薄板钢氮含量控制生产实践

2019-04-26韩志颜

山西冶金 2019年1期

韩志颜

（河钢乐亭钢铁有限公司，河北唐山 063016）

随着工业技术的不断发展，对钢材质量的要求也越来越高，因而冶金企业在向生产超纯净钢方向努力。由于大多数情况下氮是钢中的有害元素，它的存在使钢产生缺陷，高级的钢种对氮有严格的要求，如果氮高会出现时效及表面质量缺陷。

1 生产设备功能

连铸作为控制氮含量的最后一道工序就显得尤为重要[1，2]。控制中包增氮量是一个系统工程，需要全方位控制，目前由于设备原因，中包机械臂支撑压力最高只能达到0.85 MPa，生产难度较大；随着低碳钢及品种钢的增加，对于中包保护的研究就十分必要。

2 降氮理论研究

2.1 氮对钢的物理性能的影响

氮对钢的不利地方主要有：氮降低了钢的韧性和塑性；造成钢产生时效、偏析等冶金缺陷。含氮钢的热加工、热处理和切削加工等都没有什么特殊困难，只不过它的冷轧变形硬化率较高。氮对高铬铁素体钢来说可减少晶粒长大倾向并改善焊接性能，但对半铁素体钢来说，焊后热影响区的硬度将大为提高，因而焊后常需要进行退火或回火处理。

时效对于铁素体含量要求较多而塑性和韧性又要求较高的低碳钢板来说是十分有害的，因它会导致钢板由韧变脆，恶化钢板的弯曲、深冲性能，还因变形不均匀而在冲压件表面出现皱纹。氮还能导致钢产生蓝脆现象。蓝脆是指钢在300℃左右时，由于形变时效，塑性和韧性降低或基本消灭的现象。当钢中氮含量较高时，易形成气泡和组织疏松，还能降低钢的延伸率、断面收缩率及电磁性能等。

钢中加入少量的铝后，除能脱氧外，还能与钢液中的氮结合形成稳定的AlN，从而减轻甚至消除氮的时效作用。此外，在钢中形成的细小分散的AlN颗粒还能阻止奥氏体加热时的长大，进而得到细晶粒奥氏体钢。当钢中含有微量的N和Al时，也能起到阻止或减少钢在加热时产生的过烧现象[3]。但铝不与碳化合，不能消除碳的时效作用，而钢中的Ir、V、Ti等既与氮化合形成氮化物，又能与碳化合形成碳化物，因此能够使钢的时效作用完全得到消除。

2.2 连铸过程对氮含量的影响

研究表明，钢液由钢包到中间包过程，如果是长水口氩封保护浇注，钢液吸氮量为3×10-6；钢液由中间包到结晶器采用浸入式水口及保护渣，增氮量小于2×10-6[4]。因此在一定条件下，钢液在连铸过程的增氮量应为5×10-6，但在实际生产中远大于此值。为满足冶炼低氮钢的要求，弄清连铸过程钢液增氮的原因，通过试验研究了新型大包长水口，连铸过程中间包覆盖剂和结晶器保护渣对钢液增氮的影响。

3 连铸工序工艺过程控制

具体的工作包括大包长水口的改进及正确使用形式。具体包括压力、对中、清理等；大包长水口机械臂支撑系统的压力提升；氩气流量的合理控制；中包加入足量的中包覆盖剂。

3.1 大包长水口机械臂压力提升

大包长水口机械臂的支撑系统由气动缸改为液压缸后，支撑压力逐步提升到85 kg，密封效果明显提高。

摸索合适的液压缸的输出压力分别为70 kg和85 kg。两种支撑压力下保护效果的对比如下页表1。

从表1可以看出：支撑压力提高到85 kg后（目前认为是机械臂能承受的最大压力），密封效果有了明显的改善。

表1 三种支撑压力下控制增氮的效果对比

3.2 氩气流量的合理控制

支撑压力提高到85 kg后，仍发现有部分炉次的中包增氮量较高，分析原因为：氩气流量太小，起不到氩封作用，特别是大包长水口连用，水口碗部形状侵蚀较严重时，增氮现象更为严重；氩气流量太大，造成液面剧烈翻腾，也恶化了保护浇铸效果；并且在7、8月份，氩气的主管道压力不稳，常在0.15～0.20 MPa之间波动，压气流量大小极不易控制，也是造成这两个月增氮量偏高的一个原因。

通过实践摸索确定，合适的氩气流量就是保证长水口周围的中包液面微微翻起，氩气流量的大小随钢流的大小和水口的新旧程度随时调整。

目前量子流量计已投入使用，在使用老的大包套管时，目前认为压力调整到0.4 MPa，流量0.8 m3/h效果比较好。在使用新型套管时的压力及流量正在试验。