢钢水增氮的方法，其特征在于，所述脱碳期对应的时间等于脱碳时间，所述脱碳时间、脱碳期钢水增氮量、脱氧后至破真空时间、脱氧后至破真空增氮量及钢水总增氮量之间的关系由下列公式表示: 脱碳期钢水增氮量=脱氮时间*0.93ppm ； 所述控制提升气体流量在所述160-180Nm3/h区间时，脱氧后至破真空增氮量=脱氧后至破真空时间*2.5ppm ； 所述控制提升气体流量在所述200-220Nm3/h区间时，脱氧后至破真空增氮量=脱氧后至破真空时间*3.3ppm; 钢水总增氮量=脱碳期钢水增氮量+脱氧后至破真空增氮量。
4.如权利要求1至3任一项所述的超低碳搪瓷钢钢水增氮的方法，其特征在于，所述控制所述脱碳炉的真空度不大于IkPa对应的时间为5-8min之间。
5.如权利要求4所述的超低碳搪瓷钢钢水增氮的方法，其特征在于，当所述脱碳炉内的钢水中碳含量不大于20ppm时，控制所述脱碳期结束时所述脱碳炉内的钢水中[O]:800ppm, [C]:0.025-0.04%，所述脱碳炉的温度在 1670_1690°C。
6.如权利要求5所述的超低碳搪瓷钢钢水增氮的方法，其特征在于，将所述脱碳炉内的钢水中碳含量降至不大于20ppm对应的时间在15-18min之间。
7.如权利要求4所述的超低碳搪瓷钢钢水增氮的方法，其特征在于，添加铝粒进行脱氧操作包括脱氧后控制真空泵使得真空度在4-7kPa之间，添加铝粒进行脱氧，并在添加铝粒2min后添加猛铁和钦铁。
8.如权利要求7所述的超低碳搪瓷钢钢水增氮的方法，其特征在于，符合所述超低碳搪瓷钢成分的所述脱碳炉内的钢水中各成分质量百分比为:[C]〈0.003，[Mn]:0.11-0.15, [P]:<0.012, [S]:0.020-0.030，[Ti]:0.08-0.12，[Al]:0.020-0.045，[N]:0.0060-0.0120，其余为Fe和不可避免的杂质。
9.如权利要求8所述的超低碳搪瓷钢钢水增氮的方法，其特征在于，所述合金为锰铁和/或钛铁。
【文档编号】C21C7/06GK103911490SQ201410136827
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年4月4日 优先权日:2014年4月4日
【发明者】李一丁, 季晨曦, 崔阳, 王志鹏, 田志红, 赵长亮, 黄财德, 刘再旺, 曾智 申请人:首钢总公司