电炉冶炼工序钢液氮含量的控制工艺研究讲课教案.ppt

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,电炉冶炼工序钢液氮含量的控制工艺研究,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（3567）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点氮含量的影响,在实际生产中，钢液经VD处理后的终点氮含量与入VD时钢液初始氮含量有明显的关系，如,图4,。初始氮含量越低，真空处理后终点氮含量也越低，因此，要想控制好钢液真空后的终点氮含量，必须从EAF-LF环节着手，降低电炉出钢氮含量，减少精炼过程增氮量。,4、生产中部分因素对钢液氮含量的影响,4.5、VD真空保持时间对钢液终点氮含量的影响,真空脱氮包含两部分：一是依靠氩气泡携带脱氮；二是由于真空环境中氮分压降低，使得氮由钢液向真空扩散。但是由于脱氮的动力学条件可知，受氮原子向气-液界面扩散速度的限制，脱氮速率较慢，因此适当延长VD真空保持时间可以降低终点氮含量，如,表2,所示。真空保持时间10分钟时的脱氮率为38.2%，明显高于真空保持时间15分钟时的脱氮率22.6%。,5、结论,（1）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，受电炉冶炼条件限制，氮含量降低幅度下降。出钢氮含量可控制在35-67ppm。,（2）通过对LF-VD工艺的优化控制，整个精炼过程氮含量可以控制为负增长。目前可控制在真空后钢液氮含量较出钢时平均降低约5ppm。,（3）经VD处理后终点氮含量控制在33-66ppm，且真空保持时间20min时的脱氮率38.2%，高于真空保持时间15min时的22.6%。,谢谢！,图1电炉铁水配比对出钢氮含量的影响,图2 LF精炼周期对钢中氮含量的影响,图3 合金加入量对钢中氮含量的影响,表1,部分冶炼用材料中的氮含量,名称,中碳锰铁,高碳锰铁,低碳铬铁,硅钙,铝线,硅铁,石灰,萤石,氮含量/%,0.046,0.0079,0.0338,0.556,0.0005,0.0005,0.0021,0.0081,图4 VD真空初始氮含量对终点氮含量的影响,表2,不同真空保持时间前后氮含量及脱氮率,真空保持15min,真空保持20min,炉号,初始N/,ppm,终点N/,ppm,脱氮率/%,炉号,初始N/,ppm,终点N/,ppm,脱氮率/%,14102113,51.90,45.83,11.7,14102508,95.70,42.23,55.9,14102386,73.65,59.55,19.1,14102510,65.30,37.10,43.2,14102214,62.50,41.27,34.0,14102128,71.50,33.40,53.3,14102069,63.90,54.70,14.4,14102507,64.17,51.97,19.0,14102217,64.20,48.60,24.3,14102383,113.00,77.05,31.8,14102044,77.55,66.60,14.1,14102385,68.55,48.85,28.7,14102525,69.15,54.65,21.0,14102384,68.90,39.20,43.1,14102387,83.85,52.05,37.9,14200499,61.87,46.67,24.6,合计,68.34,52.91,22.6,合计,76.12,47.06,38.2,此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢,