电炉连铸坯中氮含量控制技术研究

电炉连铸坯中氮含量控制技术研究

崔凯

江苏华昌铝厂有限公司 江苏 徐州 221600

摘要：二十一世纪以来，全球经济进入全盛发展时期，制造业也迎来了黄金的发展时机。作为制造业基础行业的钢铁行业，在质量和规模上都有了相当大的进步。近年来，随着钢铁行业的发展，环保问题也日益突出，在全球呼吁碳达峰和碳中和的呼声中，政府鼓励短流程钢铁生产，即电炉生产流程；但是电炉生产流程与长流程相比较，钢液中的氮含量控制起来会较为困难。钢中氮含量过高，钢会出现“时效现象”，降低钢的冲击韧性和塑性；钢加热到一定温度时，钢会出现“蓝脆”现象，同时恶化钢的焊接性能；在含铝钢中，氮形成的AlN可以降低时效，细化奥氏体晶粒。基于此，对电炉连铸坯中氮含量控制技术进行研究，以供参考。

关键词：电炉；连铸坯；氮含量；控制技术

引言

铸坯低倍质量通常用来评价连铸机生产能力和水平以及验证生产工艺可行性，并且在一定程度上决定轧材质量。铸坯中的裂纹是常见缺陷，占缺陷总数的65%以上，连铸坯裂纹的产生与钢在高温下的力学性能有直接关系。钢的延展性试验表明，除了横裂纹以外的裂纹都是在第一和第二脆化区内形成的，其中第一脆化区是从1340℃左右到固相线温度，树枝晶间存在硫化物薄膜引起延展性低，第二脆化区是从900℃到1200℃之间，在晶间沉积有硫化物和氧化物等引起延展性低。

1钢液吸氮原理分析

（1）热力学分析，在电炉炼钢过程中，氮在钢液中的溶解和排出是一个动态平衡过程，在实际电炉炼钢流程生产中，影响PN2分压的主要因素为钢包吹氮操作、负压操作和钢液暴露在空气中，氮分压越高，氮溶解量越高；影响fN活度系数的主要因素为钢液化学成分构成及含量，（2）动力学分析，吸氮和放氮过程在电炉炼钢过程中是一个动态平衡过程。大气中的N2在界面处形成[N]并向钢液移动，扩散、溶解在钢液中，钢液中的[N]在界面处形成N2并向大气移动，扩散弥散在大气中。影响氮溶解和释放的因素较多，实际生产过程中，可以通过控制相应条件来控制氮的溶解和释放。其中Vm越大，氮含量稀释作用越强，因此电炉大型化是发展趋势；F主要取决于装置密封效果和钢液裸露影响，时间越短，裸露面积越小，增氮效果越差；当Vm和F为定值时，氮溶解主要受钢中界面活性元素氧和硫含量影响，在炼钢温度下（1700℃以下），氮溶解速率与氧和硫含量成反比，适当保持高氧位或高硫位操作，可以减少氮溶解情况发生。

2电炉连铸坯中氮含量控制技术

2.1大圆坯低倍控制技术

(1)动态供水的第二冷却技术包括确定两个冷却段，选择和配置第二冷却区的喷嘴，配置水模型(流量、压力等)。新区冷却系统水量主要分为脚轮、主动段a和主动段b，脚轮用水冷却，主动段用水雾冷却。区域喷嘴布置是环形的，以便在钢脱离结晶时实现均匀冷却。第二个冷却水的分布按拔模方向从上到下递增。这将考虑环行交叉口方向的变化，并且圆内外圆弧的总水比例稳定在2。2: 3 .铸造构造函数根据冷凝理论和第二冷水分布数学模型，建立铸件稳态热模型。高钢毛坯传热模拟模型用于模拟坯件高度，在不同冷却强度规定下确定坯件表面温度分布、坯件和坯件工具长度曲线，以确定基于坯件正确芯长度的最佳第二冷却系统。(2)两阶段磁搅拌技术，其中磁搅拌器用断裂的分枝结晶，以弥合循环等轴测、消除晶体过热、改善铸造材料的再分配、降低离心标准。离合器线采用抗干扰+冷凝冲击应力与抗干扰相结合的方式制作。高合金钢的混合应力增加，从而提高了混合强度；铸铁的锁定率降低了85%(1.0%)和38-42%(等轴测)。

2.2合理的炉前操作技术

(1)确定连续供应烤箱的次数。在此过程中，钢液的温度保持在尽可能低的水平，以避免出现空洞。(2)观察、偷窃、防止“电炉桥”。盖棚，使炉内金属温度过高，停留时间过长，同时处理减震器，会缩短炉内使用寿命。熔化时，熔胶前温度会升高，而剩馀时间保持在较低水平。这样可以减少高温灯泡的损坏，延长wird die板的使用寿命，并降低功耗。(3)瓦砾的形成自熔解以来一直在加强，耐高温钢减少了保护层下的放射性热损失，也导致钢隔热。典型的控制完成率为1-3%，必须快速准确地进行消毒，以尽量缩短浪费时间，从而降低能耗。(4)在铸造模具制造过程中，温度暂时升高，而铁质流体的剩馀时间保持低水平。从而减少了高温残留物在herddp板上的侵蚀，延长了炉的寿命，降低了功耗。高温会加剧炉内的损伤，特别是在新型炉内，从而防止温度升高。这是提高炉心和降低能耗的极好方法。(5)用熔炉盖固定加热装置，并始终磨损熔炉盖，但必要的操作除外。炉的开口在高温下造成相当大的辐射热损失。

2.3ＡＯＤ精炼－ＬＦ精炼氮含量控制及变化

官方发展援助的精细化过程使用大约15吨铬-高氯酚(超过7.0%)来调整炉内的铬成分。长期强烈的二氧化碳和氧反射可以进一步减少氮。AOC细度后，AOC细度后氮气(30-50)保持稳定；10-6，截面42.1 X10-6，低于炉液平均氮量，因为AoC细化过程中二氧化碳反应可能会增强，aod超细晶粒存在，钢液直接通过钢架流入钢中，达到高铬和空气。调整600 kg热量和300 kg荧光的废物系统，增加钢的流动量。(2)控制40s以下钢的总循环时间(炉内胶合板预选)，缩短钢液与空气的接触时间，减少氮。

2.4优化终点控制与出钢操作

终点控制主要在于尽量提高钢液中降低氮活度系数的元素，出钢操作主要在于减少钢液与大气的接触面积和接触时间，从而来抑制和减少氮的吸收。结合生产实际情况，主要优化操作方式为：（1）使用低氮铁合金、增碳剂和脱氧剂进行脱氧合金化，降低原辅材料氮的含量；（2）采用出钢前在钢包底部加入总量为250kg～350kg的石灰、脱氧剂和低熔点预熔渣，提早形成渣面阻碍钢液与大气直接接触；（3）控制终点碳按照上限（0.08%～0.12%）来抑制钢液氮的吸收，同时减少增碳剂加入导致的增氮情况；（4）维护好出钢口，杜绝钢流散流，减少钢流与大气的接触面积，同时控制出钢时间为180s～220s，减少钢流与大气的接触时间；（5）在保证合金熔化的前提下，出钢过程吹氩流量尽量小，减少钢液与大气接触面积，并延长软吹时间60s，促进钢液成分的均匀化和氮的排除，软吹时保证钢液不裸露。

2.5连铸坯矫直技术

连铸机弧形半径共9架拉矫机，采用多点连续矫直方式进行矫直，目的是防止矫直应力集中，超过高合金钢的塑性强度产生裂纹。同时高合金钢种由于Cr、Mo合金含量高、硬度大，导致铸坯不易矫直，用传统的工艺生产连铸坯翘头严重，严重时连铸坯无法过火切车，需进行人工切割，给生产及产品质量造成极大影响。为减轻高合金连铸坯翘头问题，通过对高合金钢铸坯的坯头部分采取高拉速、低配水、增大拉矫机压力的方法，可以有效解决高合金连铸坯的翘头问题。

结束语

氮在不锈钢中既有益又有害。氮可以促进奥地利组织的形成，增加钢的强度和腐蚀。但是，在氮气较高的情况下，钢加热至≤c，表面呈蓝色，氰化物发生，从而使金属格栅变形，产生内部应力，提高钢的形状和强度，产生蓝色裂纹。此外，钢中氮容易与合金元素产生，从而降低了合金元素的作用。在钢中，钛和铝等元素与氮相结合形成棱镜。钢中氮含量过高导致固体工艺两极分化。钢中Mn含量较低时，从凝固钢中提取氮形成空洞和松散的运动，在操作过程中延长钢中的汤匙导致裂纹失效。

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