Lf爐精煉低氮鋼的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種LF爐精煉低氮鋼的方法，所述LF爐采用空心石墨電極；所述精煉過程中，經(jīng)空心石墨電極的中心孔向鋼包全程吹入氬氣，同時配合底吹氬氣攪拌鋼液。本方法通過將傳統(tǒng)LF的實心石墨電極更換為空心石墨電極，在冶煉過程中，氬氣流經(jīng)空心石墨電極，在鋼渣表面形成惰性保護氣氛，減少鋼液增氮；同時配合LF精煉爐的底吹氬攪拌，利用氬氣泡構(gòu)成的真空室對鋼液脫氮。尤其是氬氣流經(jīng)特定中孔尺寸的石墨電極，通過調(diào)節(jié)載氣量的大小與穩(wěn)定性，能更有效的在鋼渣表面形成惰性保護氣氛，更有效的減少鋼液增氮。本方法中的LF爐主體設(shè)備不需改造，只需更換電極、連接氣源裝置和增加載氣控制系統(tǒng)，設(shè)備改造費用低，運行可靠，可實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】LF爐精煉低氮鋼的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煉鋼精煉【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種LF爐精煉低氮鋼的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]LF具備升溫、脫硫和合金化等功能，鋼鐵冶金過程中重要的爐外精煉手段之一，由于其精煉功能強大，冶煉周期靈活，是煉鋼與連鑄的有效緩沖環(huán)節(jié)。目前90%以上的鋼種需要經(jīng)過LF進行精煉。由于LF采用電極埋弧加熱，加熱時電弧的最高溫度可大6000°C。在電弧產(chǎn)生初期，電弧擊穿渣層，將空氣中的氮氣離解成活性氮原子；同時，電弧區(qū)的鋼液由于電弧的加熱，溫度可超過2300°C，高于氮在鋼液中的溶解反應(yīng)溫度(2130°C)，在氮分壓一定的條件下，增加了鋼液中氮的溶解度，導(dǎo)致了鋼液的增氮。有文獻稱，LF精煉過程平均增氮量最高可達0.009%。因此，控制LF過程電弧電離空氣增氮是生產(chǎn)低氮鋼的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
[0003]針對精煉過程鋼液的增氮問題，目前生產(chǎn)低氮鋼的主要手段有:(1)采用微正壓和埋弧操作；(2)優(yōu)化造渣工藝，縮短泡沫渣成渣時間；(3)避免鋼液裸露；(4)借助二次精煉中的RH或VD工藝來脫氮。上述四種方法均不能從根本上解決電弧電離空氣中的氮氣導(dǎo)致的增氮問題，只能對增氮問題有所減輕。
[0004]申請?zhí)?00910244373.2提供了一種用于控制低碳鋼中氮含量的冶煉方法，該方法的冶煉工藝路線為“鐵水脫硫預(yù)處理-轉(zhuǎn)爐冶煉-LF爐精煉-RH真空精煉-板坯連鑄”，采用二次精煉的方式來控制鋼液中的氮含量。具體的精煉步驟是:在LF爐精煉采用埋弧操作，控制一次加熱時間I~15min，減少增氮；RH真空處理提升氬氣流量，延長真空時間和降低真空度，強化 脫氮。該方法可將鋼中的氮含量脫除到30ppm以下。該方法是減少通電時間，并不能根本解決LF過程的增氮問題；并且采用了二次精煉，增加了煉鋼工序的生產(chǎn)成本。
[0005]上海大學(xué)博士孫銘山學(xué)位論文“外場作用下強化鋼液脫氮、脫氧的研究”在實驗室鑰絲爐上，研究真空條件下，利用氫氣形成的氫直流輝光等離子體對鋼液進行脫氮，其機理是利用氫直流輝光等離子體中的活性氫粒子將鋼液中的氮元素經(jīng)碰撞生成氨氣，排出鋼液。其結(jié)果表明，氫直流輝光等離子體對鋼液脫氮有明顯的強化作用。此工藝可導(dǎo)致鋼水增氫現(xiàn)象，且LF精煉爐無法產(chǎn)生直流輝光；考慮到H對鋼材質(zhì)量和力學(xué)性能的不良影響和設(shè)備限制因素，該方法僅限于實驗室研究，很難在實際生產(chǎn)中獲得應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能有效減少鋼液增氮，且工藝簡單、成本低的LF爐精煉低氮鋼的方法。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:所述LF爐采用空心石墨電極；所述精煉過程中，經(jīng)空心石墨電極的中心孔向鋼包全程吹入氬氣，同時配合底吹氬氣攪拌鋼液。
[0008]本發(fā)明所述空心石墨電極中心孔直徑為9~20mm。[0009]本發(fā)明所述LF爐采用三根空心石墨電極，每根空心石墨電極的吹氬強度為0.3~15NL.mirT1.t_S同時配合底吹強度為0.5~15NL.mirT1.t—1的氬攪拌。
[0010]進一步的，本發(fā)明采用下述步驟:(1)鋼包到達LF的工作位后，每根空心石墨電極的吹氬強度控制在0.3~3NL.mirT1.t_\電極加熱前取樣，底吹氬強度為0.5~2NL.mirT1.t_1 ；
(2)加入造渣用料，將空心石墨電極插入鋼液面與渣面之間，接通電源使電極起弧，電弧穩(wěn)定后，降低每根空心石墨電極的吹IS強度至0.1~INL.mirT1.if1,控制精煉氣氛為惰性氣氛，底吹氬強度為0.5~IONL.mirT1.t_\化渣；
(3)化渣結(jié)束后，升起空心石墨電極，控制每根空心石墨電極的吹氬強度在0.3~3NL.mirT1.t_S底吹氬強度調(diào)至5~15NL.mirT1.t_S利用氬氣產(chǎn)生的氣泡翻攪鋼液；
(4)測溫、取樣，底吹氬強度控制在0.5~2NL ^irT1.t_S每根空心石墨電極的吹氬強度控制在0.3~3NL.mirT1.t_\至精煉結(jié)束。
[0011]更進一步的，所述步驟(1)中，LF的進站溫度為1570~1630°C。
[0012]更進一步的，所述步驟(2)中,化洛時間3~8min。
[0013]更進一步的，所述步驟(3)中,氣泡翻攪鋼液3~lOmin。
[0014]更進一步的，所述步驟(2)中的造渣用料為低氮渣料。 [0015]更進一步的，所述步驟(4)精煉結(jié)束后，空心石墨電極抬起過程中，控制每根空心石墨電極的吹IS強度在0.3~3NL.mirT1.t'
[0016]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:本發(fā)明通過將傳統(tǒng)LF的實心石墨電極更換為空心石墨電極，在冶煉過程中，氬氣流經(jīng)空心石墨電極，在鋼渣表面形成惰性保護氣氛，減少鋼液增氮；同時配合LF精煉爐的底吹氬攪拌，利用氬氣泡構(gòu)成的真空室對鋼液脫氮。尤其是氬氣流經(jīng)特定中孔尺寸的石墨電極，通過調(diào)節(jié)載氣量的大小與穩(wěn)定性，能更有效的在鋼渣表面形成惰性保護氣氛，更有效的減少鋼液增氮。
[0017]本發(fā)明中的LF爐主體設(shè)備不需要改造，只需要更換中空電極、連接氣源裝置和增加載氣控制系統(tǒng)，設(shè)備改造費用低，運行可靠，可實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
[0018]本發(fā)明利用氬氣惰性保護氣氛和氬氣泡構(gòu)成的真空室脫氮，可將鋼液氮含量控制到30ppm以下。采用本發(fā)明方法冶煉低氮鋼，可部分取代RH或VD的脫氮功能，減少煉鋼工序,節(jié)約生產(chǎn)成本。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0020]實施例1:本LF爐精煉低氮鋼的方法采用下述具體工藝步驟。
[0021]冶煉鋼種為SS400 (SS400是日本鋼材材質(zhì)的一種標示方式，指抗拉強度大于400MPa的一般結(jié)構(gòu)用鋼，標準號為JIS G3101)。
[0022](I)LF爐為三相交流電源供電，使用三根中心孔直徑為15mm的空心石墨電極，電極電源采用低壓大電流三相交流電源；LF進站溫度1578°C，氮含量0.0025wt% ;鋼包到達工作位后，每根空心石墨電極中吹氬強度控制在每噸鋼2.3NL ^irT1 (標準升每分鐘)，電極加熱前進行取樣，底吹IS強度為每噸鋼INL.mirT1。
[0023]( 2 )加入低氮造渣用料，將空心石墨電極插入鋼液面與渣面之間，接通電源使電極起弧，電弧穩(wěn)定后，降低每根空心石墨電極的吹氬強度至每噸鋼0.5NL.min—1，底吹氬強度為每噸鋼2NL.mirT1，化渣時間4min。
[0024](3)化渣結(jié)束后，升起石墨電極，每根空心石墨電極中的吹氬強度控制在每噸鋼2NL ?mirT1，底吹氬強度調(diào)至每噸鋼13NL ?mirT1，利用大氬氣量產(chǎn)生的氣泡來翻攪鋼液以達到真空室脫氮的目的，翻攪時間控制在4min。
[0025](4)測溫、取樣，底吹氬強度控制在每噸鋼0.6NL每根空心石墨電極中的氬氣流量控制在每噸鋼0.3NL 至精煉結(jié)束。精煉結(jié)束后，空心石墨電極抬起過程中，控制每根空心石墨電極的吹氬強度在0.6NL ^mirT1.t_\從而始終保持精煉氣氛為惰性氣氛。
[0026]本實施例的脫氮效果為:LF進站鋼液中N含量為0.0025wt%,出站鋼液中N含量為
0.0024wt%o
[0027]實施例2:本LF爐精煉低氮鋼的方法采用下述具體工藝步驟。
[0028](I)冶煉鋼種為Q235B碳素鋼，LF進站溫度1585°C，氮含量0.0021wt%。LF爐采用三根中心孔直徑為18_的空心石墨電極，鋼包到達工作位后，每根空心石墨電極中吹氬強度控制在1.3NL.mirT1.t_\電極加熱前進行取樣，底吹氬強度為0.8NL.mirT1.t'
[0029](2)加入造渣用料，將空心石墨電極插入鋼液面與渣面之間，接通電源使電極起弧，電弧穩(wěn)定后，降低每根空心石墨電極的吹氬強度至0.1NL.mirT1.t—1，底吹氬強度為
1.2NL.mirT1.if1,化禮:時間 6min。 [0030](3)化渣結(jié)束后，升起空心石墨電極，每根空心石墨電極中的吹氬強度控制在1.5NL ?mirT1.t_\底吹氬強度調(diào)至IONI^mirT1.t_\利用大氬氣量產(chǎn)生的氣泡達到真空室脫氮的目的，大翻時間控制在3min。
[0031](4)測溫、取樣，底吹氬強度控制在0.9NL ^mirT1.t_S每根空心石墨電極中的吹氬強度控制在1.5NL.mirT1.t_S至精煉結(jié)束。精煉結(jié)束后，空心石墨電極抬起過程中，控制每根空心石墨電極的吹氬強度在1.5NL.mirT1.t_\從而始終保持精煉氣氛為惰性氣氛。
[0032]本實施例的脫氮效果為:LF進站鋼液中N含量為0.0021wt%,出站鋼液中N含量為
0.0021wt%o
[0033]實施例3:本LF爐精煉低氮鋼的方法采用下述具體工藝步驟。
[0034](I)冶煉鋼種為C380CL，LF進站溫度1580°C，氮含量0.0025wt%。LF爐采用三根中心孔直徑為12_的空心石墨電極，鋼包到達工作位后，每根空心石墨電極中吹氬強度控制在2.1NL.mirT1.t_\電極加熱前進行取樣，底吹氬強度為0.8NL.mirT1.t'
[0035](2)加入造渣用料，將空心石墨電極插入鋼液面與渣面之間，接通電源使電極起弧，電弧穩(wěn)定后，降低每根電極的吹氬強度至0.3NL.min-1.t—1，底吹氬強度為
1.2NL.mirT1.if1,化禮:時間 8min。
[0036](3)化渣結(jié)束后，升起石墨電極，每根電極中的吹氬強度控制在SNL^mirT1 ?t—1，底吹氬強度調(diào)至12NL.mirT1.t_\利用大氬氣量產(chǎn)生的氣泡達到真空室脫氮的目的，大翻時間控制在6min。
[0037](4)測溫、取樣，底吹氬強度控制在0.8NL ^mirT1.t_S每根電極中的吹氬強度控制在1.3NL.mirT1.t_\至精煉結(jié)束。精煉結(jié)束后，空心石墨電極抬起過程中，控制每根空心石墨電極的吹氬強度在1.3NL.mirT1.t'
[0038]本實施例的脫氮效果為:LF進站鋼液中N含量為0.0025wt%,出站鋼液中N含量為0.0022wt%o
[0039]實施例4:本LF爐精煉低氮鋼的方法采用下述具體工藝步驟。
[0040](I)冶煉鋼種為SPHD，LF進站溫度1581°C，氮含量0.0021wt%。LF爐采用三根中心孔直徑為9_的空心石墨電極，鋼包到達工作位后，每根空心石墨電極中吹氬強度控制在2.5NL.min-1.t-1電極加熱前進行取樣，底吹氬強度為1.1NL.min-1.t-1[0041](2)加入造渣用料，將空心石墨電極插入鋼液面與渣面之間，接通電源使電極起弧，電弧穩(wěn)定后，降低每根電極的吹氬強度至INI.min-1.t-1，底吹氬強度為
1.5NL.min-1.t-1化禮:時間 3min。
[0042](3)化渣結(jié)束后，升起石墨電極，每根電極中的吹氬強度控制在LSNL.min-1.t-1底吹氬強度調(diào)至13NL.min-1.t-1利用大氬氣量產(chǎn)生的氣泡達到真空室脫氮的目的，大翻時間控制在5min。
[0043](4)測溫、取樣，底吹氬強度控制在1.1NL.min-1.t-1每根電極中的吹氬強度控制在0.gNI.min-1.t-1至精煉結(jié)束。精煉結(jié)束后，空心石墨電極抬起過程中，控制每根空心石墨電極的吹氬強度在0.9NL.min-1.t-1[0044]本實施例的脫氮效果為:LF進站鋼液中N含量為0.0021wt%,出站鋼液中N含量為
0.0019wt%.
[0045]實施例5:本LF爐精煉低氮鋼的方法采用下述具體工藝步驟。
[0046](I)冶煉鋼種為SS400，LF進站溫度1570°C，氮含量0.0026wt% ；LF爐采用三根中心孔直徑為16_的空心石墨電極，鋼包到達工作位后，每根空心石墨電極中吹氬強度控制在3.0NL.min-1.t-1電極加熱前進行取樣，底吹氬強度為0.5NL.min-1.t-1[0047](2)加入造渣用料，將空心石墨電極插入鋼液面與渣面之間，接通電源使電極起弧，電弧穩(wěn)定后，降低每根電極的吹氬強度至0.SNI^mirT1.t—1，底吹氬強度為
0.5NL.min-1.t-1,化禮:時間 5min。
[0048](3)化渣結(jié)束后，升起石墨電極，每根電極中的吹氬強度控制在0.3NL .min-1.t-1底吹氬強度調(diào)至15NL.min-1.t-1利用大氬氣量產(chǎn)生的氣泡達到真空室脫氮的目的，大翻時間控制在8min。
[0049](4)測溫、取樣，底吹氬強度控制在0.5NL .min-1.t-1每根電極中的吹氬強度控制在3.0NL..min-1.t-1至精煉結(jié)束。精煉結(jié)束后，空心石墨電極抬起過程中，控制每根空心石墨電極的吹氬強度在3.0NL.min-1.t-1[0050]本實施例的脫氮效果為:LF進站鋼液中N含量為0.0026wt%,出站鋼液中N含量為
0.0025wt%o
[0051]實施例6:本LF爐精煉低氮鋼的方法采用下述具體工藝步驟。
[0052](I)冶煉鋼種為C380CL，LF進站溫度1630°C，氮含量0.0024wt%。LF爐采用三根中心孔直徑為20_的空心石墨電極，鋼包到達工作位后，每根空心石墨電極中吹氬強度控制在0.3NL.min-1.t-1電極加熱前進行取樣，底吹氬強度為2.0NL.min-1.t-1[0053](2)加入造渣用料，將空心石墨電極插入鋼液面與渣面之間，接通電源使電極起弧，電弧穩(wěn)定后，降低每根電極的吹氬強度至0.2NL.min-1.t-1底吹氬強度為IONL.min-1.t-1化禮:時間 4min。
[0054](3)化渣結(jié)束后，升起石墨電極，每根電極中的吹氬強度控制在0.3NL .min-1.t-1底吹氬強度調(diào)至5NL ^mirT1.t—1，利用大氬氣量產(chǎn)生的氣泡達到真空室脫氮的目的，大翻時間控制在IOmin0
[0055](4)測溫、取樣，底吹氬強度控制在2.0NL ^irT1.t_S每根電極中的吹氬強度控制在2.0NL.mirT1.t_\至精煉結(jié)束。精煉結(jié)束后，空心石墨電極抬起過程中，控制每根空心石墨電極的吹氬強度在0.3NL.mirT1.t'
[0056]本實施例的脫氮效果為:LF進站鋼液中N含量為0.0024wt%,出站鋼液中N含量為0.0024 wt%o
【權(quán)利要求】
1.一種LF爐精煉低氮鋼的方法，其特征在于:所述LF爐采用空心石墨電極；所述精煉過程中，經(jīng)空心石墨電極的中心孔向鋼包全程吹入氬氣，同時配合底吹氬氣攪拌鋼液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LF爐精煉低氮鋼的方法，其特征在于:所述空心石墨電極中心孔直徑為9~20mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LF爐精煉低氮鋼的方法，其特征在于:所述LF爐采用三根空心石墨電極，每根空心石墨電極的吹気強度為0.3~15NL.mirT1.t_\同時配合底吹強度為0.5~15NL.mirT1.t—1的氬攪拌。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的LF爐精煉低氮鋼的方法，其特征在于，其采用下述步驟:(I)鋼包到達LF的工作位后，每根空心石墨電極的吹氬強度控制在0.3~3NL.mirT1.t_S電極加熱前取樣，底吹氬強度為0.5~2NL.mirT1.t—1 ； (2)加入造渣用料，將空心石墨電極插入鋼液面與渣面之間，接通電源使電極起弧，電弧穩(wěn)定后，降低每根空心石墨電極的吹IS強度至0.1~INL ^mirT1 `T-1,底吹気強度為0.5~10NL.mirT1.if1,化禮:； (3)化渣結(jié)束后，升起空心石墨電極，控制每根空心石墨電極的吹氬強度在0.3~3NL.mirT1.t_S底吹氬強度調(diào)至5~15NL.mirT1.t_S利用氬氣產(chǎn)生的氣泡翻攪鋼液； (4)測溫、取樣，底吹氬強度控制在0.5~2NL ^irT1.t_S每根空心石墨電極的吹氬強度控制在0.3~3NL.mirT1.t_\至精煉結(jié)束。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的LF爐精煉低氮鋼的方法，其特征在于:所述步驟(1)中，LF的進站溫度為1570~1630°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的LF爐精煉低氮鋼的方法，其特征在于:所述步驟(2)中，化渣時間3~8min。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的LF爐精煉低氮鋼的方法，其特征在于:所述步驟(3)中，氣泡翻攪鋼液3~lOmin。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的LF爐精煉低氮鋼的方法，其特征在于:所述步驟(2)中的造渣用料為低氮渣料。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的LF爐精煉低氮鋼的方法，其特征在于:步驟(4)精煉結(jié)束后，空心石墨電極抬起過程中，控制每根空心石墨電極的吹氬強度在0.3~3NL.mirT1.t'
【文檔編號】C21C7/00GK103993132SQ201410237276
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】胡志剛, 王凡, 趙英利, 李博斌 申請人:河北鋼鐵股份有限公司