一种转炉氧氮混吹进行钢水增氮的方法与流程

1.本发明涉及炼钢技术领域，特别是涉及一种转炉氧氮混吹进行钢水增氮的方法。


背景技术：

2.螺纹钢筋目前在炼钢领域占有很大比重，而钒氮微合金化是其中应用最广的增加螺纹钢强度的手段。通常钢水增氮主要有转炉底吹增氮、钢包底吹增氮以及加入含氮合金三种方法，而转炉底吹增氮和钢包底吹增氮的效率均较低，含氮合金成本较高，增氮效率不稳定。例如，有的增氮方式是在转炉冶炼末期向转炉内加入脱氧剂，并通过氧枪向钢水中单吹入氮气来达到增氮目的，但该方法脱氧剂消耗高，成本高。


技术实现要素：

3.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种转炉氧氮混吹进行钢水增氮的方法，用于解决现有技术中钢水氮含量控制困难、生产成本高、生产效率低等问题。
4.为实现上述目的及其他相关目的，一种转炉氧氮混吹进行钢水增氮的方法，包括以下步骤，在转炉工序的吹炼过程中持续通入氧气，且在通入氧气的过程中通入氮气进行氧氮混吹，并在吹炼过程后的出钢过程中加入硅钒铁进行固氮。
5.本发明的有益效果是：操作简单，通氮量便于控制，吹炼完毕后，在出钢过程中加入硅钒铁来固氮，无需再采用含氮合金，降低了合金成本，提高了生产效率，同时增加了氮控的稳定性。
6.可选地，在所述吹炼过程中，脱碳速率下降的转折点处于氧步70％～80％之间。
7.可选地，在所述吹炼过程中，在氧步60％～80％之间开始通入氮气，且在所述脱碳速率下降的转折点之前开始通入氮气，进行氧氮混吹。
8.采用上述可选地方案的有益效果是：脱碳速率下降后，增氮条件良好，通过在脱碳速率转折点前通入氮气，实现氧氮混吹，提高氮分压，达到稳定提高增氮效率的目的。
9.可选地，在氧氮混吹过程中氧氮流量比为3：1～6：1。
10.可选地，在氧氮混吹过程中，通入氮气时，所述氮气和氧气的实时总流量等于单独通入氧气时的实时总流量。
11.可选地，在氧氮混吹过程中，每吨钢通入的氮气量的计算公式为：
[0012][0013]
其中，m1表示每吨钢需要通入的氮气量，单位为m3；m2表示每吨钢所需要达到的目标氮含量，m2为已知常数，单位为ppm；m3表示每吨钢底吹增氮量，所述底吹增氮量包括转炉底吹和钢包底吹，底吹增氮量m3的范围为35～60ppm；m4表示氮气密度，氮气密度m4为1.25kg/m3；m5表示氮气收得率，氮气收得率m5的范围为3％～4％。
[0014]
可选地，所述氧氮混吹结束后，继续通入氧气30s～90s。
[0015]
可选地，在出钢过程中，每吨钢加入0.6～3kg硅钒铁。
[0016]
采用上述可选地方案的有益效果是：在混吹过程中通入合适的氧氮比有利于稳定提高增氮效率，并配合硅钒铁材料，避免资源浪费，降低成本。
具体实施方式
[0017]
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0018]
需要说明的是，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
[0019]
在对本发明实施例进行详细叙述之前，先对本发明的应用环境进行描述。本发明的技术主要是应用于炼钢技术领域，特别是应用于炼钢过程中进行钢水增氮的方法。本发明是解决传统炼钢技术钢水增氮效率低、成本高等问题。
[0020]
本发明的转炉氧氮混吹进行钢水增氮的方法，包括以下步骤，在转炉工序的吹炼过程中一直持续通入氧气，在通入氧气的过程中通入氮气进行氧氮混吹，并且在氮气通入完成后才停止通入氧气，为了防止在停止吹氧时，吹氮量未达到要求，因此在氧氮混吹结束后，氧气可以再继续通入30s～90s，保证了在提氧枪前，氧氮混吹已经结束，提高安全性能；在吹炼过程完成后的出钢过程(所谓的出钢过程是指转炉吹炼完成，钢水由转炉出来进入钢包之间的过程)中加入硅钒铁进行固氮。
[0021]
其中，在转炉工序的吹炼过程中会一直持续通入氧气，整个吹炼过程中通入氧气的总量为t总，t总为已知量，当单独通入氧气时，氧气可以以均匀的流量持续通入，使得转炉工序的吹炼过程安全稳定。在吹炼过程中，脱碳速率下降的转折点处于氧步(氧步指的是通入氧气的量到达t总的量)70％～80％之间，即脱碳速率下降的转折点处于通入氧气的量到达t总的70％～80％之间，在脱碳速率下降的转折点之前开始通入氮气，进行氧氮混吹。通入氮气的起始点可以在氧步60％～80％之间，且同时保证是在脱碳速率下降的转折点前开始，进行氧氮混吹，在合适的氧步量开始通入氮气进行氧氮混吹，保证了在脱碳速率下降转折点前附近已经有氮气通入，能够有效减短氧氮混吹时间，减少氧气消耗，同时又保证了吹入氮气的收得率，并且以氧步量作为氧氮混吹的起始参考基准，通用性强，适用范围广。在脱碳速率下降后通入的氮气，能够起到良好的增氮效果，通过氧枪混吹氮气，使得氮气在火点处2600℃以上的高温下分解，更容易被钢水吸收，提高了增氮效率。
[0022]
每吨钢需要通入的氮气量的计算公式(1)如下：
[0023][0024]
其中，m1表示每吨钢需要通入的氮气量，单位为m3；m2表示每吨钢所需要达到的目标氮含量，为已知常数，单位为ppm；m3表示每吨钢底吹增氮量，底吹增氮量包括转炉底吹和钢包底吹，底吹增氮量m3的范围为35～60ppm；m4表示氮气密度，氮气密度为1.25kg/m3；m5表示氮气收得率，氮气收得率m5的范围为3％～4％。不同直径规格的同一钢种氮含量要求
相同，但直径规格越大，目标氮含量m2的值会越大，目标氮含量m2根据具体钢种直径规格进行对应选择即可。
[0025]
根据上述公式计算出不同直径规格的钢种每吨钢需要通入的氮气量m1，在氧氮混吹过程中氧氮可以以3：1～6：1的流量比进行通入。其工作过程为：在吹炼过程中，先通过氧枪通入氧气，当氧步到60％～80％时，即到达氧氮混吹起始点时，氧气的流量自动下降，氮气的流量自动上升，并达到设置的氧氮比，进行氧氮混吹，在氧氮混吹过程中，使得氮气和氧气的实时总流量等于单独通入氧气时的实时总流量，当氧氮混吹到达设置的吹氮量时，自动关闭氮气阀，氧气流量恢复初始状态持续再吹炼30s～90s至吹炼过程终点，完成吹炼过程后，在将钢水转运到钢包的出钢过程中，根据钢种需求可以在每吨钢加入的0.6～3kg的硅钒铁进行固氮以及进一步微合金化。控制氧氮混吹过程中的气体总流量，有利于避免因气体流量过大而造成安全事故，提高安全性能；采用硅钒铁进行固氮，不仅提高固氮效果，而且减少了氮的加入，保证固氮效果的同时避免氮超标。
[0026]
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
[0027]
实施例1：
[0028]
在本实施例中，973505炉次(炉次仅用来对转炉进行编号记录)吹炼φ20mm规格的hrb500e，其每吨钢氮含量的判定要求大于或等于150ppm，每吨钢的目标氮含量m2要求大于或等于170ppm，在本实施例中，m2为170ppm，底吹增氮量m3为50ppm，氮气的收得率m5为3.5％，根据公式(1)计算出每吨钢的吹氮量m1为2.7m3，提前在设备上设置氧氮混吹的起始点在氧步为60％时，氧氮混吹时的氧氮流量比为5.25:1，随后开始下枪冶炼。当吹炼至氧步为60％时，氧气流量自动下降，氮气流量自动提升，并保持总流量不变，直至达到设定的5.25:1的氧氮比进行稳定混吹，当吹氮总量达到设置值后，氮气阀自动关闭，而氧气流量提升恢复至初始正常值，继续吹氧30s达到吹炼终点。吹炼完成后，在出钢过程加入2.85kg的硅钒铁固氮，不再另外加入含氮合金，此炉钢成品氮含量为182ppm，满足大于或等于150ppm的钢种需求。使用本方法较传统的通过钒氮合金化(通过钒氮合金化固氮，每吨钢还需另外加入2kg的氮化硅)固氮相比，每吨钢降低成本约12元。
[0029]
实施例2：
[0030]
在本实施例中，951308炉次吹炼φ25mm规格的hrb400e，其每吨钢氮含量的判定要求大于或等于80ppm，每吨钢的目标氮含量m2要求大于或等于120ppm，在本实施中，m2为120ppm，底吹增氮量m3为40ppm，氮气的收得率m5为3.5％，根据公式(1)计算出每吨钢的吹氮量m1为1.8m3，提前在设备上设置氧氮混吹的起始点在氧步为70％时，氧氮混吹时的氧氮流量比为4:1，随后开始下枪冶炼。当吹炼至氧步为70％时，氧气流量自动下降，氮气流量自动提升，并保持总流量不变，直至达到设定的4:1的氧氮比进行稳定混吹，当吹氮总量达到设置值后，氮气阀自动关闭，而氧气流量提升恢复至初始正常值，继续吹氧60s达到吹炼终点。吹炼完成后，在出钢过程加入1.2kg的硅钒铁固氮，不再另外加入含氮合金，此炉钢成品氮含量为133ppm，满足大于或等于80ppm的钢种需求。使用本方法较传统的通过钒氮合金化(通过钒氮合金化固氮，每吨钢还需另外加入1.2kg的氮化硅)固氮相比，每吨钢降低成本约8元。
[0031]
实施例3：
[0032]
在本实施例中，973908炉次吹炼φ10mm规格的hrb400e，其每吨钢氮含量的判定要
求大于或等于80ppm，每吨钢的目标氮含量m2要求大于或等于100ppm，在本实施例中，m2为100ppm，底吹增氮量m3为40ppm，氮气的收得率m5为3.5％，根据公式(1)计算出每吨钢的吹氮量m1为1.4m3，提前在设备上设置氧氮混吹的起始点在氧步为80％时，氧氮混吹时的氧氮流量比为4.8:1，随后开始下枪冶炼。当吹炼至氧步为80％时，氧气流量自动下降，氮气流量自动提升，并保持总流量不变，直至达到设定的4.8:1的氧氮比进行稳定混吹，当吹氮总量达到设置的1.5m3后，氮气阀自动关闭，而氧气流量提升恢复至初始正常值，继续吹氧90s达到吹炼终点。吹炼完成后，在出钢过程加入0.67kg的硅钒铁固氮，不再另外加入含氮合金，此炉钢成品氮含量为133ppm，满足大于或等于80ppm的钢种需求。使用本方法较传统的通过钒氮合金化(通过钒氮合金化固氮，每吨钢还需另外加入0.7kg的氮化硅)固氮相比，每吨钢降低成本约5元。
[0033]
本发明通过设置不同的氧氮混吹参数，提高了增氮效率，增氮稳定，能达到不同钢种的氮含量需求，无需通过含氮合金来增加钢种的含氮量，完全取代含氮合金，较大幅度的降低了合金成本。
[0034]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。