一种高铝高钒板坯N含量的控制方法与流程

本发明涉及高铝高钒钢冶炼技术领域，尤其涉及一种高铝高钒板坯n含量的控制方法。

背景技术：

对于以汽车面板为代表的高级别钢种氮是一种有害元素，它会使钢的塑性和冲击韧性降低，且与磷一样能引起钢的冷脆；同时氮还会与钢中的钛、铝等元素形成氮化物夹杂，引起钢的表面质量恶化，降低成材率。随着对钢材质量要求的日益提高，如何将钢中氮含量控制得更低，成为关注的焦点之一。以汽车面板为代表的高级别钢种一般要求成品氮含量在30×10^-6以下。西昌炼钢厂生产以汽车面板为代表的高级别钢种采用ld-lf-rh-cc工艺流程，由于采用半钢炼钢，半钢中初始碳含量较低，转炉脱氮较其他钢厂难度大，且工艺流程中多了一道lf工序，增加了钢水吸氮的机率，同时，rh及连铸浇钢过程增氮量较高。氮含量控制水平问题已经成为制约研发生产以汽车面板为代表的高级别钢种瓶颈，并成为综合利用攀西地区钒钛资源的重要制约因素。

攀西地区的钒钛磁铁矿是一种以铁为主，钛、钒、铬等多金属元素共生的复合矿。该钛磁铁矿现采用高炉炼铁-转炉提钒工艺。现工艺仅回收利用了铁和钒，大量的钛由于进入高炉渣且含量低(渣中tio2含量22％左右)。西昌钢钒公司的矿石原料采用的是钒钛磁铁矿，冶炼出的铁水中富含大量的钒元素，铁水经过提钒工艺后，钒以钒渣的形式脱除后进入钒制品工序回收利用，剩下的称为“半钢”；而西昌钢钒炼钢厂转炉原料采用“半钢”冶炼，其显著特点为冶炼热源不足：经提钒工艺后铁水中的硅元素被完全氧化；为保证钒渣品位，提钒转炉在吹氧的同时加入大量的冷却剂控制炉内温度，造成半钢中碳含量低。经数据统计表明：半钢中氮含量基本稳定平均为41×10^-6；转炉冶炼吹氧开始后钢水中氮含量开始下降，到拉碳时钢水中氮含量达到最低，拉碳到冶炼终点钢水均出现不同程度的吸氮。统计发现入炉到拉碳转炉平均脱氮率能达到75.4％，入炉到终点脱氮率降低到57.8％，拉碳时钢水平均氮仅为11×10^-6，终点钢水平均氮则达到了17×10^-6以上。可见拉碳时钢水氮含量处于较低的水平，拉碳到转炉终点钢水吸氮较为严重。半钢冶炼以汽车面板为代表的高级别钢种与国内其他厂比较，受半钢入炉热源的影响，转炉终点温度不足，易造成终点钢水过氧化导致终点钢水氮含量偏高。因此，为了提高高强高铝高钒钢的应用，提供一种有效降低n含量的方法是十分必要的。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题在于提供一种高铝高钒板坯n含量的控制方法，本申请提供的方法能够实现n含量的有效降低。

有鉴于此，本申请提供了一种高铝高钒板坯n含量的控制方法，包括依次进行的ld-lf-rh-cc，包括以下步骤：

在ld阶段：在高铝高钒钢冶炼中采用底吹供气模式，吹炼后期采用低枪位操作，在冶炼后期加入炉渣发泡剂；

在rh阶段：真空室本体与浸入管对接焊接后采用渗透法进行探伤并焊补，所述浸入管寿命≤50次；

在cc阶段：采用双氩封长水口浇注。

优选的，所述底吹供气模式中的底吹供气强度＞0.03m³/(min·t)钢；所述底吹供气模式中的气体为氩气。

优选的，在ld阶段，废钢消耗量≤40kg/t高铝高钒钢；终点碳为0.04％～0.05％。

优选的，在rh阶段，采用海绵钛合金进行钛合金化。

优选的，在cc阶段，中间包外设置有氩气保护管路，且所述氩气保护管路外部设置有纤维密封圈。

优选的，在cc阶段，中间包内优化了中间包流场以使中间包的钢液表面的最大流速为0.158m/s。

优选的，所述ld阶段完成后，钢水氮含量由平均19×10^-6降低到小于13×10^-6。

优选的，所述rh阶段完成后，钢水氮含量由平均6×10^-6以上降低到小于2×10^-6。

优选的，所述高铝高强板坯的成分具体为：0.33～0.35wt％的c，0.50～0.70wt％的si，1.70～1.90wt％的mn，0.20～0.28wt％的cr，0.030～0.040wt％的nb，0.15～0.17wt％的v，0.0015～0.0030wt％的b，0.50～0.60wt％的als，余量为fe。

本申请提供了一种高铝高钒板坯n含量的控制方法，包括依次进行的ld-lf-rh-cc，在上述ld阶段、rh阶段以及cc阶段严格控制n的引入，而使得最终制备的高铝高钒板坯n含量较低；经过工业生产，本申请生产的高铝高钒板坯n含量≤40ppm。

附图说明

图1为cc阶段中间包吹氩系统结构示意图；

图2为cc阶段原稳流器的中间包1/4内腔结构示意图；

图3为cc阶段本申请稳流器的中间包1/4内腔结构示意图；

图4为cc阶段改进前长水口碗部结构示意图；

图5为cc阶段改进后长水口碗部结构示意图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

高强高铝高钒板坯n含量的控制方法可广泛使用于国内的钢铁企业，在生产以汽车面板为代表的高级别钢种，通过对转炉终点氮含量偏高、出钢及精炼结束至中包钢液增氮严重的问题开展了系统地研究，在调查分析炼钢过程钢水氮含量变化规律的基础上，通过半钢冶炼以汽车面板为代表的高级别钢种氮含量控制技术应用，有效减少了以汽车面板为代表的高级别钢种转炉终点氮及过程增氮，降低了成品氮含量，提高了以汽车面板为代表的高级别钢种氮含量整体控制水平，确保了以汽车面板为代表的高级别钢种、电工钢、超低碳深冲钢、加磷高强if钢、bh烘烤硬化钢等品种钢的质量稳定性，为低氮品种钢的生产提供了技术保障。该技术改进或工艺对钢铁工业、采用半钢冶炼(双联法)的厂家生产以汽车面板为代表的高级别钢种提供了解决方案。本发明实施例公开了一种高铝高钒板坯n含量的控制方法，包括依次进行的ld-lf-rh-cc，包括以下步骤：

在ld阶段：在高铝高钒钢冶炼中采用底吹供气模式，吹炼后期采用低枪位操作，在冶炼后期加入炉渣发泡剂；

在rh阶段：真空室本体与浸入管对接焊接后采用渗透法进行探伤并焊补，所述浸入管寿命≤50次；

在cc阶段：采用双氩封长水口浇注。

对于用于汽车面板的高铝高钒钢板坯，要求n含量较低，该板坯的生产工艺包括依次进行的ld-lf-rh-cc；在下述说明中，仅对上述步骤中的改进之处进行了说明，而未改进之处还按照本领域常规技术手段进行即可。

按照本发明，在ld阶段，目前炼钢转炉阶段均采用顶部吹氧气，在本申请中引入了底吹供气模式，实现顶底复吹的方式，提高了吹炼过程中钢水的均匀性，防止过氧化，降低钢中的氧；对于本申请的高铝高钒钢种，低吹供气模式在吹炼全程一律选择氩气，防止和减少吹炼时增氮；底吹供气强度＞0.03m³/(min·t)钢。

在此阶段中，严格控制废钢消耗量≤40kg/t高铝高钒钢；同时加强转终点控制，吹炼后期采用低枪位操作，有利于减少吹炼时钢水过吹或转炉熔池顶部钢水温度局部偏高，减少钢水吸氮。钢中氮的溶解度随着温度的升高而增大，温度越高，氮的分压越大；半钢冶炼时，由于硅、锰等发热元素为痕量，初期炉内反应即以碳氧反应为主，但反应不剧烈，温度不高；冶炼中期，碳氧反应剧烈进行，反应产生的大量co气泡大大的降低了氮气的分压，降低了氮与钢液接触的几率；当达到吹炼末期时，炉内脱碳速度降低，炉内分压小于炉外，使得空气侵入炉内，增大了炉内氮气分压，此时炉内增氮速度大于脱氮速度，加之炉内温度也高，因此吹炼末期是氮溶解度最高的时期，只要钢水与空气接触就极易从空气中吸氮，而低枪位吹炼可以有效避免钢水吸氮；同时低枪位吹炼还可以提高一次拉碳命中率，减少补吹，避免深吹，终点碳为0.04％～0.06％。在冶炼后期加入炉渣发泡剂，促进冶炼后期脱氮，减少拉碳到重点钢水增氮。本申请中转炉吹炼期吹炼期(氧枪顶吹氧气转炉炉底吹氩气持续时间段)平均约13分钟左右，吹炼后期指顶底复吹持续吹炼至9～13分钟此时间段；炼钢转炉冶炼周期系指炼钢转炉兑铁开始至转炉出钢结束，而冶炼后期主要指转炉吹炼结束出钢开始至出钢结束此时间段；上述吹炼后期以及冶炼后期均为本领域技术人员熟知的时间段，对此本申请不进行特别的限制。

对于以汽车面板为代表的高级别钢种高强高铝高钒钢冶炼技术经过ld阶段的控制，转炉终点钢水氮含量由平均19×10^-6降低到小于13×10^-6，且波动范围更小，控制更为稳定。

在rh阶段，本申请主要针对该过程增氮的控制，即对真空室本体与浸入管对接焊接后采用渗透法进行探伤并焊补，以消除焊接缺陷，提高焊接质量，减少钢水处理时增氮。所述浸入管寿命≤50次，以实现钢水增氮量的控制。本申请采用低氮的海绵钛合金进行钛合金化，以减少n的引入。

在rh阶段增氮量由平均6×10^-6以上降低到2×10^-6以内，增氮量稳定控制到2×10^-6以下，波动范围更小。

在cc阶段本申请主要对连铸过程保护浇注效果不佳进行改进。该阶段主要采用双氩封长水口浇注，以减少钢水浇注过程与空气接触几率，尽可能减少浇注时钢水吸氮；所述双氩封长水口浇注具体为：长水口与钢包下水口是啮合连接方式，实际生产中两者之间总存在一定缝隙，当大包钢水经长水口高速流向中包，会在长水口入口端形成一定的负压，使得接缝处的空气大量吸入长水口内，不断造成钢水增氮；现有技术中的部分钢厂通过采用长水口配合密封圈进行保护浇注的方式能将钢液大包到中包增氮控制在3×10^-6以内，申请人采用同样的方式进行保护浇注增氮量却在7×10^-6以上，可见大包下水口与长水口密封性能相对较差，有必要对长水口结构进行研究和优化。

针对大包到中包钢液增氮的问题，对连铸用长水口进行了重新设计，改进前后长水口碗部结构分别如图4、5所示；新设计的长水口主要是改变了碗部设计，其碗部内侧由不同锥度的两个接触面组成，下半部分锥度与钢包下水口锥度一致，上半部分锥度略大，同时增加了一道吹氩环。对比图4和图5可知，改进前的长水口碗部与钢包下水口接触部位为线接触，而改进后的长水口碗部结构中与大包下水口接触部位为面接触，减少了水口套歪的可能性，从而改善了大包下水口与上水口接触时的密封性能；其次，改进后的长水口除了在碗口有吹氩保护外，在距碗口下约30mm处有一环缝氩气室，吹氩后可在此处再形成一氩气室，起到双层氩气保护浇注的作用；该设计同时还解决了清理残钢、溢钢时堵塞氩封口造成局部氩封效果差的问题。

本申请还对中间包流场进行了改进以使中间包的钢液表面的最大流速为0.158m/s；具体为：浇铸过程中，中间包内分为钢水、中包覆盖剂、空气三层分布结构，覆盖剂熔化后覆盖在钢水表面，主要作用是隔绝空气防止钢水二次氧化及增氮。实际生产过程中，流入中间包的高速钢水经稳流器后形成部分上升湍流，容易冲开覆盖剂的保护层，造成长水口周围的钢水裸露，裸露钢水与空气直接接触，造成中包内钢水增氮。为了减少中间包的液面翻卷，本申请采用了新的稳流器，两种稳流器的中间包内腔结构如图2、3所示，由于中间包结构的对称性，只对1/4的中间包进行了模拟，图2、2显示的是1/4的中间包内腔结构。使用两种稳流器时，中间包液面、包壁等位置的流速对比情况；计算条件为：中包液位高度1200mm，钢通量5.56t/min，大包长水口插入深度200mm。由计算结果可以看出，原稳流器内部纵断面形状由几段折线和圆弧组成，过渡比较平滑，出口边缘的尺寸较小，钢液注流在稳流器内的动能衰减较小，再加上其出口面积小于新稳流器，因此稳流器出口钢液流股的流速较快。而原稳流器的高度较高，稳流器出口到液面的距离较短，钢液在流向液面的过程中衰减也较小，这使得使用原稳流器时的钢液表面流速大于新稳流器；使用原稳流器时钢液表面的最大流速为0.232m/s，而使用新稳流器时钢液表面的最大流速为0.158m/s，这对于减少液面翻卷是十分有利的。使用两种稳流器时不同粒径的夹杂物上浮率的对比情况，模拟的夹杂物为密度3000kg/m³的球形夹杂物，夹杂物由大包长水口加入中间包内。由计算结果可以看出，使用新稳流器时各粒径的夹杂物上浮率都要高于原稳流器。由数值模拟的结果可以看出，新稳流器在减少钢液表面翻卷上优于原稳流器，且有利于促进夹杂物上浮排除。

本申请进一步在中间包外设置氩气保护管路，且所述氩气保护管路外部设置有纤维密封圈；所述氩气保护管路具体如图1、图2所示；铸机(cc)开始浇钢前通过向中间包内吹氩置换其中的氧气和氮气，可以显著降低开浇过程中钢水的二次氧化及增氮。在原中间包包盖基础上，在塞棒孔a盖、注流孔b盖、塞棒孔c盖上分别开孔，布设氩气管路(如图1所示)，浇铸过程中通过向中间包内吹氩，在中间包钢水上方形成氩气保护氛围，从而达到增强中间包保护浇注的功能。

本申请提供的高铝高钒板坯n含量的控制方法针对的板坯的成分具体为：0.33～0.35wt％的c，0.50～0.70wt％的si，1.70～1.90wt％的mn，0.20～0.28wt％的cr，0.030～0.040wt％的nb，0.15～0.17wt％的v，0.0015～0.0030wt％的b，0.50～0.60wt％的als，余量为fe；在具体实施例中，所述高铝高钒板坯具体为34mnb5v。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的高铝高钒板坯n含量的控制方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

本申请高铝高钒板坯n含量的控制方法得以广泛应用，特别是对拟试制或生产以汽车面板为代表的高级别钢种的钢厂，实现批量生产高级别钢种，实现低成本生产，提供了有效地解决方法。下面以实施例的形式进一步说明，以下实施例中板坯的生产包括依次进行的ld-lf-rh-cc工艺流程，上述工艺流程仅说明了n控制的具体区别点，其他部分与现有工艺流程无异；

实施例1

攀钢集团西昌钢钒有限公司炼钢厂冶炼高强高铝高钒钢(34mnb5v)，转炉半钢230吨，加入11吨清洁废钢，顶低复吹模式吹炼，全程底吹供气模式的气体选用氩气，一次拉碳命中，终点碳0.06％，终点氧421ppm，终点温度1684℃，出钢脱氧合金化后钢包渣面加入炉渣发泡剂(caco3)150kg；

lf工序钢水加热升温、成分微调及生产节奏调整以使合金成分满足钢种需求，钢水进lf温度1611℃，离站温度1600℃，钢水lf离站取氮样分析；

钢水rh工序中先对真空室本体与浸入管对接焊接后采用渗透法进行探伤并焊补，再主要进行脱气及合金成分微调处理，处理时长约20分钟，rh离站氮约30ppm；

cc阶段采用双氩封长水口浇注，且优化中间包流场使中间包的钢液表面的最大流速为0.158m/s，钢水上铸机保护浇注，钢水中间包注入钢水前充入氩气保护，钢包钢水注入中间包约40吨时钢水开浇，钢水浇注全程均实现保护浇注，成品氮40ppm，实现绿色低能生产，使用该方法环保实施效果好。

实施例2

攀钢集团西昌钢钒有限公司炼钢厂冶炼高强高铝高钒钢(34mnb5v)，转炉半钢230吨，加入10.7吨清洁废钢，顶低复吹模式吹炼，全程底吹供气模式的气体选用氩气，一次拉碳命中，终点碳0.057％，终点氧334ppm，终点温度1641℃，出钢脱氧合金化后钢包渣面加入炉渣发泡剂150kg；

lf工序钢水加热升温、成分微调及生产节奏调整以使合金成分满足钢种需求，钢水进lf温度1570℃，离站温度1617℃，钢水lf离站取氮样分析；

钢水rh工序中先对真空室本体与浸入管对接焊接后采用渗透法进行探伤并焊补，再主要进行脱气及合金成分微调处理，处理时长约17分钟，rh离站氮约30ppm；

cc阶段采用双氩封长水口浇注，且优化中间包流场使中间包的钢液表面的最大流速为0.158m/s，铸机上铸机保护浇注，钢水中间包注入钢水前充入氩气保护，钢包钢水注入中间包约40吨时钢水开浇，钢水浇注全程均实现保护浇注，成品氮34ppm，实现绿色低能生产，使用该方法环保实施效果好。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。