一种控制硅铝镇静钢中含氮
≤
0.0013％的冶炼方法
一、技术领域
1.本发明涉及一种镇静钢及生产方法，确切地属于一种硅铝镇静钢中含氮≤0.0013％的冶炼方法。
二、
背景技术：
2.经在有关文献数据库中检索，检索“一种硅铝镇静钢超低氮控制技术”,均无相关专利文献介绍。硅铝镇静钢可应用于发电机叶片，提高发电机叶片散热及发电效率。本发明主要是一种炼钢工序控制钢液成分氮含量的关键技术，该钢种对氮含量的要求在炼钢生产的所有品种钢之中，氮含量控制范围是最低的。现阶段，生产的大部分硅铝镇静钢氮含量要求≤30ppm，其中有一部分硅铝镇静钢的氮含量要求≤20ppm，硅铝镇静的氮实际控制水平在15∽30ppm之间，平均值为20.6ppm。硅铝镇静钢氮高的原因是转炉吹炼过程采取氮氩切换供气模式，真空处理过程增氮及浇铸过程增氮较多所致，因钢种成分氮的范围较宽，各工序增氮后也能满足成分控制需求。随着市场的发展，用户对硅铝镇静钢的性能要求越来越高，普通的硅铝镇静钢(成品氮控制在20∽30ppm的品种)无法满足用户的使用需求。
3.氮溶解在钢液中的固溶体存在时会使矫顽力增加而磁导率降低，当形成aln、fen等非金属夹杂物影响加剧。氮还是引起硅铝镇静钢磁时效的主要因素之一。一般来说，一定数量的夹杂对得到金相组织是有益的，所以它可阻碍位向不合适的晶粒生长，从而使得取向合适的晶粒加速成长。氮对冷轧变压的质量有很大影响，过少的含氮量易使硅铝镇静钢获得大晶粒和高磁性，硅铝镇静钢的氮含量≤0.0013％时，该品种钢的性能最优。炼钢工序通过控制硅铝镇静钢钢液中的氮含量，为后工序提供质量优质的板坯。
4.经在有关文献数据库中检索，共查到与本项目研究内容相关文献31篇。通过对所查相关文献阅读，并与本项目研究内容进行对比分析，得出结果如下：
5.中国专利申请号为cn201310095198.1的文献，公开了《一种低硅铝镇静钢的rh处理方法》，其适用于0.010％≤[c]≤0.05％、0.03％≤[si]≤0.05％、转炉出钢后吹氩处理后硅≤0.008％、经rh直上的沸腾钢，利用低碳硅铁氧化生成的sio2与钢水中的al2o3反应生成脱氧产物硅酸铝，硅酸铝在上浮的过程中粘附细小的al2o3夹杂物，达到净化钢水的目的。其为满足低硅铝镇静钢成品硅上限0.03％的要求，减轻了中薄板坯铸机生产rh直上的低硅铝镇静钢的絮流现象，降低钢板夹杂率，冷轧夹杂缺陷率由0.46％降低为0.26％。其与本发明解决的问题不同不同。
[0006]
中国专利申请号为cn201510943744.1的文献，公开了《一种低碳低硅铝镇静钢转炉精炼生产工艺》，其采用转炉造渣材料两批加入，转炉出钢温度控制在1640℃
‑
1660℃；吹炼过程枪位控制为低
‑
高
‑
低
‑
高，同时保证拉碳时间大于等于2分钟；转炉出完钢后钢包到精炼后接底吹氩气软管，采用强吹氩，钢液面涌动后调低吹氩气流量，保证钢水不溢出钢包外；造渣阶段分二次加入造渣材料，造渣材料加入后采用底吹氩气强搅拌，吹氩时间3min
‑
10min，取渣样频率为4
‑
5次；当顶渣由原黑色转为绿色，停止底吹氩气搅拌，而后进行钢液测温、取样，钢液测温取样结束后将底吹氩气流量调至弱吹状态。其有利于转炉少渣冶炼、
提高转炉炉龄、降低耐火材料消耗、降低转炉出钢钢水含氧量和提高废钢比，降低生产成本。其与本发明解决的问题不同不同。
[0007]
中国专利申请号为cn201510939691.6的文献，公开了《转炉低温出钢条件下精炼生产低硅铝镇静钢的处理方法》，钢水升温前加入电石，加速顶渣改质，提高埋弧效果。分为三批次加入造渣材料(白灰及萤石)，同时吹氩状态顺序为弱
‑
强
‑
中
‑
弱，当顶渣颜色转为绿色，停止底吹氩气搅拌，进行测温、取样作业；测温取样作业结束后将底吹氩气流量调至弱吹状态。其在于减少精炼处理过程中酸溶铝烧损、提高铝系合金收得率、缩短精炼处理周期、提高钢液质量、提高铸机可浇性、降低工人劳动强度，同时降低生产制造成本。其与本发明解决的问题不同不同。
[0008]
中国专利申请号为cn201610789376.4的文献，公开了《一种转炉采用硅系合金脱氧生产低硅铝镇静钢的方法》，其采用硅铁及硅锰合金进行转炉脱氧生产低硅铝镇静钢，硅铁及硅锰合金加入方案、lf炉合金使用工艺优化、lf炉脱硫工艺改进。以改变转炉生产低硅铝镇静钢为半沸腾出钢方式，降低铸机絮流风险、大幅降低脱氧合金成本、降低质量风险、降低工人劳动强度，防止发生喷溅避免生产事故。其与本发明解决的问题不同不同。
[0009]
刊登于《山西冶金》(2014.(151)5:56～58)的《唐钢薄板坯高碳钢低氮控制工艺实践》文献，介绍了唐钢薄板坯高碳钢低氮控制工艺的实践。其从转炉冶炼、lf精炼、薄板坯浇注三个方面进行有效的控制，实现了成品低氮控制的目的，唐钢薄板坯热轧高碳钢成品w(n)≤50
×
10
‑
6的成分内控率由原来的83％提高至100％，平均w(n)降低4.5
×
10
‑
6。其采取的降氮方法与本发明不同。
[0010]
刊登于《辽宁科技学院学报》(2008.(10)02
‑
0006
‑
02)《本钢超低氮钢生产工艺的研究》介绍了从氮在钢液中的危害出发,根据co气泡脱氮及真空脱氮原理及钢液与空气接触造成增氮的特点,详细论述了转炉、rh及浇铸过程中脱氮及控制增氮的方法,降低了钢中氮的含量,极大地提高了钢材的质量。钢水吸氮贯穿于整个炼钢过程,要在整个流程中进行钢水氮含量的控制,才能够实现低氮钢的生产,主要是避免钢液与空气接触造成增氮,所以凡是有可能与空气接触的都要做好密封和吹扫。其采取的降氮方法与本发明不同。
[0011]
刊登于《河北冶金》(2015.(238)10:14～17)的《超低氮钢转炉终点氮含量控制》，介绍了通过对首钢京唐公司转炉双联工艺超低氮钢生产过程中钢水氮含量数据的统计分析，探讨了影响钢中氮含量的因素和控制措施，为稳定控制钢中氮含量、提高钢的内在质量、减少成分不合格带来的损失提供改进方向。通过研究生产数据认为，要满足钢水质量对降氮要求，应采取措施控制tsc温度在1635℃左右，炉渣脱磷率保证在70％以上，转炉终点氧含量在600ppm以下。其采取的降氮方法与本发明不同。
[0012]
刊登于《特殊钢》(2005.(26)4:56∽57)的《转炉冶炼超低碳、超低氮钢的工艺技术》，介绍了分析了武钢90t顶底复吹转炉冶炼<0 005％c,0 005％n超低碳、氮钢的两种冶炼工艺技术,即常规工艺:kr脱s
→
ld
→
rh
‑
ktb
→
cc和双联工艺:kr脱s
→
ld脱si、p
→
ld复吹脱碳
→
rh
‑
ktb
→
cc。常规工艺冶炼时中间包钢水平均c含量为25.5
×
10
‑6、平均n含量为18.5
×
10
‑6；双联工艺冶炼时,中间包钢水平均c含量为16
×
10
‑6、平均n含量为19
×
10
‑6,双联工艺吹炼终点[p](60
×
10
‑6)比常规工艺(110
×
10
‑6)低。真空精炼终点氮含量平均为0.001 9％,到中间包平均为0.0019％,这过程几乎不增氮。其采取的降氮方法与本发明不同。
[0013]
刊登于《金属世界》(2019.(3)68
‑
72)的《炼钢厂钢水低氮控制的生产技术》，介绍
了本钢炼钢厂最终成品的氮含量控制主要取决于各生产环节的总体增氮情况，针对不同钢种对氮含量的不同要求，通过全工序对氮含量的协同控制，本钢炼钢厂在选择低成本工艺路径的同时使过程增氮得到控制。文章介绍了本钢炼钢厂对钢水氮含量影响因素的研究，并通过对转炉炼钢、炉外精炼及连铸各生产环节工艺参数及原材料的调整来有效控制各环节的增氮量。其首先根据成品氮含量要求确定各生产环节增氮量要求，然后通过对各环节影响增氮因素的控制可以保证低成本工艺条件下的成品氮含量合格。转炉生产过程中，底吹用氮气和氩气换时间、顶吹氧气流量、脱碳后期发泡材料的使用、补吹控制及出钢过程的增氮控制是炼钢工序保证氮含量受控的影响因素，通过工艺方案选择钢水终点[n]可控制在13
×
10
–6～21
×
10
–6。含氧钢在lf升温过程采用埋弧、软吹，过程增氮量控制在1.5
×
10
–6以内；而脱氧钢在处理过程中，首次升温及脱硫期间增氮量是控制重点。rh处理过程对含氧钢基本不具备脱氮能力，而对脱氧钢具有一定的脱氮能力。控制好连铸过程的保护浇铸，减少生产过程中钢水与空气的接触机会是控制连铸过程增氮的主要手段。通过全工序对氮含量的协同控制，针对不同钢种[n]要求，本钢可以在选择低成本工艺路径的同时使过程增氮得到控制。其采取的降氮方法与本发明不同。
技术实现要素：
[0014]
本发明公开了一种控制硅铝镇静钢中含氮≤0.0013％的冶炼方法，在rh真空处理阶段通过控制真空度＜100pa及全程吹氩气，并进行三个阶段的处理，实现控制成分n稳定在≤0.0013％，从而使命中率由原来的不超过61.2％提高到了95.5％。
[0015]
实现上述目的的措施：
[0016]
一种控制硅铝镇静钢中含氮≤0.0013％的冶炼方法，其特征在于：其步骤：
[0017]
1)进行转炉冶炼，其全程供氩气，氩气流量按照采用氮—氩切换时氩气的流量即可；采用一次拉碳且无需点吹；出钢时间不超过6min；控制冶炼结束时钢水中的n≤0.0015wt％，o含量在0.05～0.08wt％；
[0018]
2)直接进行rh真空处理：其全程进行氩气循环，氩气流量在150～220nm3/h；rh真空处理按照以下三个阶段进行：
[0019]
a、脱碳阶段：脱碳温度不低于1580℃，脱碳时间控制在不超过18min,真空度≤100pa，并在该真空度下保持8～12min；
[0020]
b、合金化阶段：在该阶段真空度不超过266pa，合金化时间不超过12min；
[0021]
c、合金微调及脱气阶段：在该阶段真空度≤100pa，处理时间在18～22min；该阶段结束时，n≤0.0012wt％；
[0022]
4)连铸成坯：采用氩气保护浇注，氩气流量在8～12nm3/h；控制增n≤0.0001wt％。
[0023]
其在于：在rh真空处理的脱碳时，当脱碳温度低于1580℃时，采用吹氧方式将温度提高。
[0024]
进一步地：在rh真空处理的脱碳期间，真空度在10～50pa。
[0025]
进一步地：在rh真空处理的合金化期间，真空度不超过255pa。
[0026]
进一步地：在rh真空处理的合金微调及脱气期间，真空度不超过50pa。
[0027]
本发明中各主要工艺的作用及机理
[0028]
本发明之所以在转炉冶炼期间，全程供氩气，采用一次拉碳且无需点吹；出钢时间
不超过6min，是由于1)转炉底吹供氩气，不适用氮气，杜绝氮气与钢液直接接触，控制增氮；2)转炉二次点吹过程中，由于炉内呈现负压状态，氧气流冲开渣面，使得钢水直接与空气接触，导致钢液不同程度的增氮，尤其是过氧化严重的炉次，二次点吹增氮更多；3)出钢过程是钢液与大气直接接触的过程，避免钢液长时间与大气接触增氮；4)避免钢流通道相关连接部位吸气；5)保证氩气密封效果，无泄漏；6)减少钢水裸露，避免二次氧化。保护管氩气：8∽12nm3/h，确保氩气系统无漏气；保护管安装及使用炉数：垫圈及保护管安装都要正，保护管使用≤6炉(常备1根上好软管的保护管)。保证铸中保护管上正、垂直向下。铸中要确保及时加渣，避免冲击区液面裸露。
[0029]
本发明之所以在rh真空处理期间，其全程进行氩气循环，氩气流量在150～220nm3/h，是由于真空循环主要靠驱动气体在上升管形成气泡，利用压差带动钢液循环，氩气循环杜绝氮气与钢液直接接触，降低氮分压，达到降氮目的。
[0030]
本发明之所以在rh真空处理时按照以下三个阶段进行，即
[0031]
a、脱碳阶段：脱碳温度不低于1580℃，脱碳时间控制在不超过18min,真空度≤100pa，并在该真空度下保持8～12min；
[0032]
b、合金化阶段：在该阶段真空度不超过266pa，合金化时间不超过12min；
[0033]
c、合金微调及脱气阶段：在该阶段真空度≤100pa，处理时间在18～22min；该阶段结束时，n≤0.0012wt％，是由于合金化阶段加入台铝、硅铁及锰铁等合金时真空度回升，会带入一定量的大气进入真空室内溶于钢液中，造成钢液中氮含量增加，通常过程长时间的极限真空度下循环，达到降氮的目的。
[0034]
本发明与现有技术相比，在rh真空处理阶段通过控制真空度＜100pa及全程吹氩气，并进行三个阶段的处理，实现控制成分n稳定在≤0.0013％，从而使命中率由原来的不超过61.2％提高到了95.5％。
[0035]
下面对本发明予以详细描述：
[0036]
实施例1
[0037]
一种控制硅铝镇静钢中含氮≤0.0013％的冶炼方法，其步骤：
[0038]
1)进行转炉冶炼，其全程供氩气，氩气流量按照采用氮—氩切换时氩气的流量即可；采用一次拉碳且无需点吹；出钢时间为4min；控制冶炼结束时钢水中的n为0.00139wt％，o含量在0.0393wt％；
[0039]
2)直接进行rh真空处理：其全程进行氩气循环，氩气流量在180nm3/h；rh真空处理按照以下三个阶段进行：
[0040]
a、脱碳阶段：脱碳温度在1585℃，脱碳时间在18min,真空度在87pa，并在该真空度下保持了9min；
[0041]
b、合金化阶段：在该阶段真空度265pa，合金化时间为11min；
[0042]
c、合金微调及脱气阶段：在该阶段真空度为88pa，处理时间在20min；该阶段结束时，n在0.00085wt％；
[0043]
4)连铸成坯：采用氩气保护浇注，氩气流量在9nm3/h；控制增n为0.00005wt％。
[0044]
经检测，本实施例的钢坯中n含量在0.0009wt％。完全满足本次冶炼钢的要求。
[0045]
实施例2
[0046]
一种控制硅铝镇静钢中含氮≤0.0013％的冶炼方法，其步骤：
[0047]
1)进行转炉冶炼，其全程供氩气，氩气流量按照采用氮—氩切换时氩气的流量即可；采用一次拉碳且无需点吹；出钢时间为4.5min；控制冶炼结束时钢水中的n为0.00128wt％，o含量在0.0352wt％；
[0048]
2)直接进行rh真空处理：其全程进行氩气循环，氩气流量在210nm3/h；rh真空处理按照以下三个阶段进行：
[0049]
a、脱碳阶段：脱碳温度在1588℃，脱碳时间在17min,真空度在65pa，并在该真空度下保持了11min；
[0050]
b、合金化阶段：在该阶段真空度260pa，合金化时间为10min；
[0051]
c、合金微调及脱气阶段：在该阶段真空度为84pa，处理时间在22min；该阶段结束时，n在0.00098wt％；
[0052]
4)连铸成坯：采用氩气保护浇注，氩气流量在8nm3/h；控制增n为0.00009wt％。
[0053]
经检测，本实施例的钢坯中n含量在0.00107wt％。完全满足本次冶炼钢的要求。
[0054]
实施例3
[0055]
一种控制硅铝镇静钢中含氮≤0.0013％的冶炼方法，其步骤：
[0056]
1)进行转炉冶炼，其全程供氩气，氩气流量按照采用氮—氩切换时氩气的流量即可；采用一次拉碳且无需点吹；出钢时间为4min；控制冶炼结束时钢水中的n为0.00149wt％，o含量在0.0430wt％；
[0057]
2)直接进行rh真空处理：其全程进行氩气循环，氩气流量在205nm3/h；rh真空处理按照以下三个阶段进行：
[0058]
a、脱碳阶段：脱碳温度在1594℃，脱碳时间在17min,真空度在76pa，并在该真空度下保持了10min；
[0059]
b、合金化阶段：在该阶段真空度262pa，合金化时间为10min；
[0060]
c、合金微调及脱气阶段：在该阶段真空度为91pa，处理时间在21min；该阶段结束时，n在0.0008wt％；
[0061]
4)连铸成坯：采用氩气保护浇注，氩气流量在8nm3/h；控制增n为0.00003wt％。
[0062]
经检测，本实施例的钢坯中n含量在0.00083wt％。完全满足本次冶炼钢的要求。
[0063]
实施例4
[0064]
一种控制硅铝镇静钢中含氮≤0.0013％的冶炼方法，其步骤：
[0065]
1)进行转炉冶炼，其全程供氩气，氩气流量按照采用氮—氩切换时氩气的流量即可；采用一次拉碳且无需点吹；出钢时间为4min；控制冶炼结束时钢水中的n为0.00117wt％，o含量在0.0520wt％；
[0066]
2)直接进行rh真空处理：其全程进行氩气循环，氩气流量在181nm3/h；rh真空处理按照以下三个阶段进行：
[0067]
a、脱碳阶段：脱碳温度在1591℃，脱碳时间在18min,真空度在86pa，并在该真空度下保持了10min；
[0068]
b、合金化阶段：在该阶段真空度261pa，合金化时间为11min；
[0069]
c、合金微调及脱气阶段：在该阶段真空度为72pa，处理时间在20min；该阶段结束时，n在0.00079wt％；
[0070]
4)连铸成坯：采用氩气保护浇注，氩气流量在8nm3/h；控制增n为0.00007wt％。
[0071]
经检测，本实施例的钢坯中n含量在0.00086wt％。完全满足本次冶炼钢的要求。
[0072]
说明：上述实施例的冶炼结果均命中，即符合所炼硅铝镇静钢中对含氮的要求。
[0073]
以上实施例仅为最佳例举，并非为本发明技术方案的全部。