冶炼过程钢液氮含量的变化.PPT

目 录 摘要 脱氮的基本理论 冶炼过程钢液氮含量的变化 生产中部分因素对钢液氮含量的影响 结论 1、摘要 通过对电炉炼钢过程中不同条件、不同时期气体样进行分析，研究了电炉铁水配比、VD真空保持时间等工艺参数对钢液中氮含量变化的影响。 实践表明电炉出钢氮含量随铁水配比的增加而降低，但当铁水配比大于40%后，变化不明显，出钢氮含量可控制在（35—67）ppm；20分钟与15分钟的真空保持时间相比，脱氮率可提高15%以上。 2、脱氮的基本理论 2.1、脱氮热力学 在炼钢温度下，氮溶解在钢中，并遵循西华特定律： （1） （2） 由公式（2）可以看出，降低氮分压可降低氮在钢液中的溶解度，所以真空处理可以在一定程度上脱氮。 氮在钢液中的溶解是吸热过程，随着温度的升高，氮的溶解度是增加 的，所以温度过高会增加脱氮难度。在炼钢温度范围下，钢液中的氮含量远没有达到平衡，如条件允许，钢液会继续自发的吸氮。 2、脱氮的基本理论 2.2 脱氮动力学 脱氮过程包括以下三个环节： （1） 氮原子由钢液向气-液界面扩散； （2） 氮原子在气-液界面吸附，并结合成氮分子再从界面脱附； （3） 氮分子向气相扩散。 其中环节（1）为脱氮的限制性环节，即脱氮的动力学由氮原子向气-液界面扩散传质控制。 3、冶炼过程钢液氮含量的变化 3.1电炉冶炼时期氮含量变化 在熔化期，电极下方固体料熔化塌落时无炉渣保护，金属液滴直接与炉气接触，有利于氮的溶解。炉气中的氮气在电弧的作用下直接分解，为钢液吸气创造了优越的环境，所以钢中氮含量在熔化过程中增加。 在氧化期，由于氧化期吹氧脱碳反应迅速，熔池剧烈沸腾，此时脱气速度大于吸气速度，加之熔池渣层形成，从一定程度上隔绝了钢液与炉气的直接接触，钢液氮含量逐渐降低。但到了氧化末期，脱碳速度降低、CO量减少且氧化渣变稀薄，炉气中氮气量增加，钢中氮含量稍有回升。 3、冶炼过程钢液氮含量的变化 3.2 LF精炼炼时期氮含量变化 LF精炼过程虽有氩气搅拌，但熔池仍相对平静，脱气能力差。精炼过程处在较高的冶炼温度下，同时氩气搅拌使得钢液有机会与炉气直接接触，造成增氮，并且期间所加入的渣料、合金和脱氧剂等本身就含有一定量的氮，所以LF精炼过程中钢液氮含量不可避免的增加。 3、冶炼过程钢液氮含量的变化 3.3 VD真空脱气时期氮含量变化 VD抽真空脱气处理时，真空室内氮的气体分压降低，溶解在钢液中的气体就会扩散出去，从而降低了钢液中气体含量。真空状态下氢的脱除效率较高，但由于氮的原子半径大，扩散速度慢，同时氮多以氮化物状态存在，真空脱氮效率不如脱氢高。 4、生产中部分因素对钢液氮含量的影响 4.1 电炉铁水配比对钢中气体含量的影响 对铁水成分偏差不大、生产过程无异常的不同铁水配比炉次进行出钢前气体含量分析，结果见图1。在铁水配比40%以下时，随着铁水比增加，出钢氮含量明显降低，这是由于冶炼炉料的整体配碳比升高，氧化期碳氧反应剧烈脱气效果提高；但在铁水配比大于40%以后，受电炉炉膛限制，提高配铁比后供氧强度并不能同比例增加，熔池沸腾剧烈程度一定，只能增加脱气时间，出钢氮含量降幅减缓。 4、生产中部分因素对钢液氮含量的影响 4.2LF精炼周期对钢液氮含量的影响 对同一钢种Q345R，相同氩气搅拌强度，不同精炼周期情况下精炼毕氮含量的变化进行取样分析，结果见图2。随着精炼周期的延长，钢液中氮含量增加，主要是因为经铝脱氧后，钢液中的溶解氧降低，氧的表面活性作用下降，抑制吸氮界面反应的能力降低，有利于钢液吸氮，随着精炼周期的延长，脱氧后的钢液与大气接触的机会增多，钢液氮含量增加。 4、生产中部分因素对钢液氮含量的影响 4.3合金加入量对精炼毕钢中氮含量的影响 对于钢液中氮的活度系数而言，Cr、Mo、Mn、Ti、V等对氮的作用是降低钢中氮的活度系数，提高氮在钢种的溶解度，而B、C、Ni、P、S、Si等元素的作用则相反。同时目前使用的增碳剂、脱氧剂和合金中都含有一定量的氮[3]（如表1），在精炼增碳、脱氧和合金化过程都可能造成钢液增氮。对相同生产条件不同合金含量Cr-Mo系钢种炉次进行取样分析，结果见图3。随着钢液中加入合金量的增加，主要是Cr、Mo、Mn元素的含量增加，钢液的氮含量有增长趋势。 4、生产中部分因素对钢液氮含量的影响 4.4、VD真空初始氮含量对钢中终