使熔钢在生产时脱氮的方法技术

本发明专利技术公开了一种方法，以吹的形式将碳和氧共同且分开注入将被处理的熔钢池内的相同的池区内，以便在池内的局部产生由这两种元素产生的ＣＯ泡，然后其被引入，以进行脱氮。化学计量法调整碳和氧的注入量，使池内碳恒定而进行脱氮。优选在电炉内，该方法最好是在电炉内，应用于低碳钢号的生产。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及低氮钢的生产领域。本专利技术应用于低碳号钢和极低碳号钢的生产时具有优势。根据多种不同的理由，已知钢中氮的存在会引起不良的效果。其中一个理由是这种元素影响钢的使用特性，如降低金属的延展性，从而影响其冲压性能，如果氮以氮化铝形式存在，那么由于氮在ZAC(受热区)中重新溶解，限制钢的可焊性，以致得到的钢局部易脆。另外仍然不希望有氮存在的原因是氮影响特定的生产步骤，如连续浇铸时，与可延性气眼连接的裂缝增加，或得到的产品的拔丝性能降低。但生产过程中，或某些钢号，有时需要最终获得的产品的氮含量很低，例如用于汽车构造或包装的钢材中氮含量为15-25ppm，用于海上平台板的钢材中氮含量为约50ppm，在增强型钢丝中氮含量为40-60ppm等。在生产熔钢的所有阶段中，即从电炉或转炉直到连续浇铸时所述熔钢的固化，希望钢材中存在上述含量的氮。已知在电炉内的生产，尤其以金属和氮大量结合为其特征，这是因为空气中的氮分子在电弧加热区裂化，从而便于转移到液态金属内。这种方法是阻止由目前的“浇铸法”(在吹塑熔炉内熔融铁核减少熔化，然后用气动转炉内的氧气提纯)制备的部分钢号用“电学法”生产的一个重要因素，目前，通过浇铸法，可以获得氮含量为20ppm较低级的钢。我们已知控制液态钢中的氮含量变化的物理-化学机理(如在1986年1月的PP25-42的CIT上的REVUE de METALLURGIE中的Gatellier和H.Gaye的文章)。氮气遵循表达式为的“金属-气体”化学平衡式。这个反应的平衡常数即轻微取决于反应容器内的操作温度(1550-1700℃)。aN表示溶解的氮气的活性，其中溶解的氮气可被吸收为弱合金碳钢的金属中的氮，PN2表示与液态金属接触的氮气的部分压力。即在大气N2的存在下，金属中氮的含量会不断地增加，直到达到它的溶解极限，在熔钢温度(约1600℃)时，所述溶解极限在430ppm附近。金属的脱氮过程是通过在液态金属内循环不包括氮气(PN2＝O)的冲洗气体而完成的，以便上述反应(冲洗效果)向右转移。在工业上，注入的该气体可以为氩气或氦气，但这两种气体流动速率低，且成本高，或者为在注射氧气时，由金属的脱碳在原处形成的一氧化碳，在现有技术中以气体形式或颗粒形式注入氧气(如日本1987年ISIJ周刊中Shinme和T.Matsuo的文章“在减压条件下，由喷出的粉末状的氧化剂脱碳加速移去氮”)，实际注入的O2的量与开始脱碳时的金属中的碳含量有关，从而迫使一定量的CO在反应时间内释放，因此金属可以脱氮，从而得到金属中的初始氮量及所需的氮量。这种物理-化学方法必须通过金属的表面活性元素即氧和硫来完成，而这两种元素都具有阻止氮气在金属和气体之间转移的作用。所以，如超过溶解的氧气的特定活性值，即相应于碳含量的上限(重量0.1％级的碳钢)，那么可以完全抑制通过冲洗气体进行脱氮。一直研究液态金属的脱氮技术，由电学法生产的钢的氮含量与由”浇铸“法获得的钢的氮含量相近，即在最终获得的产品中氮含量为20ppm级，甚至更少。本专利技术的目的旨在改进熔融金属的脱氮，一方面，本专利技术最佳利用了冲洗气体的脱氮性能，另一方面，可以控制氮的最终含量，其中氮的最终含量与金属池中的初始碳含量无关，目前这是现有技术的脱碳法。至此，为实现本专利技术目的，提供了一种在生产熔钢时，通过吹进氧气，使所述熔钢脱氮的方法，其特征是同样地以吹的形式引入碳(粉末状碳)，共同注入碳和氧，但分别进入相同的金属池区(如彼此相距约20cm)。在碳和氧的注入区，局部产生了利于脱氮的条件。实际上，在仅注入氧气的情况下(现有技术的脱碳法)，注入区(喷嘴)迅速地被转换，这是由于碳的消耗及溶解的氧气的相应的高活性，而碳的消耗将延缓CO的形成，所述的高活性将阻止通过形成的CO泡使金属脱氮。在同一区内，结合注入的碳，通过注入的碳和氧之间的反应将更快地形成CO泡，并减少溶解的氧气的局部活性。所以由于CO的放出，脱氮效率将更高，从而取代通过与表面的空气中的氮气的接触，钢被自然氮化的倾向，因此可以全面地减少金属中氮的含量。实际上，在电弧熔炉中与在生产金属的任何金属容器中一样，相对于外面的大气，围绕物不能而且也不可能非常地紧密。所以，获得的产品中的氮的最终含量必然是恢复的氮气(如空气的污染)和在液态下生产时进行脱氮二者之间的综合。而且，优选通过化学计量法调整进入量(即1千克的C对应于0.9Nm3的O2)，从而金属池中碳的含量没有该变。通过这种方法，CO的放出起到保持“池内恒定的碳”的作用，它的持续适于进行脱氮(根据初始氮含量预计的氮含量)。参考附图及下列描述可容易地理解本专利技术的其它特点及优势，其中附图说明图1是表示在碳重量含量大于0.15％的电炉内，钢池内的氮的重量含量变化的比较图，其为从池内放出的CO容积的函数，根据本专利技术，所述CO为单一注射氧气时从池中放出的CO(曲线a)和共同注入碳-氧时从池中放出的CO(曲线b)。图2是一幅与上图相似的图，但在脱碳池内，即金属池内碳的重量含量较低，其值小于0.1％。图3是表示氮的重量含量变化的比较图，其为CO容积的函数，其中所述CO是根据碳-氧共注射法从池内放出的CO，但碳-氧共注射法取决于气体的性质和注入的碳的输送。在工业条件下，并在体积为6吨的小炉内，实验并实施本专利技术的共注射法，通过两个独立的喷嘴同时引入碳和氧，喷嘴的输出端按相同高度并排放在将要处理的熔钢池内，它们彼此相距约20厘米。含有低量的硫和氮的煤影响碳的注入(这两种元素的重量含量小于0.1％)，使用氩气或氮气做载体气体。通过注入O2或铁核(1公斤的铁核相当于0.2Nm3的O2)引入氧。获得的数量结果首先是在图1和2中表示的结果，其中碳和氧的共注入(曲线b)与仅脱碳的结果相比较(曲线a)，而这通过为CO容积的函数的金属的氮量的变化来表示，其中CO为从池内放出的CO，钢中碳的含量分别大于0.15％(图1)和小于0.10％(图2)。如上所述，对相对不脱碳的钢来说，溶解的O2总是很少，从而无法阻止溶解的氮气冲向冲洗气体泡，而CO是由池内脱碳形成的CO(曲线a)或注入本专利技术池内的碳和氧之间的反应产生的CO(曲线b)。实际上，我们观察到这两种脱氮动力学曲线具有很相似的进程，而且彼此很相近，因为它们都是积聚的CO的函数，而CO随着时间从池内放出，但应注意到效率稍高的5ppm级利于本专利技术的混合注射。另一方面，对于脱碳的或低碳的钢来说，即边界值设定重量为0.10％，我们知道在临界值下不可能用简单的常用脱碳法进行脱氮，在图3中，我们观察到共注射的脱氮的动力学曲线具有与上述情况相同的进程，因此其与池内的初始碳含量无关。另一方面，在现有的单一注射O2的情况下(曲线a)，我们观察到体系重获得氮，而且随着脱碳CO的放出，氮含量有规律的增加。如前所述，重获得氮是两种机理按相反方向同时作用的结果，而且也清楚地表明，在低碳的情况下，在高活性的氧化阶段的气泡附近的局部形成阻止通过CO的脱碳进行脱氮，所以重获得大气中的氮是主要的机理，而且冒出的气泡搅拌池的表面(曲线a)。另外，图1的曲线b表明，在本专利技术的共注射情况下，主要机理总是通过冲洗CO而进行脱氮，与碳的初始含量无关，即使碳含量很低。碳输送气体对获得的结果的影响列于图3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在生产熔钢时，通过引入氧使池内的熔钢脱氮的方法，其特征是以吹的形式将碳引入池，并且共同注射碳和氧，但分别进入金属池的相同区。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：简克里斯托夫梅汉，丹尼尔珀奈特，
申请(专利权)人：于西诺尔公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]