厚板钢种控氮工艺及生产实践

　　对于大多数钢种来说，氮是有害元素，且氮在钢中的溶解度极低，主要以氮化物的形式析出，易诱发铸坯表面产生裂纹[1]。特别是厚板钢种，往往是包晶钢、中高碳钢等含多种合金元素的钢种，其裂纹敏感性进一步增强，所以说，厚板钢中的氮偏高更容易诱发板坯的裂纹缺陷。2016年以来，宝钢3#连铸机厚板产品成品[N]≤0.0033%的比例逐渐降低，平均[N]逐渐升高，板坯角裂、星裂频发，严重影响到板坯的质量，因此，提高厚板产品炼钢全流程控氮能力变得日益迫切。

　　1控氮原理及影响因素分析

　　1.1控氮原理

　　氮在钢中以原子的形态存在，其溶解度服从西化特定律。即氮含量与外面的氮气分压的平方根成正比。碳与硅等元素能明显地降低氮在钢液中的溶解度，Ti、V、Nb、Cr、Mn与氮有较强的亲和力，能形成稳定的氮化物。在一定条件下，氮在渣钢界面上的吸附是氮在钢液中溶解的限制环节，而钢液中溶解的氧原子是很强的表面活性物质，也能在相界上吸附并与氮原子争夺吸附点，因此，在一般情况下，钢液中含氧量较高将会降低钢液表面吸附氮的速度，氧化性钢液与还原性钢液比，氮的溶解速度低。

　　1.2钢种结构影响

　　(1)超低磷钢比例的影响超低磷钢的冶炼需要更强的氧化性。对于顶底复吹转炉，同时存在着吸氮和脱氮过程。在碳氧反应区，界面层温度可达2600℃左右，碳氧反应生成的CO气泡对钢液有明显的脱氮作用[2]。由于超低磷钢需要更高氧化性，由图1可知，2016年12月以来，成品[P]≤0.0120%比例大幅上升，吹炼后期脱碳速度降低，CO气泡的脱氮作用减弱，钢液吸氮可能性增加。

　　(2)超低硫钢比例的影响相关文献研究表明[3-4]，氮从气相进入钢液与扩散边界层有关，从动力学角度分析知，吸氮限制性环节为氮在液相边界层的扩散。出钢结束脱氧合金化，钢包顶渣改质，使得钢液和炉渣中的活性元素氧大幅降低，一旦钢液裸露，吸氮风险将会显著上升。由图2可知，2016年12月以来，成品[S]≤0.0015%的比例越来越高，精炼LF脱硫负担加重，处理时间长、钢液裸露时间长，故精炼LF是增氮的主要环节之一。

　　1.3钢包温度

　　转炉出钢后的钢水温度低，LF升温时间长，有上述分析可知，吸氮风险增加，同时钢水温度低，LF加入的渣料不能快速融化，再加上通电级数、底吹流量若偏大，钢水翻滚、裸露接触空气几率大、时间长，导致LF增氮严重。

　　1.4钢包硫含量

　　钢包硫含量高，LF脱硫负担重，处理时间长，增氮风险大。由图3可知，2017年1月以来，钢包[S]≤0.0080%比例逐渐降低，LF脱硫负担逐渐增加。

　　1.5钢包底吹氩的影响

　　LF炉脱硫原理是利用造还原渣脱去钢水中的硫，属钢与渣的界面反应，良好的动力学条件是脱硫的前提，因此吹氩搅拌尤其重要。生产实际中经常出现因钢包底吹氩不好，被迫选择LF顶枪处理，造成LF处理过程中增氮严重，造成成品氮超标而改判。因此，要保证钢包底吹氩透气砖的畅通，减少因钢包底吹氩失败造成的LF顶枪处理的比例。

　　1.6LF渣料的影响

　　2017年1月以来，LF进站[S]≤0.0020%的比例逐渐降低，如图4所示。钢水温度、硫磺等条件变差以外，石灰、铝渣等渣料脱硫能力变弱也是可能原因之一。