一种高氮钢连铸过程中增氮方法与流程

1.本发明涉及钢铁冶金技术领域，特别涉及一种高氮钢连铸过程中增氮方法。


背景技术：

2.随着我国钢铁技术的发展，部分高强度、高氮钢的强度、耐大气腐蚀性能以及低温冲击性能等质量指标的要求越来越高。此类高氮钢的氮成分往往需要精确控制，避免氮过低影响屈服强度，过高容易析出造成缺陷。在现有生产高氮钢方法中，通常采用氮化合金和氮气增氮两种方法来控制，此两种方法均在转炉和精炼炉(lf、rh、cas)两个工序进行使用。
3.但生产合格的铸坯均需要通过连铸工序，如前工序控制精度未满足相关要求时，作为最后一道工序应当具备调整能力。在连铸工序，各大钢厂通常对塞棒、上水口和水口板间吹氩气，作为保护性气体，避免钢液与空气接触。但现有技术中氮气无法精确控制。
4.公开号为“cn104550898b”，名称为“一种用于钒氮微合金化钢种在连铸过程中的增氮方法”，公开了在连铸时将钢包下水口与长水口之间的氩气密封改为氮气密封，在钢包下水口与长水口之间的密封垫上从长水口的密封气体通道处向下方挖出凹槽，凹槽与长水口内壁连通，在钢包下水口和长水口连接处会形成一个空腔，而在钢流的高速流动作用下这个空腔内会形成强大负压，密封所用氮气被负压吸引进入空腔与高速流动的钢水会形成极强的搅拌和充分的混合，使氮气可以溶入钢水中，最终可以增加钢水中的氮含量。在连铸之前检验出钢水中氮含量，根据成品要求氮含量可计算出二者之差即为需增氮量δ[n]，而通过控制密封氮气流量q和长水口顶升压力ps就可以控制被吸入的氮气量，即可以控制钢水的增氮量；优点在于，操作简便、成本极低。但该对比文件的技术方案存在如下缺点：(1)需要在长水口上挖槽，操作繁琐；连铸增n幅度较大，无法达到精准控制的效果；(2)对比文件中控n任务主要在连铸，吹入n气流量较大，长水口壁容易结冷钢，堵塞水口；(3)吹入n气流量较大，对钢液的搅动，流场影响较大，铸坯缺陷会增多。
[0005]
因此，如何开发一种连铸过程吹氮气精准增氮的方法，操作简单、能够精准控制吹入n气量、连铸工序在保证流场稳定的前提下进行精准微调，成为亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

[0006]
本发明目的是提供一种高氮钢连铸过程中增氮方法，冶炼高氮钢时转炉、精炼工序增氮未达到目标的前提下，在钢水浇铸过程中，根据钢水实际氮成分控制情况，选择性通过塞棒、上水口和水口板间吹入氮气进行精准增氮，操作简单、能够精准控制吹入n气量、连铸工序在保证流场稳定的前提下进行精准微调，不会堵塞水口。
[0007]
为了实现上述目的，本发明提供了一种高氮钢连铸过程中增氮方法，所述方法包括：
[0008]
将高氮钢的化学成分加入转炉冶炼，获得钢水，所述高氮钢的目标氮含量为n
目标
，所述转炉的公称容量为t；
[0009]
将所述钢水进行精炼，获得精炼钢水；精炼结束后的氮含量为n
精炼
；
[0010]
将所述精炼钢水进行连铸；获得所述连铸中钢水接触空气时的增n幅度为n
空气
，单炉浇铸时间t，根据n
目标
，n
精炼
和n
空气
，获得浇铸时的增氮量n
增
；根据所述增氮量n
增
选择所述连铸中的吹气模式，具体地：
[0011]
若所述n
增
≤0，吹入氩气；
[0012]
若所述n
增
＞0，以流量l吹入氮气进行增氮，其中，所述流量l根据公称容量t和单炉浇铸时间t获得。
[0013]
进一步地，根据n
目标
，n
精炼
和n
空气
，获得浇铸时的增氮量n
增
，具体包括：
[0014]
n
增
＝n
目标
‑
n
精炼
‑
n
空气
。
[0015]
进一步地，所述流量l根据公称容量t和单炉浇铸时间t获得，具体包括：
[0016]
l＝22.4
×
n
增
×
t/28
×
t。
[0017]
进一步地，所述流量l根据公称容量t和单炉浇铸时间t获得时，设定氮气纯度为100％，吸收率为100％。
[0018]
进一步地，所述连铸中的装置包括：塞棒、中间包、浸入式水口和结晶器；所述塞棒内设有中心空腔，所述塞棒的下部伸入所述中间包内，所述中间包底部设有所述浸入式水口，所述中间包下方设有所述结晶器，所述浸入式水口的上部设置在所述中间包内，所述浸入式水口的下部伸入所述结晶器内，所述塞棒和所述浸入式水口同轴设置。
[0019]
进一步地，所述塞棒吹入氩气或氮气。
[0020]
进一步地，若所述n
增
≤0，通过所述塞棒以调节所述塞棒和所述浸入式水口之间的间隙吹入氩气。
[0021]
进一步地，若所述n
增
＞0，通过所述塞棒以调节所述塞棒和所述浸入式水口之间的间隙吹入氮气。
[0022]
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0023]
本发明提供的一种高氮钢连铸过程中增氮方法，根据高氮钢控氮目标，结合精炼结束钢水n成分和连铸与空气接触增氮幅度，选择不同的吹气模式，对钢液进行精准增氮。同时本发明可通过程序实现自动化精准控制，可操作性强。操作简单、能够精准控制吹入n气量、连铸工序在保证流场稳定的前提下进行精准微调。
附图说明
[0024]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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它的附图。
[0025]
图1是本发明实施例提供的一种高氮钢连铸过程中增氮方法的流程图；
[0026]
图2是本发明实施例提供的一种高氮钢连铸过程中增氮的装置的结构示意图；
[0027]
1、塞棒；11、中心空腔；2、中间包；3、浸入式水口；4、结晶器。
具体实施方式
[0028]
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明
本发明，而非限制本发明。
[0029]
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
[0030]
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
[0031]
本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
[0032]
为实现上述目的，本实施例提供一种高氮钢连铸过程中增氮方法，包括：
[0033]
s1、将高氮钢的化学成分加入转炉冶炼，以获得钢水，所述高氮钢的目标氮含量为n
目标
，所述转炉的公称容量为t；
[0034]
s2、将所述钢水进行精炼，获得精炼钢水；精炼结束后的氮含量为n
精炼
；
[0035]
s3、将所述精炼钢水进行连铸；获得所述连铸中钢水接触空气时的增n幅度为n
空气
，单炉浇铸时间t，根据n
目标
，n
精炼
和n
空气
，获得浇铸时的增氮量n
增
；根据所述增氮量n
增
选择所述连铸中的吹气模式，具体地：
[0036]
若所述n
增
≤0，吹入氩气；
[0037]
若所述n
增
＞0，以流量l吹入氮气进行增氮，其中，所述流量l根据公称容量t和单炉浇铸时间t获得。
[0038]
通过上述内容可以看出，本发明提供的一种高氮钢连铸过程中增氮方法，根据高氮钢控氮目标，结合精炼结束钢水n成分和连铸与空气接触增氮幅度，选择不同的吹气模式，对钢液进行精准增氮。同时本发明可通过程序实现自动化精准控制，可操作性强。
[0039]
背景技术中的对比文件1，需要在长水口上挖槽，而本申请是在现有的塞棒、上水口、板间吹入氮气，控制总流量来实现即可。
[0040]
高n钢生产，n元素的控制主要还是通过转炉、精炼合金或者吹n完成控n，对比文件中连铸增n幅度较大，并未结合浇铸时间进行吹n，那么无法达到精准控制的效果。而本申请，根据浇铸时间来设置流量，能够精准控制吹入n气量。
[0041]
对比文件1中控n任务主要在连铸，吹入n气流量较大，长水口壁容易结冷钢，堵塞水口，另外，吹入n气流量较大，对钢液的搅动，流场影响较大，铸坯缺陷会增多。本申请在高n钢的生产中，主要增n任务仍在前工序完成，连铸工序在保证流场稳定的前提下进行精准微调。
[0042]
具体地，根据n
目标
，n
精炼
和n
空气
，获得浇铸时的增氮量n
增
，具体包括：
[0043]
n
增
＝n
目标
‑
n
精炼
‑
n
空气
。
[0044]
具体地，所述流量l根据公称容量t和单炉浇铸时间t获得，具体包括：
[0045]
l＝(22.4
×
n
增
×
t)/(28
×
t)。
[0046]
其中，所述流量l根据公称容量t和单炉浇铸时间t获得中，设定氮气纯度为100％，吸收率为100％。
[0047]
如图2所示，所述塞棒1内设有中心空腔11，所述塞棒1的下部伸入所述中间包2内，所述中间包2底部设有所述浸入式水口3，所述中间包2下方设有所述结晶器4，所述浸入式水口3的上部设置在所述中间包2内，所述浸入式水口4的下部伸入所述结晶器4内，所述塞棒1和所述浸入式水口3同轴设置。与现有技术不同的是，所述伸入所述中间包内的塞棒的
吹入的为氮气。
[0048]
若所述n
增
≤0，通过所述塞棒以调节所述塞棒和所述浸入式水口之间的间隙吹入氩气。所述吹入氩气的流量范围需结合各厂的流量计量程和耐材的透气性决定，非固定范围。
[0049]
若所述n
增
＞0，通过所述塞棒以调节所述塞棒和所述浸入式水口之间的间隙吹入氮气。
[0050]
下面将结合实施例、对比例及实验数据对本申请的一种高氮钢连铸过程中增氮方法进行详细说明。
[0051]
实施例1
[0052]
某厂转炉公称容量为100t，浇铸过程增n水平为3ppm。在生产目标n为90ppm的某高氮钢种时，单炉浇铸时间35min，精炼结束n为85ppm，可根据本发明方法选择吹气模式：
[0053]
(1)根据成分可计算浇铸时允许最大增氮量：n
增
＝90
‑
85
‑
3＝2ppm；
[0054]
(2)n
增
：2ppm＞0，选择吹气模式2。结合公称容量100t和浇铸时间35min计算l增＝(22.4
×
n
增
×
t)/(28
×
t)＝4.57nl/min；
[0055]
为冶炼该炉高氮钢种命中控氮目标，在连铸工序选择吹气模式2，以l
增
＝4.57nl/min的流量进行增氮。
[0056]
该方法操作简单、能够精准控制吹入n气量、连铸工序在保证流场稳定的前提下进行精准微调，没有出现堵塞水口的情况。
[0057]
实施例2
[0058]
某厂转炉公称容量为150t，浇铸过程增n水平为5ppm。在生产目标n为120ppm的某高氮钢种时，单炉浇铸时间30min，精炼结束n为110ppm，可根据本发明方法选择吹气模式：
[0059]
(1)根据成分可计算浇铸时允许最大增氮量：n
增
＝120
‑
110
‑
5＝5ppm；
[0060]
(2)n
增
：5ppm＞0，选择吹气模式2。则可结合公称容量150t和浇铸时间30min计算l
增
＝＝22.4
×
n
增
×
t/28
×
t＝20nl/min；
[0061]
为冶炼该炉高氮钢种命中控氮目标，在连铸工序选择吹气模式2，以l
增
＝20nl/min的流量进行增氮。
[0062]
该方法操作简单、能够精准控制吹入n气量、连铸工序在保证流场稳定的前提下进行精准微调，没有出现堵塞水口的情况。
[0063]
实施例3
[0064]
某厂转炉公称容量为300t，浇铸过程增n水平为2ppm。在生产目标n为130ppm的某高氮钢种时，单炉浇铸时间25min，精炼结束n为129ppm，可根据本发明方法选择吹气模式：
[0065]
(1)根据成分可计算浇铸时允许最大增氮量：n
增
＝130
‑
129
‑
2＝
‑
1ppm；
[0066]
(2)n
增
：
‑
1ppm＜0，则选择吹气模式1，按照常规吹氩气控制；
[0067]
为冶炼该炉高氮钢种命中控氮目标，在连铸工序选择吹气模式1，进行常规吹氩气控制。
[0068]
该方法操作简单、能够精准控制吹入n气量、连铸工序在保证流场稳定的前提下进行精准微调，没有出现堵塞水口的情况。
[0069]
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且
还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0070]
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0071]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。