电工钢冶炼过程中氮含量控制实践

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1、电工钢冶炼过程中氮含量控制实践王军（西昌钢钒有限公司炼钢厂）摘要攀钢西昌钢钒针对电工钢试制初期，成品氮含量偏高的现象，通过工艺技术措施的优化、改进，严格控制冶炼电工钢所需入炉半钢硫含量，降低冶炼过程中氮的含量。主要在转炉采用全程底吹氩、出钢时预脱氧控制碳氧平衡、出钢期间添加顶渣渣料，建立基本顶渣及调渣等工艺技术，LF炉控制底吹氩强度、控制炉内还原性气氛，RH炉高真空度、较大循环流量，连铸中间包保护渣及保护浇铸等技术措施，实现从转炉到连铸全程降低电工钢中氮的含量。关键词电工钢过程氮含量控制1前言对于大多数钢种而言，氮都是有害元素，钢中氮含量对钢的机械性能影响较大，尤

2、其是生产用于深冲条件下的低碳钢时，氮的不利影响特别明显。钢中氮含量增加，会使钢的屈服极限、强度极限和硬度提高，塑性下降，冲击韧性降低，并导致时效硬化。氮在钢液中的溶解度很大，但在固体铁中的溶解度却很小，所以在温度较低时，氮极易在晶界析出，引起钢的“冷脆”。氮对电磁性能的影响：无取向硅钢：钢中的[N]、[O]多数以夹杂状态存在，极少溶于α相，这两种状态都使铁损增加，导磁率和磁感应强度下降。固溶在α相中的[C]、[N]、[O]，尤其是[N]显著地影响磁时效，溶于α相中的[N]和[O]还提高矫顽力、降低导磁率，若形成针状夹杂。高磁感冷轧取向硅钢：要控制适量（不能多不能少

3、）的氮和均匀细小AlN形态。电工钢亦称硅钢片，是电力、电子和军事工业不可缺少的重要软磁合金，是一种生产技术难度大的金属功能材料，主要用作各种电机、发电机和变压器的铁心。影响电工钢性能的主要因素是化学成分和组织结构。目前电器铁芯元件等向着轻型化、节能、无噪音、美观、高效化、低成本方向发展。发展超薄型高磁感无取向硅钢，不仅可以简化生产工艺，改善钢的性能，也能充分利用材料，节省成本，这无疑是电工钢发展方向。但氮、碳元素在很大程度上影响了无取向硅钢的磁性，降低钢中碳、氮含量有利于提高电磁性能和材料综合加工性能。在炼钢过程中，无论是液态钢水和固体钢中都有AlN的存在，在通常

4、情况氮含量（40～60ppm）下，晶粒度与AlN的析出有关。氮在冷轧用低碳钢中被认为是一种有害的杂质。因此，在炼钢生产的各个工艺环节采取相应的技术措施，降低电工钢中氮的含量。2钢中氮的来源在常压下进行钢的冶炼，气体除铁水中已溶解的外，还可以通过各种原辅料进入钢液。当进入钢中的气体量超过冶炼过程脱碳沸腾的脱气量时，钢中气体的含量就增加。各种不同的炼钢炉，终点钢水中都含有一定量的氮。4氮的来源，氮气在炉气中的分压力很高，大气中氮的分压力大体保持在7.8×10Pa。因此钢中的氮主要是钢水裸露过程中吸入并溶解的。转炉炼钢，包括二次精炼的电弧加热，加速了气体的解离，故［N］

5、含量偏高；转炉复吹控制不当，氮氩切换不及时也会增加氮的含量；铁合金、废钢铁和渣料中的氮也会随炉料带入钢水。氮在钢液中有两种形式：自由状态的氮原子、结合态的氮离子。理论上，真空条件下，氮可脱至10－6×10左右，但实践上困难，主要受动力学和其它合金元素的影响。钢液中氮很难脱除，主要有以下几个原因：（1）大气中含有78％的氮，钢液只要和大气接触就会吸氮；（2）钢液中，氮与合金元素生成的氮化物处于溶解状态，无法通过沉淀去除；（3）氮原子半径比氢大，扩散系数比氢小得多（小两个数量级），所以真空去除很难；-6（4）氧、硫等表面活性元素阻碍钢液脱氮。[O]、[S]在小于20×

6、10时对脱氮的影响可以消除，氧较易控制，而硫的控制则比较困难，因而增加了脱氮的难度。3炼钢生产中氮的控制西昌钢钒炼钢厂现有2座200t顶底复吹转炉，每座转炉出钢量为200～230t，在顶吹氧的过程中，通过炉底设置的10块透气砖(外装式)，可同时向炉内吹入氮气或氩气进行搅拌，底吹10个透气元件的供气系统均为单路控制，彼此互不影响。底吹系统供气强度调节范围为0.02～0.2Nm3/t·min，能够满足转炉双联冶炼工艺要求。底吹工作压力为1.0～1.5MPa。影响转炉冶炼电工钢等钢种氮含量的因素主要有：底吹搅拌氮氩切换时间、底吹氩气强度、补吹次数、出钢过程的影响（脱氧方

7、式、出钢口的维护）等。冶金实践表明：顶底复吹转炉在冶炼过程中，同时存在着吸氮和脱氮过程。在碳氧反应区，钢气界面层温度可达2600℃左右，氧、硫表面活性元素对钢液吸氮和脱氮的阻碍作用消失，钢液能通过碳氧反应的生成物CO气泡携带法脱氮。在转炉吹氧脱碳过程中，存在着激烈的碳氧反应。由于碳氧反应生成的CO气泡，如同向钢液中吹入的氩气泡一样，冶炼时对钢液中的氮来说，相当于一个个的小真空室，气泡中的氮分压等于零，钢液中的氮原子可以扩散到CO气泡与钢液的界面上，形成N2分子进入CO气泡，随着CO气泡上浮而从钢液中去除。在转炉吹炼的前期和中期(开吹至吹炼8分钟时)，碳氧反应激烈，

8、脱碳速度大