CN114107608B - 一种炉外精炼中氮含量的控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及钢铁冶炼技术领域，尤其涉及一种炉外精炼中氮含量的控制方法，所述方法包括：获取精炼到站钢水的第一氮含量；获取精炼后期钢水的目标氮含量；根据所述第一氮含量和目标氮含量，判断炉外精炼后期是否需要氮处理操作；若是，根据所述第一氮含量和目标氮含量确定氮处理操作的类型；根据确定的所述氮处理操作的类型进行炉外精炼后期的处理，得到精炼后钢水；通过炉外精炼过程中的到站钢水的第一氮含量和炉外精炼后期钢水的目标氮含量进行比较，确定对炉外精炼后期的氮处理操作的类型，在不加入其他增氮或脱氮试剂的情况下，实现低成本且准确控制氮元素含量的效果。

Description

一种炉外精炼中氮含量的控制方法

技术领域

本申请涉及钢铁冶炼技术领域，尤其涉及一种炉外精炼中氮含量的控制方法。

背景技术

随着钢铁结构产品的不断升级调整，钢铁冶炼的要求越来越高，由于钢水中氮含量会引起时效应变的问题，同时对于部分高钛含量的钢种，氮还易与钛结合形成氮化钛的夹杂物，而氮化钛的夹杂物将影响钢材的性能，同时氮还能影响高温塑性等钢材性能，因此需要在炼钢过程中对钢水中氮含量进行精准控制。

目前针对钢水中氮含量的控制主要采用原辅料中氮含量控制的方法，而对原辅料中氮含量的控制需要对原辅料进行多次除氮操作，增加了钢铁冶炼的难度，也增加了冶炼成本。

发明内容

本申请提供了一种炉外精炼中氮含量的控制方法，以解决现有技术中在低成本条件下，氮含量难以控制的技术问题。

第一方面，本申请提供了一种炉外精炼中氮含量的控制方法，所述方法包括：

获取精炼到站钢水的第一氮含量；

获取精炼后期钢水的目标氮含量；

根据所述第一氮含量和目标氮含量，判断炉外精炼后期是否需要氮处理操作；

若是，根据所述第一氮含量和目标氮含量确定氮处理操作的类型；

根据确定的所述氮处理操作的类型进行炉外精炼后期的处理，得到精炼后钢水；

所述氮处理操作包括增氮操作、维持氮操作和脱氮操作中任一种；

所述目标氮含量包括第一目标氮含量、第二目标氮含量和第三目标氮含量；

所述目标氮含量为0.002％～0.005％。

可选的，根据所述第一氮含量和目标氮含量确定氮处理操作的类型，包括：

根据所述第一氮含量和第一目标氮含量的大小，或根据所述第一氮含量和所述第二目标氮含量的大小，或根据所述第一氮含量和第三目标氮含量的大小，判断氮处理操作为增氮操作、维持氮操作或脱氮操作，具体包括：

当所述第一氮含量≤所述第一目标氮含量，判断氮处理操作为增氮操作，

当所述第一氮含量＝所述第二目标氮含量，判断氮处理操作为维持氮操作，

当所述第一氮含量≥所述第三目标氮含量，判断氮处理操作为脱氮操作；

所述第一目标氮含量≤0.0023％，0.0023％＜所述第二目标氮含量＜0.004％，所述第三目标氮含量≥0.004％。

可选的，所述增氮操作包括：

根据所述第一氮含量和第一目标氮含量，计算增氮操作的增氮时间；

设定提升气体的第一流量和炉外精炼的第一真空度；

在提升气体的所述第一流量和炉外精炼的所述第一真空度的条件下，根据所述增氮时间进行增氮操作；

所述提升气体为氮气。

可选的，所述增氮时间的计算公式为：

增氮时间＝(第一目标氮含量-第一氮含量)*10⁶/2.4。

可选的，所述第一流量为1400～1800NL/min，所述第一真空度为35～45mbar。

可选的，所述维持氮操作包括：

设定提升气体的第二流量和炉外精炼的第二真空度；

在提升气体的所述第二流量和炉外精炼的所述第二真空度的条件下，进行维持氮操作；

所述提升气体为氩气；

所述维持氮操作时间为至炉外精炼的真空处理结束为止。

可选的，所述第二流量为1400～1800NL/min，所述第二真空度为30～50mbar。

可选的，所述脱氮操作包括：

根据所述第一氮含量和第三目标氮含量，计算脱氮操作的脱氮时间；

设定提升气体的第三流量和炉外精炼的第三真空度；

在提升气体的所述第三流量和炉外精炼的所述第三真空度的条件下，根据所述脱氮时间进行脱氮操作；

所述提升气体为氩气。

可选的，所述脱氮时间的计算公式为：

脱氮时间＝(第一氮含量-第三目标氮含量)*10⁶/0.4。

可选的，所述第三流量为1800～2400NL/min，所述第三真空度≤0.1mbar。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本申请实施例提供的一种炉外精炼中氮含量的控制方法，通过炉外精炼过程中的到站钢水的第一氮含量和炉外精炼后期钢水的目标氮含量进行比较，确定对炉外精炼后期的氮处理操作的类型，并且限定第一氮含量的范围，从而在第一氮含量的条件下，能够准确判断炉外精炼后期对钢水中氮元素的处理类别，并根据判断的氮处理操作的类别进行处理，从而在不加入其他增氮或脱氮试剂的情况下，实现低成本且准确控制氮元素含量的效果。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种炉外精炼中氮含量的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请一个实施例中，如图1所示，提供一种炉外精炼中氮含量的控制方法，所述方法包括：

S1.获取精炼到站钢水的第一氮含量；

S2.获取精炼后期钢水的目标氮含量；

S3.根据所述第一氮含量和目标氮含量，判断炉外精炼后期是否需要氮处理操作；

若是，根据所述第一氮含量和目标氮含量确定氮处理操作的类型；

若否，直接进行下一步骤；

S4.根据确定的所述氮处理操作的类型进行炉外精炼后期的处理，得到精炼后钢水；

所述氮处理操作包括增氮操作、维持氮操作和脱氮操作中任一种；

所述目标氮含量包括第一目标氮含量、第二目标氮含量和第三目标氮含量；

所述目标氮含量为0.002％～0.005％。

本申请中，目标氮含量为0.002％～0.005％的作用是钢水经过转炉或LF炉脱氧及合金化后到达RH炉时的正常范围。

作为一个可选的实施方式，所述根据所述第一氮含量和目标氮含量确定氮处理操作的类型，包括：

根据所述第一氮含量和第一目标氮含量的大小，或根据所述第一氮含量和所述第二目标氮含量的大小，或根据所述第一氮含量和第三目标氮含量的大小，判断氮处理操作为增氮操作、维持氮操作或脱氮操作，具体包括：

当所述第一氮含量≤所述第一目标氮含量，判断氮处理操作为增氮操作，

当所述第氮含量＝所述第二目标氮含量，判断氮处理操作为维持氮操作，

当所述第一氮含量≥所述第三目标氮含量，判断氮处理操作为脱氮操作；

所述第一目标氮含量≤0.0023％，0.0023％＜所述第二目标氮含量＜0.004％，所述第三目标氮含量≥0.004％。

本申请中，通过对第一氮含量和目标氮含量的大小进行比较，从而先确定到站钢水的第一氮含量是否超过精炼炉后期的钢水氮含量的标准，再确定精炼炉后期的具体氮处理操作，节省精炼后期对氮含量测定后再进行处理的步骤，并且无需对钢水的原辅料的含氮量进行控制，降低了成本的同时能够精准控制氮含量。

第一目标氮含量≤0.0023％的目的是由于该值低于或处于目标氮含量的下限水平；当该含量的取值范围过大，将导致的不利影响是经过本申请处理后的钢种所得到的终点氮含量会发生偏离，当该含量的取值范围过小，将导致的不利影响是经过本申请处理后的钢种所得到的终点氮含量会发生偏离。

0.0023％＜所述第二目标氮含量＜0.004％的目的是该值处于目标氮含量的中上限水平；当该含量的取值范围过大，将导致的不利影响是经过本申请处理后的钢种所得到的终点氮含量会发生偏离，当该含量的取值范围过小，将导致的不利影响是经过本申请处理后的钢种所得到的终点氮含量会发生偏离。

第三目标氮含量≥0.004％的目的是该值高于目标氮含量的上限水平；当该含量的取值范围过大，将导致的不利影响是经过本申请处理后的钢种所得到的终点氮含量会发生偏离，当该含量的取值范围过小，将导致的不利影响是经过本申请处理后的钢种所得到的终点氮含量会发生偏离。

作为一个可选的实施方式，所述增氮操作包括：

根据所述第一氮含量和所述第一目标氮含量，计算增氮操作的增氮时间；

设定提升气体的第一流量和炉外精炼的第一真空度；

在提升气体的所述第一流量和炉外精炼的所述第一真空度的条件下，根据所述增氮时间进行增氮操作；

所述提升气体为氮气。

本申请中，以氮气为提升气体，在提升气体的第一流量和炉外精炼的第一真空度的条件下，通过计算的增氮时间进行增氮，从而能够精准控制增加的氮含量，实现对氮含量的精准控制的目的。

作为一个可选的实施方式，所述增氮时间的计算公式为：

增氮时间＝(第一目标氮含量-第一氮含量)*10⁶/2.4，

其中，2.4为炉外精炼中增氮操作的比例常数。

本申请中，通过第一目标氮含量和第一氮含量差值计算得到增氮时间，从而准确控制增氮操作的所需时间，精准控制增氮量，实现对氮含量的精准控制的目的。

作为一个可选的实施方式，所述第一流量为1400～1800NL/min，所述第一真空度为35～45mbar。

本申请中，第一流量为1400～1800NL/min的目的是该值是处理钢水的基础流量范围；当该流量的取值范围过大，将导致的不利影响是经过本申请处理后的钢种所得到的终点氮含量会发生偏离，当该质量分数取值范围过小，将导致的不利影响是经过本申请处理后的钢种所得到的终点氮含量会发生偏离，同时过慢的流量将影响钢水的环流效果，影响钢水均匀程度。

第一真空度为35～45mbar的目的是在该真空度范围内，能控制钢中氮分压，从而维持氮平衡；当该真空度的取值范围过大，将导致的不利影响是经过本申请处理后的钢种所得到的终点氮含量会发生偏离，当该真空度的取值范围过小，将导致的不利影响是经过本申请处理后的钢种所得到的终点氮含量会发生偏离。

作为一个可选的实施方式，所述维持氮操作包括：

设定提升气体的第二流量和炉外精炼的第二真空度；

在提升气体的所述第二流量和炉外精炼的所述第二真空度的条件下，进行维持氮操作；

所述提升气体为氩气；

所述维持氮操作时间为至炉外精炼的真空处理结束为止。

本申请中，以氩气为提升气体，并控制提升气体的第二流量和炉外精炼的第二真空度，从而以氩气作为保护气氛，对精炼炉后期的钢水氮含量进行微调，精准控制氮含量。

作为一个可选的实施方式，所述第二流量为1400～1800NL/min，所述第二真空度为30～50mbar。

本申请中，第二流量为1400～1800NL/min的积极效果是该值是处理钢水的基础流量范围；当该流量的取值范围过大，将导致的不利影响是经过本申请处理后的钢种所得到的终点氮含量会发生偏离，当该质量分数取值范围过小，将导致的不利影响是经过本申请处理后的钢种所得到的终点氮含量会发生偏离，同时过慢的流量将影响钢水的环流效果，影响钢水均匀程度。

第二真空度为30～50mbar的目的是在该真空度范围内，能控制钢中氮分压，从而维持氮平衡；当该真空度的取值范围过大，将导致的不利影响是经过本申请处理后的钢种所得到的终点氮含量会发生偏离，当该真空度的取值范围过小，将导致的不利影响是经过本申请处理后的钢种所得到的终点氮含量会发生偏离。

作为一个可选的实施方式，所述脱氮操作包括：

根据所述第一氮含量和第三目标氮含量，计算脱氮操作的脱氮时间；

设定提升气体的第三流量和炉外精炼的第三真空度；

在提升气体的所述第三流量和炉外精炼的所述第三真空度的条件下，根据所述脱氮时间进行脱氮操作；

所述提升气体为氩气。

本申请中，以氩气为提升气体，在提升气体的第三流量和炉外精炼的第三真空度的条件下，通过氩气吹气带出多余的氮，而实现钢水脱氮，从而实现以氩气为处理气体进行脱氮，实现对氮含量的精准控制。

作为一个可选的实施方式，所述脱氮时间的计算公式为：

脱氮时间＝(第一氮含量-第三目标氮含量)*10⁶/0.4，

其中，0.4为炉外精炼中脱氮操作的比例常数。

本申请中，通过第一氮含量和第三目标氮含量的差值计算得到脱氮时间，从而准确控制脱氮操作的所需时间，精准控制脱氮量，实现对氮含量的精准控制的目的。

作为一个可选的实施方式，所述第三流量为1800～2400NL/min，所述第三真空度≤0.1mbar。

本申请中，第三流量为1800～2400NL/min的积极效果是可加速钢水循环；当该流量的取值范围过大，将导致的不利影响是经过本申请处理后的钢种所得到的终点氮含量会发生偏离、同时过快的流量将带走过多热量，使温度存在损失，当该质量分数取值范围过小，将导致的不利影响是经过本申请处理后的钢种所得到的终点氮含量会发生偏离。

第三真空度≤0.1mbar的目的是在该真空度范围内，能控制钢中氮分压，从而维持氮平衡；当该真空度的取值范围过大，将导致的不利影响是经过本申请处理后的钢种所得到的终点氮含量会发生偏离。

实施例1

第一氮含量为0.0021％，在第一目标氮含量范围内，因此判断需要进行增氮操作：

设定第一目标氮含量为0.003％。

根据第一氮含量和第一目标氮含量，计算增氮操作的增氮时间，具体公式如下：

增氮时间＝(第一目标氮含量-第一氮含量)*10⁶/2.4＝3.75min。

设定提升气体的第一流量为1800NL/min和炉外精炼的第一真空度为35mbar；

在提升气体的第一流量和炉外精炼的第一真空度的条件下，根据增氮时间进行增氮操作；

提升气体为氮气。

实施例2

设定提升气体的第一流量为1400NL/min和炉外精炼的第一真空度为45mbar，其余配方及步骤同实施例1。

实施例3

设定提升气体的第一流量为1600NL/min和炉外精炼的第一真空度为40mbar，其余配方及步骤同实施例1。

实施例4

第一氮含量为0.0032％，在第二目标氮含量的范围内，因此判断需要维持氮操作：

设定提升气体的第二流量为1400NL/min和炉外精炼的第二真空度为35mbar；

在提升气体的第二流量和炉外精炼的第二真空度的条件下，进行维持氮操作；

提升气体为氩气；

维持氮操作时间为至炉外精炼的真空处理结束为止，其余步骤及配方同实施例1。

实施例5

设定提升气体的第二流量为1400NL/min和炉外精炼的第二真空度为50mbar，其余配方及步骤同实施例4。

实施例6

设定提升气体的第二流量为1600NL/min和炉外精炼的第二真空度为45mbar，其余配方及步骤同实施例4。

实施例7

第一氮含量为0.0045％，在第三目标氮含量的范围内，因此判断需要进行脱氮操作：

设定第三目标氮含量为0.004％。

根据第一氮含量和第三目标氮含量，计算脱氮操作的脱氮时间，计算公式如下：

脱氮时间＝(第一氮含量-第三目标氮含量)*10⁶/0.4＝12.5min；

设定提升气体的第三流量为2400NL/min和炉外精炼的第三真空度为0.04mbar；

在提升气体的第三流量和炉外精炼的第三真空度的条件下，根据脱氮时间进行脱氮操作；

提升气体为氩气，其余步骤及配方同实施例1。

实施例8

设定提升气体的第二流量为1800NL/min和炉外精炼的第三真空度为0.1mbar，其余配方及步骤同实施例7。

实施例9

设定提升气体的第三流量为2000NL/min和炉外精炼的第三真空度为0.04mbar，其余配方及步骤同实施例7。

对比例1

直接对原辅料中氮元素含量进行控制，控制氮含量为0.004％，依次进行转炉冶炼、炉外精炼。

对比例2

设定目标氮含量包括氮含量≤0.004％和氮含量＞0.004％两种，对应的氮处理操作包括维持氮操作和脱氮操作，其余步骤及配方同实施例4。

对比例3

设定目标氮含量包括氮含量≤0.004％和氮含量＞0.004％两种，对应的氮处理操作包括维持氮操作和脱氮操作，其余步骤及配方同实施例7。

对比例4

设定目标氮含量包括氮含量≤0.0023％和氮含量≥0.0024％两种，对应的氮处理操作包括增氮操作和维持氮操作，其余步骤及配方同实施例1。

对比例5

设定目标氮含量包括氮含量≤0.0023％和氮含量≥0.0024％两种，对应的氮处理操作包括增氮操作和脱氮操作，其余步骤及配方同实施例7。

相关实验：

将实施例1-3和对比例1-3得到炉外精炼的成品钢水进行成分检测，测试结果如表1所示。

相关测试方法：

成品钢水的氮含量的测试方法：惰性气体熔融热导法。

表1

表1具体分析，

由表1中实施例1-9的数据可知：

当到站钢水的含量一定，无论氮处理操作为增氮操作、维持氮操作和脱氮操作中的哪一种，在不同的提升气体的流量和炉外精炼的真空度的条件下，对成品钢水的中的氮含量影响较低，如实施例1-5。

从表1中对比例1-5的数据可知：

当目标氮含量包括第一目标氮含量、第二目标氮含量和第三目标氮含量的任意两种时，由于判断范围较大，导致最后的氮含量控制很不稳定，如对比例1-5。

本申请实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：

(1)本申请实施例中，由于对到站钢水的氮含量进行第一氮含量的测定，并同时通过目标氮含量和第一氮含量限定炉外精炼后期的氮处理操作的类型，再按照确定的氮处理操作类型进行操作，从而能够准确控制精炼后钢水的含氮量，实现对氮含量的精准控制。

(2)本申请实施例提供的包括第一目标氮含量、第二目标氮含量和第三目标氮含量的目标氮含量，再根据第一氮含量和目标氮含量，分别将氮处理操作分为增氮操作、维持氮操作和脱氮操作，从而根据第一氮含量实现对钢水中氮元素的实际处理，实现精准控制钢水氮含量的目的。

(3)本申请实施例提供的氮处理操作，虽然增加了工艺步骤，但是可降低整个炉外精炼后期的氮含量控制的难度，并且能够明显降低生产成本。

(4)本申请实施例提供的各个步骤均可以集合到炉外精炼阶段的控制系统中，实现智能化处理，可进一步降低生产成本并提升氮含量控制的精准程度。

(5)本申请实施例提供的方法，采用此方法，真空周期无须延长，增氮操作用到氮气、但节约了氩气，维持氮操作常规操作、无额外支出。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种炉外精炼中氮含量的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

获取精炼到站钢水的第一氮含量；

获取精炼后期钢水的目标氮含量；

根据所述第一氮含量和目标氮含量，判断炉外精炼后期是否需要氮处理操作；

若是，根据所述第一氮含量和目标氮含量确定氮处理操作的类型；

根据确定的所述氮处理操作的类型进行炉外精炼后期的处理，得到精炼后钢水；

所述氮处理操作包括增氮操作、维持氮操作和脱氮操作中任一种；

所述目标氮含量包括第一目标氮含量、第二目标氮含量和第三目标氮含量；

所述目标氮含量为0.002％～0.005％；

当所述第一氮含量≤所述第一目标氮含量，判断氮处理操作为增氮操作，

当所述第一氮含量＝所述第二目标氮含量，判断氮处理操作为维持氮操作，

当所述第一氮含量≥所述第三目标氮含量，判断氮处理操作为脱氮操作；

所述第一目标氮含量≤0.0023％，0.0023％＜所述第二目标氮含量＜0.004％，所述第三目标氮含量≥0.004％；

所述增氮操作包括：

根据所述第一氮含量和所述第一目标氮含量，计算增氮操作的增氮时间；

设定提升气体的第一流量和炉外精炼的第一真空度；

在提升气体的所述第一流量和炉外精炼的所述第一真空度的条件下，根据所述增氮时间进行增氮操作；

所述提升气体为氮气；所述增氮时间的计算公式为：

增氮时间＝(第一目标氮含量-第一氮含量)*10⁶/2.4；

所述脱氮操作包括：

根据所述第一氮含量和第三目标氮含量，计算脱氮操作的脱氮时间；

设定提升气体的第三流量和炉外精炼的第三真空度；

在提升气体的所述第三流量和炉外精炼的所述第三真空度的条件下，根据所述脱氮时间进行脱氮操作；

所述提升气体为氩气；

所述脱氮时间的计算公式为：

脱氮时间＝(第一氮含量-第三目标氮含量)*10⁶/0.4。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一流量为1400～1800NL/min，所述第一真空度为35～45mbar。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述维持氮操作包括：

设定提升气体的第二流量和炉外精炼的第二真空度；

在提升气体的所述第二流量和炉外精炼的所述第二真空度的条件下，进行维持氮操作；

所述提升气体为氩气；

所述维持氮操作时间为至炉外精炼的真空处理结束为止。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二流量为1400～1800NL/min，所述第二真空度为30～50mbar。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三流量为1800～2400NL/min，所述第三真空度≤0.1mbar。

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