基于含氢等离子体喷吹的炼钢高效控氮方法技术

本申请提供一种基于含氢等离子体喷吹的炼钢高效控氮方法，涉及冶金领域。基于含氢等离子体喷吹的炼钢高效控氮方法，包括：在进行电弧炉冶炼、钢包精炼、VOD精炼和RH精炼中的至少一个时，使用富氢气体和氩气的混合气体产生氢等离子体进行钢液脱氮。本申请提供的基于含氢等离子体喷吹的炼钢高效控氮方法，通过中空电极和等离子火炬向钢液混合喷吹氩气和富氢气体的混合气体，即可以有效地脱除钢液中的N，减少电极消耗和吨钢电耗，也可以减少电弧辐射热损失，提高升温速率，从而缩短冶炼时间，降低生产成本。生产成本。生产成本。

【技术实现步骤摘要】
基于含氢等离子体喷吹的炼钢高效控氮方法


[0001]本申请涉及冶金领域，尤其涉及一种基于含氢等离子体喷吹的炼钢高效控氮方法。

技术介绍

[0002]通常对于大多数钢种而言，氮是有害元素。氮原子对位错的“钉扎”作用，使钢的强度、硬度提高，塑性和冲击韧性下降，不利于后续轧制和加工处理；氮还会使钢产生“时效沉淀硬化”或“时效脆性”；氮使钢产生“蓝脆”，尤其对于对低碳钢，所有试验表明在150
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450℃(通常金属制造发蓝温度)范围内，由于氮化物Fe4N析出，使钢的抗拉强度增高至一个峰值后回落，从而使钢的冲击韧性下降。因此一些耐候钢、汽车钢对于氮含量要求在50ppm左右，而IF钢和超纯铁素体不锈钢对于氮含量要求则是在30ppm以下。目前，生产低氮钢的工艺路线主要为高炉+转炉+LF+VOD/RH，而对于电弧炉短流程炼钢工艺路线而言，钢液中的N含量难以控制，主要是因为电弧炉冶炼和钢包精炼过程，由于电极产生的电弧会电离空气吸氮，所以钢液中的氮含量持续增加；并且后续的VD/RH等真空处理的脱氮率有限，一般在20
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30%之间；而对于生产超低氮钢种，国内目前生产工艺很少经过LF，这就导致超低氮钢种生产过程较为苛刻，工艺过程容错率较低，究其原因，LF精炼过程钢液增氮难以控制，因此，亟需一种控制精炼过程钢液氮含量的方法，从而使短流程炼钢扩大生产品种，使长流程炼钢生产超低氮钢更为顺行。
[0003]专利申请号为CN1453372A公开了一种钢液的精炼脱氮方法，该方法通过直流脉冲电场在钢液上方形成氩+氢混合气体的辉光等离子体，钢液中的氮与辉光等离子体作用，逸出离子态的氮并与氢气反应生成氮气和氨气由真空系统抽出，从而实现钢液脱氮，最终氮含量可达到25ppm，但是该方法为对前端工艺过程N含量进行控制，这就会导致进站钢液N含量较高时，真空处理时间较长，影响生产节奏。专利申请号为CN103993132A公开了一种LF炉精炼低氮钢的方法，该方法采用石墨中空电极向钢液中全程吹入氩气，使的氩气在钢渣表面形成惰性保护气体，同时配合底吹氩气搅拌钢液，利用氩气气泡型号才能的真空室对钢液脱氮。但是该方法仅喷吹Ar只能起到保护作用，而底吹氩气在钢包精炼过程中氮脱除能力有限，总体仍是增加的趋势。专利申请号为200910244373.2公开了一种用于控制低碳钢中氮含量的冶炼方法,该方法的冶炼工艺路线为“铁水脱硫预处理一转炉冶炼一炉精炼一真空精炼一板坯连铸”,采用二次精炼的方式来控制钢液中的氮含量。具体的精炼步骤是在炉精炼采用埋弧操作,控制一次加热时间,减少增氮真空处理提升氢气流量,延长真空时间和降低真空度,强化脱氮。该方法可将钢中的氮含量脱除到40ppm以下。该方法是减少通电时间,并不能根本解决过程的增氮问题并且采用了二次精炼,增加了炼钢工序的生产成本。专利申请号为CN200610118710.X公开了一种钢包精炼炉处理超纯铁素体不锈钢控制碳氮含量的方法，其中，钢包精炼过程中利用精炼炉石墨电极中心孔喷吹焦炉煤气和氩气混合气体，在电极下端形成含氢等离子电弧从而实现对钢水脱碳、脱氮。该方法不足之处在于进站钢液氮含量较高约150ppm左右，因此精炼处理时间较长约送电时间约30min左右，总精炼
时间约60min左右。专利申请号为CN115595401A公开了一种提高钢液洁净度的钢精炼设备及炼钢方法，其主要在电感应加热真空炉基础上，增加了底电极、中空石墨电极（等离子枪）和复合底吹喷枪，可以一次性完成脱碳、脱氮、脱硫和脱氧等任务，但是该方法对设备的改动较大，冶炼周期较长，并且由于渣量较少其对钢中夹杂物的吸附能力也较弱。专利申请号CN115679036A公开了一种低碳少氧的含氢等离子电弧炉炼钢装置及炼钢方法，其主体的设备包括等离子熔炼炉和与其相连的竖井，并在等离子熔炼炉上安装有富氢等离子体枪和底阳极用于加热废钢，但是该专利技术指针对电弧炉炼钢进行了控氮，暴露在空气中的出钢过程必然会导致钢液氮含量的回增，且该方法未涉及后续精炼过程控氮。
[0004]目前，电弧炉出钢N含量在60
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200ppm之间，LF精炼过程增氮量在5
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20ppm之间，VOD/RH真空精炼过程脱氮率在10
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30%之间，即使经过VOD/RH真空精炼，钢中的氮含量仍无法满足低氮钢种（40ppm以内）的要求，因此国内尚未有成熟的短流程冶炼低氮钢的工艺流程；而转炉出钢N含量相对较低在20
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50ppm之间，若生产超低氮钢种，则进一步通过VOD或RH进行深脱氮，这就需要严格要求转炉出钢时，钢液温度、钢中氧含量等指标，因此超低氮钢的生产较为困难。
[0005]综上所述非常需要提供一种钢液控氮的方法，在保证整体生产节奏的前提下，实现电弧炉+LF+VOD/RH冶炼低氮钢种和转炉+LF+VOD/RH冶炼生产超低氮钢。

技术实现思路

[0006]本申请的目的在于提供一种基于含氢等离子体喷吹的炼钢高效控氮方法，以解决上述问题。
[0007]为实现以上目的，本申请采用以下技术方案：一种基于含氢等离子体喷吹的炼钢高效控氮方法，包括：在进行电弧炉冶炼、钢包精炼、VOD精炼和RH精炼中的至少一个时，使用富氢气体和氩气的混合气体产生氢等离子体进行钢液脱氮；所述电弧炉冶炼包括：起始阶段通过中空电极向炉内喷吹氩气，气体流量为10
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30NL/min/t，入口气体压力为0.1
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1.0MPa，底吹氩气流量为1
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5NL/min/t；开始送电至形成熔池前，通过中空石墨电极向钢液中喷吹富氢气体和氩气的混合气体，富氢气体的占比为5%
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80%，流量为10
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30NL/min/t，入口气体压力为0.1
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1.0MPa，底吹氩气流量为1
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5NL/min/t；熔池形成至完全熔清阶段，通过中空石墨电极向钢液中喷吹富氢气体和氩气的混合气体，富氢气体的占比为5%
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80%，流量为20
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30NL/min/t，入口气体压力为0.1
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1.0MPa，底吹氩气流量为2
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6NL/min/t；熔清后至出钢前，通过中空石墨电极向钢液中喷吹富氢气体和氩气的混合气体，富氢气体的占比为10%
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80%，流量为10
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20NL/min/t，入口气体压力为0.1
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1.0MPa，底吹氩气流量为2
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6NL/min/t；出钢过程中，中空石墨电极停止喷吹气体；所述钢包精炼包括：上一工序出钢后加入精炼渣，覆盖钢液面，防止钢液吸氮；包车移动至精炼工位后，中空石墨电极下降至钢液面上方30
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50cm处，通入纯氩气，气体流量为10
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20NL/min/t，入口气体压力为0.1
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0.6MPa；钢液大搅一次脱硫时，通入纯氩气，气体流量为25
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于含氢等离子体喷吹的炼钢高效控氮方法，其特征在于，包括：在进行电弧炉冶炼、钢包精炼、VOD精炼和RH精炼中的至少一个时，使用富氢气体和氩气的混合气体产生氢等离子体进行钢液脱氮；所述电弧炉冶炼包括：起始阶段通过中空电极向炉内喷吹氩气，气体流量为10
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30NL/min/t，入口气体压力为0.1
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1.0MPa，底吹氩气流量为1
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5NL/min/t；开始送电至形成熔池前，通过中空石墨电极向钢液中喷吹富氢气体和氩气的混合气体，富氢气体的占比为5%
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80%，流量为10
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30NL/min/t，入口气体压力为0.1
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1.0MPa，底吹氩气流量为1
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5NL/min/t；熔池形成至完全熔清阶段，通过中空石墨电极向钢液中喷吹富氢气体和氩气的混合气体，富氢气体的占比为5%
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80%，流量为20
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30NL/min/t，入口气体压力为0.1
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1.0MPa，底吹氩气流量为2
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6NL/min/t；熔清后至出钢前，通过中空石墨电极向钢液中喷吹富氢气体和氩气的混合气体，富氢气体的占比为10%
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80%，流量为10
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20NL/min/t，入口气体压力为0.1
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1.0MPa，底吹氩气流量为2
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6NL/min/t；出钢过程中，中空石墨电极停止喷吹气体；所述钢包精炼包括：上一工序出钢后加入精炼渣，覆盖钢液面，防止钢液吸氮；包车移动至精炼工位后，中空石墨电极下降至钢液面上方30
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50cm处，通入纯氩气，气体流量为10
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20NL/min/t，入口气体压力为0.1
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0.6MPa；钢液大搅一次脱硫时，通入纯氩气，气体流量为25
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30NL/min/t，入口气体压力为0.1
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0.6MPa；大搅一次脱硫后，向钢包内加入造渣料、脱氧剂和合金，中空石墨电极通入纯氩气，气体流量为5
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10NL/min/t，入口气体压力为0.1
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0.6MPa；送电化渣开始时，中空石墨电极通入富氢气体和氩气的混合气体，富氢气体配入比例为5
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80%，气体总流量为5
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10NL/min/t，入口气体压力为0.1
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0.6MPa；化渣完成，泡沫渣覆盖电弧，富氢气体配入比例为5
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80%，气体总流量为20
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30NL/min/t，入口气体压力为0.4
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0.5MPa；送电完成后，将中空石墨电极提升至钢液上方30
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50cm处，通入纯氩气，气体流量为10
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20NL/min/t，入口气体压力为0.1
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0.6MPa；钢包精炼完成后，中空石墨电极停止吹气，提升电极至最高限位，钢包车开至吊包位完毕；所述VOD精炼包括：当真空度抽至20
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25 kPa时，底吹气体流量调至200NL/min，同时开启等离子火炬喷吹富氢气体和氩气的混合气体，混...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏光升，李欣，朱荣，徐国义，李层，昌欢，冯超，苏荣芳，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：