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中频电炉生产60Si2Mn钢过程吸氮分析及控制

2012年04月01日

由于电弧炉炼钢工艺的特点其钢中的氮含量比较高,这样限制了电炉钢的品种和品质。在无真空精炼技术的条件下,钢中的氮含量很难降低到很低的水平。八钢现有公称容量为70t的超高功率直流电弧炉一座,75tLF精炼炉一座。生产的品种有合金钢,低合金钢,优质碳素结构钢,普碳钢等,由于受工艺条件的限制钢中的全氧、氮、夹杂物含量高,所生产的钢种其品质无法满足用户的要求。为此,对电炉钢洁净度的影响因素进行了测定,并采取了有效的解决措施。
        根据60Si2Mn钢现有的生产工艺,从冶炼到连铸进行全过程的取样,对该工艺各环节的钢水洁净度进行系统研究分析。通过对系统分析的结果,找出当前工艺中存在的不足,提出工艺优化建议。钢水从空气中吸氧生成的氧化产物,很大一部分以夹杂物形式残留于铸坯中,表现为总氧量的增加。钢水从空气中吸氧是无法测定的,但吸氧的同时也吸氮,钢中氧含量的增加也表现为氮含量的增加。
        八钢70t电炉当前的炼钢及连铸生产工艺流程为:电炉→LF炉→连铸→轧制。电炉冶炼氮的来源一般认为有三种方式:电弧区的增氮、大气中的吸氮、原材料中带入的氮。过程吸氮主要是:电炉出钢过程钢液吸氮,LF炉精炼过程及喂线时吸氮,连铸从大包浇注开始到结晶器的过程吸氮。
        降低60Si2Mn钢吸氮的措施主要有三个方面:
        一、电弧炉冶炼控制
       (1)入炉原材料应进行合理的搭配,选用30%的铁水或铁块和15%的海绵铁可有效减少原材料带入的氮。随着铁水量的增加,钢液中的氮几乎成直线降低,不加铁水与加铁水大于40t相比,出钢氮含量相差近20×10-6。出钢氮含量可以降低到40×10-6。
      (2)在原材料基本相同的情况下,电弧炉冶炼过程吸氮是在电弧区。由于电极加热时,电弧的阴极和阳极轮流位于石墨和钢液上。作用在钢液上时,这部分钢液较其他部位的钢液温度高,当其为阴极时温度为2400K,为阳极时为2600K,而当钢液温度超过2130℃时,氧对氮的影响作用消失。当氮分压一定时,钢液中氮的溶解度与氮溶解反应常数及其活度系数有关。当温度升高时,钢液中氮的溶解度增加。因此,当电弧区钢液裸露时易发生吸氮情况。因此
中频电炉的泡沫渣埋弧操作是在电炉冶炼的关键操作。
        二、LF炉控制
       (1)LF炉精炼造好白渣使渣子具有良好的发泡能力,防止吸氮。
       (2)控制好各个时期的吹氩量避免发生大氩气量搅拌钢液。
       (3)喂丝操作,合理的喂入量和合理的喂线速度。
        三、连铸浇注控制
        从取样分析可以看出浇注环节是钢水吸氮的主要原因,因此在浇铸时要采取有效的措施减少钢水的吸氮。
(1)钢包到中间包长水口吹氩管配长水口氩封以加强长水口隔绝空气作用,控制氩气流量,保证吹氩过程中间包内钢水轻微翻腾,不允许出现钢水裸露现象。
(2)在中包水口处加装吹氩环,采用侵入式水口吹氩技术。
(3)从改进引流沙材质入手规范操作,保证钢包水口的自开率。避免烧氧引流和敞开浇铸。
(4)当大包钢水上升到一定的液位时加入中包覆盖剂,并保证覆盖剂“黑渣”厚度大于50mm。
        通过对工艺优化,总吸氮量与原工艺相比降低了很多,更重要的是减少了钢中氧化物夹杂,使钢的质量得到提高。

 

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