轉爐頂?shù)讖痛倒に嚺c轉爐頂吹工藝相比，有效加快了生產(chǎn)節(jié)奏，提高了生產(chǎn)效率，還降低了鋼水和鋼渣的氧化性，在國內外得到了廣泛應用。一般情況下，轉爐底吹工藝采用全程吹氬氣或氮氬切換方式，對于對氮含量要求極為嚴格的鋼種采用全程吹氬，而對于一般鋼種均采用在吹煉到供氧量的60%—70%時進行氮氬切換，即前期采用底吹氮氣，后期切換為氬氣，既降低了氣體成本，又防止了鋼水氮含量超標。在二十世紀八十年代就有研究者開展了全程底吹氮氣工藝的摸索，但由于設備保障和控制水平等諸多原因未能獲得成功應用，近幾年也有一些研究者重新開展了這方面研究，但均未見成功應用報道。隨著各方面技術的進步以及控制水平的穩(wěn)定提高，之前限制該技術發(fā)展的瓶頸已基本得到解決，為進一步降低氣體成本，在某中厚板廠進行了轉爐全程底吹氮氣工藝研究。

轉爐全程底吹氮氣工藝研究

現(xiàn)有底吹工藝下鋼水氮含量的變化。為研究轉爐全程底吹氮氣工藝的可行性，首先對現(xiàn)有底吹工藝下鋼水氮含量進行分析，包括全程底吹氬氣和氮氬切換兩種底吹工藝。轉爐公稱容量為100噸，底吹流量前期為300m3/h，中后期為200m3/h。

全程底吹氬氣工藝與氮氬切換工藝相比，全程底吹氬氣工藝對鋼水氮含量的影響僅限于LF爐結束之前，且兩種工藝在不同階段鋼水氮含量的差值均小于0.0005%，即精煉過程對鋼水氮含量的影響大于氮氬切換工藝對鋼水氮含量的影響，而經(jīng)過RH真空處理后，兩種工藝下鋼水氮含量均小于0.0035%，中間包內鋼水氮含量也相差很小，說明底吹氣體由氬氣換為氮氣對鋼水氮含量的影響不大，因此對全程底吹氮氣工藝進行了嘗試。

從全流程的氮含量變化來看，增氮主要發(fā)生在轉爐終點到LF爐進站和LF爐進站到LF爐結束，即出鋼過程和精煉過程，鋼水氮含量增加均小于0.0015%，即LF爐結束鋼水氮含量均可以控制在0.0045%以內，因此對于采用轉爐冶煉—LF爐精煉—連鑄工藝生產(chǎn)的鋼種在氮含量控制上尚有較大空間，而經(jīng)過RH真空處理后鋼水氮含量將降低，因此對采用轉爐冶煉—LF爐精煉—RH精煉—連鑄工藝生產(chǎn)的鋼種在氮含量控制上更加容易。

不同底吹流量對轉爐終點鋼水氮含量的

影響。為細化各工藝參數(shù)對鋼水氮含量的影響，進行了不同底吹流量對轉爐終點鋼水氮含量的影響試驗。試驗爐次轉爐終點鋼水碳含量為0.04%—0.08%，溫度為1640—1680℃。吹煉過程采用全程底吹氮氣，在吹煉過程中底吹流量不變，共使用4支底吹槍，不同底吹模式下流量分別為200、240、280m3/h，每種底吹模式取樣30爐。3種底吹模式下鋼水平均氮含量依次為0.00234%、0.00258%、0.00293%?？梢?，隨著底吹流量的增加，轉爐終點鋼水氮含量也增加。轉爐終點鋼水氮含量在底吹流量為240、280m3/h時比底吹流量為200m3/h時分別增加0.00024%、0.00059%，增加比例分別為10.3%、25.2%，說明當?shù)状盗髁窟_到240m3/h以上后，底吹流量對轉爐終點鋼水氮含量影響較大，因此全程底吹氮氣時轉爐底吹流量不宜超過240m3/h。

轉爐終點溫度對鋼水氮含量的影響。由于不同的工藝要求不同的轉爐終點溫度，因此進行了不同轉爐終點溫度下全程底吹氮氣對鋼水氮含量的影響試驗。試驗前期底吹流量為300m3/h，試驗中后期底吹流量為200m3/h，轉爐終點鋼水碳含量為0.04%—0.08%，轉爐終點溫度為1580—1720℃，共試驗23爐。

由圖1可見，轉爐終點溫度為1580—1720℃時，鋼水氮含量為0.0015%—0.0030%，分布無規(guī)律，且無明顯變化趨勢。

轉爐終點鋼水碳含量對氮含量的影響。為考察鋼種不同所引起的碳含量對鋼水氮含量影響，分別在轉爐終點碳含量分布在0.02%—0.10%的爐次進行了試驗，試驗前期底吹流量為300m3/h，試驗中后期底吹流量為200m3/h。轉爐終點溫度控制在1640—1680℃，共試驗29爐。

通過分析轉爐終點鋼水碳含量對氮的影響可見，隨著轉爐終點鋼水碳含量的降低，鋼水氮含量呈逐漸增加的趨勢，但當終點碳含量降至0.08%以下時，鋼水氮含量增加的趨勢不明顯。在轉爐終點鋼水碳含量高于0.08%時，鋼水氮含量基本在0.0020%以下;當轉爐終點鋼水碳含量低于0.08%時，鋼水氮含量大部分高于0.0020%，且最高接近0.0030%。

轉爐脫氧工藝對轉爐出鋼增氮的影響。為研究出鋼過程鋼水增氮情況，針對不同轉爐脫氧工藝進行了出鋼增氮試驗，轉爐脫氧工藝分為強脫氧(鋁鐵脫氧)和弱脫氧(硅錳脫氧)兩種，分別在轉爐出鋼前和LF爐精煉開始取鋼樣。

強脫氧工藝轉爐出鋼增氮明顯高于弱脫氧工藝。強脫氧工藝鋼水平均增氮量為0.00233%，最高增氮量為0.00291%;弱脫氧工藝鋼水平均增氮量為0.00082%，最高增氮量為0.00199%。

在弱脫氧工藝下，脫氧劑加入量大的爐次鋼水增氮量也相對較多，即出鋼過程脫氧越徹底的爐次鋼水增氮量越大，脫氧程度較弱的爐次鋼水增氮量較小，但所有爐次LF爐進站鋼水氮含量均控制在0.0050%以內，按正常LF精煉過程鋼水增氮水平，LF爐結束鋼水氮含量均可以控制在0.0070%以內，即滿足絕大多數(shù)鋼種要求。

轉爐全程底吹氮氣工藝應用情況及對比

轉爐全程底吹氮氣工藝各工序鋼水氮

含量控制水平。以上研究結果表明，轉爐全程底吹氮氣工藝具有可行性，因此首先對采用轉爐冶煉—LF爐精煉—RH精煉—連鑄的轉爐全程底吹氮氣工藝生產(chǎn)的鋼種進行了批量試驗，通過分析各工序鋼水氮含量控制水平可見，采用轉爐冶煉—LF爐精煉—RH精煉—連鑄工藝時，各工序鋼水氮含量控制較好，連鑄中間包內鋼水氮含量僅為0.00394%，且LF爐結束時鋼水氮含量也僅為0.00418%，連鑄過程鋼水增氮量一般為0.00030%以下，最大時可以達到0.00150%，說明即使在沒有RH真空處理的情況下鋼水氮含量也可以控制在0.00600%以下。

轉爐全程底吹氮氣工藝對主要品種氮

含量的影響。通過以上試驗證明轉爐全程底吹氮

氣具有可行性后，對轉爐全程底吹氮氣工藝進行了推廣。從整體來看，采用轉爐全程底吹氮氣工藝后，各品種鋼水氮含量平均增加了0.00022%。

轉爐全程底吹氮氣工藝對連鑄坯表面質

量的影響。采用轉爐全程底吹氮氣工藝后對于未經(jīng)過RH真空處理的鋼種勢必會造成一定程度的氮含量升高，因此在連鑄工藝上加強了設備維護，保證設備精度，加強精準控制，采用窄過熱度范圍控制、恒拉速控制和保護澆注等諸多系統(tǒng)工藝，使連鑄坯表面質量基本未受鋼水氮含量變化的影響，連鑄坯切角率一直穩(wěn)定在1%左右，在采用轉爐全流程底吹氮氣工藝前后未發(fā)生明顯變化。

轉爐全程底吹氮氣工藝對鋼板力學性能

的影響。對采用轉爐全程底吹氮氣工藝生產(chǎn)的鋼板中氮含量分布、屈服強度、抗拉強度和應變時效沖擊性能等力學性能沒有產(chǎn)生明顯影響。

經(jīng)濟效益

氮氣作為制氧車間制氧過程的附屬產(chǎn)品，可大量提供，是成本最低和使用最方便的底吹氣源，而氬氣則產(chǎn)量較少，生產(chǎn)成本較高。某中厚板廠內生產(chǎn)的氮氣價格為0.14元/m3，而氬氣的價格為3.0元/m3，用氮氣替代氬氣則可降低成本2.86元/m3。氮氬切換底吹模式下轉爐通常需要氬氣50.3m3左右，則每爐鋼的成本可降低143.86元左右，折合噸鋼為1.46元。由于鋼種不同所耗氣體量不同，所以噸鋼氣體成本可降低1.0—1.5元。

綜上所述，通過對某中厚板廠現(xiàn)有品種的生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品要求進行分析，確定了轉爐全程底吹氮氣工藝可行性，經(jīng)過系統(tǒng)研究，實現(xiàn)了轉爐全程底吹氮氣正常應用。對各影響鋼水氮含量因素進行試驗后發(fā)現(xiàn)，轉爐終點鋼水的溫度和終點碳含量對氮含量影響不大，但底吹氮氣的流量對鋼水增氮有一定影響，出鋼過程的脫氧程度對鋼水增氮隨脫氧程度加強而增大，但增氮程度均在可接受范圍內，對于大多數(shù)中厚板品種均可以采用轉爐全程底吹氮氣工藝。轉爐全程底吹氮氣工藝與原工藝相比，中間包內鋼水氮含量僅增加0.00022%，對連鑄坯表面質量和鋼板性能未產(chǎn)生不良影響。采用轉爐全程底吹氮氣工藝可使噸鋼氣體成本降低1.0—1.5元。