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1、電工鋼冶煉過程中氮含量控制實(shí)踐王軍（西昌鋼釩有限公司煉鋼廠）摘要攀鋼西昌鋼釩針對(duì)電工鋼試制初期，成品氮含量偏高的現(xiàn)象，通過工藝技術(shù)措施的優(yōu)化、改進(jìn)，嚴(yán)格控制冶煉電工鋼所需入爐半鋼硫含量，降低冶煉過程中氮的含量。主要在轉(zhuǎn)爐采用全程底吹氬、出鋼時(shí)預(yù)脫氧控制碳氧平衡、出鋼期間添加頂渣渣料，建立基本頂渣及調(diào)渣等工藝技術(shù)，LF爐控制底吹氬強(qiáng)度、控制爐內(nèi)還原性氣氛，RH爐高真空度、較大循環(huán)流量，連鑄中間包保護(hù)渣及保護(hù)澆鑄等技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)從轉(zhuǎn)爐到連鑄全程降低電工鋼中氮的含量。關(guān)鍵詞電工鋼過程氮含量控制1前言對(duì)于大多數(shù)鋼種而言，氮都是有害元素，鋼中氮含量對(duì)鋼的機(jī)械性能影響較大，尤
2、其是生產(chǎn)用于深沖條件下的低碳鋼時(shí)，氮的不利影響特別明顯。鋼中氮含量增加，會(huì)使鋼的屈服極限、強(qiáng)度極限和硬度提高，塑性下降，沖擊韌性降低，并導(dǎo)致時(shí)效硬化。氮在鋼液中的溶解度很大，但在固體鐵中的溶解度卻很小，所以在溫度較低時(shí)，氮極易在晶界析出，引起鋼的“冷脆”。氮對(duì)電磁性能的影響：無取向硅鋼：鋼中的[N]、[O]多數(shù)以夾雜狀態(tài)存在，極少溶于α相，這兩種狀態(tài)都使鐵損增加，導(dǎo)磁率和磁感應(yīng)強(qiáng)度下降。固溶在α相中的[C]、[N]、[O]，尤其是[N]顯著地影響磁時(shí)效，溶于α相中的[N]和[O]還提高矯頑力、降低導(dǎo)磁率，若形成針狀?yuàn)A雜。高磁感冷軋取向硅鋼：要控制適量（不能多不能少
3、）的氮和均勻細(xì)小AlN形態(tài)。電工鋼亦稱硅鋼片，是電力、電子和軍事工業(yè)不可缺少的重要軟磁合金，是一種生產(chǎn)技術(shù)難度大的金屬功能材料，主要用作各種電機(jī)、發(fā)電機(jī)和變壓器的鐵心。影響電工鋼性能的主要因素是化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)。目前電器鐵芯元件等向著輕型化、節(jié)能、無噪音、美觀、高效化、低成本方向發(fā)展。發(fā)展超薄型高磁感無取向硅鋼，不僅可以簡化生產(chǎn)工藝，改善鋼的性能，也能充分利用材料，節(jié)省成本，這無疑是電工鋼發(fā)展方向。但氮、碳元素在很大程度上影響了無取向硅鋼的磁性，降低鋼中碳、氮含量有利于提高電磁性能和材料綜合加工性能。在煉鋼過程中，無論是液態(tài)鋼水和固體鋼中都有AlN的存在，在通常
4、情況氮含量（40～60ppm）下，晶粒度與AlN的析出有關(guān)。氮在冷軋用低碳鋼中被認(rèn)為是一種有害的雜質(zhì)。因此，在煉鋼生產(chǎn)的各個(gè)工藝環(huán)節(jié)采取相應(yīng)的技術(shù)措施，降低電工鋼中氮的含量。2鋼中氮的來源在常壓下進(jìn)行鋼的冶煉，氣體除鐵水中已溶解的外，還可以通過各種原輔料進(jìn)入鋼液。當(dāng)進(jìn)入鋼中的氣體量超過冶煉過程脫碳沸騰的脫氣量時(shí)，鋼中氣體的含量就增加。各種不同的煉鋼爐，終點(diǎn)鋼水中都含有一定量的氮。4氮的來源，氮?dú)庠跔t氣中的分壓力很高，大氣中氮的分壓力大體保持在7.8×10Pa。因此鋼中的氮主要是鋼水裸露過程中吸入并溶解的。轉(zhuǎn)爐煉鋼，包括二次精煉的電弧加熱，加速了氣體的解離，故［N］
5、含量偏高；轉(zhuǎn)爐復(fù)吹控制不當(dāng)，氮?dú)迩袚Q不及時(shí)也會(huì)增加氮的含量；鐵合金、廢鋼鐵和渣料中的氮也會(huì)隨爐料帶入鋼水。氮在鋼液中有兩種形式：自由狀態(tài)的氮原子、結(jié)合態(tài)的氮離子。理論上，真空條件下，氮可脫至10－6×10左右，但實(shí)踐上困難，主要受動(dòng)力學(xué)和其它合金元素的影響。鋼液中氮很難脫除，主要有以下幾個(gè)原因：（1）大氣中含有78％的氮，鋼液只要和大氣接觸就會(huì)吸氮；（2）鋼液中，氮與合金元素生成的氮化物處于溶解狀態(tài)，無法通過沉淀去除；（3）氮原子半徑比氫大，擴(kuò)散系數(shù)比氫小得多（小兩個(gè)數(shù)量級(jí)），所以真空去除很難；-6（4）氧、硫等表面活性元素阻礙鋼液脫氮。[O]、[S]在小于20×
6、10時(shí)對(duì)脫氮的影響可以消除，氧較易控制，而硫的控制則比較困難，因而增加了脫氮的難度。3煉鋼生產(chǎn)中氮的控制西昌鋼釩煉鋼廠現(xiàn)有2座200t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，每座轉(zhuǎn)爐出鋼量為200～230t，在頂吹氧的過程中，通過爐底設(shè)置的10塊透氣磚(外裝式)，可同時(shí)向爐內(nèi)吹入氮?dú)饣驓鍤膺M(jìn)行攪拌，底吹10個(gè)透氣元件的供氣系統(tǒng)均為單路控制，彼此互不影響。底吹系統(tǒng)供氣強(qiáng)度調(diào)節(jié)范圍為0.02～0.2Nm3/t·min，能夠滿足轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)冶煉工藝要求。底吹工作壓力為1.0～1.5MPa。影響轉(zhuǎn)爐冶煉電工鋼等鋼種氮含量的因素主要有：底吹攪拌氮?dú)迩袚Q時(shí)間、底吹氬氣強(qiáng)度、補(bǔ)吹次數(shù)、出鋼過程的影響（脫氧方
7、式、出鋼口的維護(hù)）等。冶金實(shí)踐表明：頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐在冶煉過程中，同時(shí)存在著吸氮和脫氮過程。在碳氧反應(yīng)區(qū)，鋼氣界面層溫度可達(dá)2600℃左右，氧、硫表面活性元素對(duì)鋼液吸氮和脫氮的阻礙作用消失，鋼液能通過碳氧反應(yīng)的生成物CO氣泡攜帶法脫氮。在轉(zhuǎn)爐吹氧脫碳過程中，存在著激烈的碳氧反應(yīng)。由于碳氧反應(yīng)生成的CO氣泡，如同向鋼液中吹入的氬氣泡一樣，冶煉時(shí)對(duì)鋼液中的氮來說，相當(dāng)于一個(gè)個(gè)的小真空室，氣泡中的氮分壓等于零，鋼液中的氮原子可以擴(kuò)散到CO氣泡與鋼液的界面上，形成N2分子進(jìn)入CO氣泡，隨著CO氣泡上浮而從鋼液中去除。在轉(zhuǎn)爐吹煉的前期和中期(開吹至吹煉8分鐘時(shí))，碳氧反應(yīng)激烈，
8、脫碳速度大
