一种提高钒微合金化螺纹钢中氮含量的生产方法与流程

1.本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种提高钒微合金化螺纹钢中氮含量的生产方法。


背景技术：

2.钒微合金化是目前使用最广泛的螺纹钢微合金化钢生产方法，在钒微合金化的螺纹钢中，钒以固溶态和化合态两种形态存在。钢中固溶钒的强化作用不大，化合态的钒主要以碳氮化合物的形态存在，碳氮化合物对基体和晶界的滑移会产生强烈的钉扎效果，有很好的强化作用。在螺纹钢生产过程中，由于钒的金属性质比较稳定，其在钢中的收得率可以稳定控制在95-97%之间，而钢中的氮受到转炉终点、钢中氧含量、转炉温度、转炉底吹及钢中氧含量等因素的影响，其收得率在60-80%之间大范围的波动。当钢材中的氮含量较低时，钢中的钒以固溶态的形式存在于钢中，微合金强化效果差，造成钒合金的浪费和钢材性能的波动。现阶段主要采用在钢水精炼过程中加入含氮合金的方法来提升钢中的氮，以此增加钢中化合态的含量，提高钒合金的利用率，解决钢材性能波动的问题，但这会增加冶炼过程成本。
3.工业铝灰是指电解铝生产过程中产生的含有大量金属铝、氧化铝、盐及其他金属氧化物杂质的工业固体废弃物，目前铝灰的回收利用工艺主要针对铝灰中铝，氧化铝和盐类物质，对铝灰中大量存在的氮化铝缺乏有效的回收工艺，造成资源的浪费。另外，氮化铝长期与水接触后会生成具有刺激性气味的氨气，造成环境污染，危害公众健康。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种提高钒微合金化螺纹钢中氮含量的生产方法，在螺纹钢生产过程中通过加入增氮精炼渣和lf钢包炉精炼过程使用氮气底吹的组合方法，利用工业铝灰中氮化铝和底吹气体中的氮气为氮源，通过氮化铝在高温钢渣中的分解提高钢渣中的氮含量及通过使用氮气底吹增加精炼炉内氮气分压、增加精炼电弧电离氮气能力，来提高钒微合金化螺纹钢中氮的含量，从而提升钢中钒的化合物的含量，达到稳定和提升钒合金的微合金化效果，实现提升、稳定钢材性能，并可提供一条资源化利工业铝灰中氮化铝的途径，减少铝灰对环境的危害。
5.为此，本发明采用如下技术方案：一种提高钒微合金化螺纹钢中氮含量的生产方法，在钒微合金化螺纹钢精炼生产过程中通过加入增氮精炼渣和使用氮气底吹的组合方法，实现钒微合金化螺纹钢过程的稳定增氮。
6.进一步地，具体包括以下步骤：1）控制转炉终点c：0.06-0.12%，在转炉出钢过程中加入硅铁、硅锰及铝锰铁脱氧，维持钢中氧含量小于40ppm，控制转炉下渣量60mm以下；2）钢水进站后加入头批渣料，增氮精炼渣1-5kg/t，石灰1-5kg/t，同时开氮气底吹将渣料铺平，控制氮气底吹流量为30-40m3/h；
3）下电极升温化渣，同时调整氮气底吹流量20-30 m3/h，根据化渣情况补充增氮精炼渣和石灰，增氮精炼渣1-5kg/t，石灰1-5kg/t；升温5-10min后停止氮气底吹，测温取样；4）根据钢水成分进行钢水的成分微调和渣料的补加，增氮精炼渣用量按1-5kg/t，石灰用量1-5kg/t，控制氮气底吹流量10-20 m3/h；5）钢水成分温度调整完成以后，使用氮气对钢水进行软吹处理，钢水软吹氮气流量1-5 m3/h，软吹时间＞5min。
7.进一步地，所述增氮精炼渣的成分按重量百分比包括：工业铝灰50-90%，石灰石10-30%，粘结剂10-25%。
8.进一步地，所述增氮精炼渣制成直径为20-50mm精炼渣球。
9.进一步地，所述工业铝灰的成分按重量百分比包括：氧化铝30～70%、氮化铝10～35%、金属铝1～10%、盐类20～30%以及其他组分，粒度为0-3mm。
10.本发明的有益效果在于：1.在精炼过程中利用高温电弧将增氮精炼渣中的氮化铝分解为铝和氮，提高钢渣中氮的含量，利用钢渣间的扩散为钢水稳定供氮，同时采用底吹氮气方法增加精炼炉内氮气分压，提高电弧电离氮气的能力，可显著提高钢水中的氮含量，使钢中钒大部分以化合物的形式析出，充分发挥钒的析出强化效果，节约冶炼过程中钒氮合金的使用量，稳定和提升微合金化螺纹钢的力学性能，节约生产成本；2.精炼过程无需添加炉渣黏度调节剂，利用增氮精炼渣中的氧化铝，可将精炼过程中炉渣的黏度和流动性控制在合理的范围内，提高精炼渣中氮含量及钢渣界面氮的传质能力，增加过程增氮速度，进一步提高钢水中氮含量；3.精炼过程无需添加脱氧剂，利用增氮精炼渣中的铝可以有效减少钢中的氧含量，减少钢水的表面活性，消除氧化活性元素对钢水增氮的不良影响，加快渣中的氮向钢中扩散的趋势和速度；4.精炼过程无需添加化渣剂，利用增氮精炼渣中的盐类物质可加快精炼过程的成渣速度，增加精炼熔渣与钢水的接触时间，从而增加钢水中的氮含量，减少精炼过程电耗，节约精炼生产成本；5.利用熔渣中的氧化物和电弧的高温，可以将氮化铝中的分解成氮溶解于钢中，提供一种资源化利用铝灰中氮化铝的途径，减少其对大气环境的危害。
具体实施方式
11.下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
12.一种提高钒微合金化螺纹钢中氮含量的生产方法,在螺纹钢精炼生产过程中通过向钢包精炼炉内加入增氮精炼渣和使用氮气底吹的方法，提升和稳定微合金钢中氮含量，提高钒合金的利用率，从而稳定钒微合金化钢的性能。所生产典型钢中成分见下表1，所使用的精炼渣成分见下表2。
13.表1 生产典型的钢种的成分(wt%)
表2 增氮精炼渣成分（wt%）本发明的具体操作方法参见以下实施例：实施例11）控制转炉终点c：0.06%，出钢温度1620℃，在转炉出钢过程中加入硅铁0.6kg/t、硅锰16kg/t及铝锰铁0.6kg/t脱氧合金化，脱氧合金化完成后钢中氧含量35ppm，控制转炉下渣量50mm。
14.2）钢水进站后加入头批渣料，增氮精炼渣1kg/t，石灰5kg/t，同时开氮气底吹将渣料铺平，控制氮气底吹流量为30 m3/h。
15.3）下电极升温化渣，同时调整氮气底吹流量20 m3/h，根据化渣情况补充适量的增氮精炼渣5kg/t和石灰1kg/t。升温5min后，炉内熔渣已化清，停止氮气底吹，测温取样。
16.4）根据钢水成分进行钢水的成分微调和二次渣料的补加，增氮精炼渣用量按5kg/t，石灰用量1kg/t，氮气底吹流量10 m3/h。
17.5）钢水成分温度调整完成以后，使用氮气对钢水进行软吹处理，钢水软吹氮气流量1 m3/h，软吹时间6min。
18.实施例21）控制转炉终点c：0.07%，出钢温度1630℃，在转炉出钢过程中加入硅铁0.6kg/t、硅锰16kg/t及铝锰铁0.7kg/t脱氧合金化，脱氧合金化完成后钢中氧含量34ppm，控制转炉下渣量50mm。
19.2）钢水进站后加入头批渣料，增氮精炼渣4kg/t，石灰2kg/t，同时开氮气底吹将渣料铺平，控制氮气底吹流量为36 m3/h。
20.3）下电极升温化渣，同时调整氮气底吹流量23 m3/h，根据化渣情况补充适量的增氮精炼渣2kg/t和石灰1kg/t。升温8min后，炉内熔渣已化清，停止氮气底吹，测温取样。
21.4）根据钢水成分进行钢水的成分微调和二次渣料的补加，增氮精炼渣用量按2kg/t，石灰用量1kg/t，氮气底吹流量13 m3/h。
22.5、钢水成分温度调整完成以后，使用氮气对钢水进行软吹处理，钢水软吹氮气流量4 m3/h，软吹时间6min。
23.实施例31）控制转炉终点c：0.08%，出钢温度1630℃，在转炉出钢过程中加入硅铁0.6kg/t、硅锰16kg/t及铝锰铁0.6kg/t脱氧合金化，脱氧合金化完成后钢中氧含量34ppm，控制转炉下渣量50mm。
24.2）钢水进站后加入头批渣料，增氮精炼渣3kg/t，石灰2kg/t，同时开氮气底吹将渣料铺平，控制氮气底吹流量为33 m3/h。
25.3）下电极升温化渣，同时调整氮气底吹流量25 m3/h，根据化渣情况补充适量的增
氮精炼渣2kg/t和石灰1kg/t。升温7min后，炉内熔渣已化清，停止氮气底吹，测温取样。
26.4）根据钢水成分进行钢水的成分微调和二次渣料的补加，增氮精炼渣用量按2kg/t，石灰用量2kg/t，氮气底吹流量16 m3/h。
27.5）钢水成分温度调整完成以后，使用氮气对钢水进行软吹处理，钢水软吹氮气流量2 m3/h，软吹时间5min。
28.实施例41）控制转炉终点c：0.12%，出钢温度1625℃，在转炉出钢过程中加入硅铁0.6kg/t、硅锰16kg/t及铝锰铁0.7kg/t脱氧合金化，脱氧合金化完成后钢中氧含量37ppm，控制转炉下渣量50mm。
29.2）钢水进站后加入头批渣料，增氮精炼渣5kg/t，石灰1kg/t，同时开氮气底吹将渣料铺平，控制氮气底吹流量为40 m3/h。
30.3）下电极升温化渣，同时调整氮气底吹流量30 m3/h，根据化渣情况补充适量的增氮精炼渣1kg/t和石灰5kg/t。升温10min后，炉内熔渣已化清，停止氮气底吹，测温取样。
31.4）根据钢水成分进行钢水的成分微调和二次渣料的补加，增氮精炼渣用量按5kg/t，石灰用量1kg/t，氮气底吹流量20 m3/h。
32.5）钢水成分温度调整完成以后，使用氮气对钢水进行软吹处理，钢水软吹氮气流量5 m3/h，软吹时间7min。
33.实施例51）控制转炉终点c：0.10%，出钢温度1620℃，在转炉出钢过程中加入硅铁0.6kg/t、硅锰16kg/t及铝锰铁0.5kg/t脱氧合金化，脱氧合金化完成后钢中氧含量37ppm，控制转炉下渣量50mm。
34.2）钢水进站后为减少炉渣中的氧对增氮的不良影响，增加熔渣中n的含量，加入头批渣料，增氮精炼渣4kg/t，石灰2kg/t，同时开氮气底吹将渣料铺平，控制氮气底吹流量为30 m3/h。
35.3）下电极升温化渣，同时调整氮气底吹流量24 m3/h，根据化渣情况补充适量的增氮精炼渣2kg/t和石灰1kg/t。升温6min后炉内熔渣已经化清，停止氮气底吹，测温取样。
36.4）根据钢水成分进行钢水的成分微调和二次渣料的补加，增氮精炼渣用量按2kg/t，石灰用量2kg/t，氮气底吹流量13 m3/h。
37.5）钢水成分温度调整完成以后，使用氮气对钢水进行软吹处理，钢水软吹氮气流量3 m3/h，软吹时间8min。
38.实施例61）控制转炉终点c：0.09%，出钢温度1625℃，在转炉出钢过程中加入硅铁0.6kg/t、硅锰16kg/t及铝锰铁0.6kg/t脱氧合金化，脱氧合金化完成后钢中氧含量35ppm，控制转炉下渣量50mm。
39.2）钢水进站后为减少炉渣中的氧对增氮的不良影响，增加熔渣中n的含量，加入头批渣料，增氮精炼渣4kg/t，石灰2kg/t，同时开氮气底吹将渣料铺平，控制氮气底吹流量为35 m3/h。
40.3）下电极升温化渣，同时调整氮气底吹流量27 m3/h，根据化渣情况补充适量的增氮精炼渣2kg/t和石灰1kg/t。升温7min后，炉内熔渣已经化清，停止氮气底吹，测温取样。
41.4）根据钢水成分进行钢水的成分微调和二次渣料的补加，增氮精炼渣用量按2kg/t，石灰用量2kg/t，氮气底吹流量11 m3/h。
42.5）钢水成分温度调整完成以后，使用氮气对钢水进行软吹处理，钢水软吹氮气流量3 m3/h，软吹时间5min。
43.使用发明的实施例和不使用本发明对比例生产钒微合金化钢材成分见下表3，生产ф25mm钢材性能见下表4。
44.表3微合金化合金及加入量及钢材成分表4对比例和本实施例生产ф25mm钢材性能通过以上对比例和实施例成分力学性能的比较可知，在相同数量的vn16合金使用量的条件下，实施例的中n含量提升约40ppm，对比例的屈服强度平均提升16mpa左右，且性能波动范围明显变小，使用本发明可以有效提高钢中的n含量，提升和稳定钢材的力学性能。