煉鋼過程氮是有害元素之一，它會使鋼的塑性和沖擊韌性降低，引起鋼的冷脆；同時氮還會與鋼中的鈦、鋁等元素形成氮化物夾雜，惡化鋼的表面質(zhì)量，降低成材率[1?3]。
1. 存在問題
對轉(zhuǎn)爐冶煉企標(biāo)N質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤35×10?6鋼種時的鋼包氮跟蹤調(diào)查和109爐數(shù)據(jù)統(tǒng)計可知，鋼包氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)均值為19×10?6，標(biāo)準(zhǔn)差為13×10?6，氮的控制不穩(wěn)定且偏差較大，具體如圖1所示（圖中的正態(tài)分布曲線包含了負(fù)值，其并不意味鋼包N含量為負(fù)值，而是由于鋼包N含量極低，為了將正態(tài)曲線畫完整所致；密度為橫坐標(biāo)范圍內(nèi)出現(xiàn)的次數(shù)）。對此問題，本鋼煉鋼廠成立攻關(guān)小組進(jìn)行轉(zhuǎn)爐冶煉控氮原因分析并制定工藝優(yōu)化措施，以解決轉(zhuǎn)爐控氮不穩(wěn)定問題。
2. 低氮鋼控制技術(shù)
2.1 氮的來源
根據(jù)轉(zhuǎn)爐冶煉過程可知，鋼中氮主要來源于鐵水、廢鋼、輔原料、頂?shù)讖?fù)吹的氣體介質(zhì)、合金、與鋼水發(fā)生接觸的空氣等。
2.2 增氮的熱力學(xué)分析
氮在鋼液中的溶解反應(yīng)可表示為：
式中，[%N]為氮在鋼中溶解度，pN2?N2為氮分壓，p???為標(biāo)準(zhǔn)蒸氣壓，KN為氮的平衡常數(shù)，?N為[N]的活度系數(shù)。
模型采用Fujio等人測定的KN值：lgKN= ?518/T?1.063[4]。
根據(jù)熱力學(xué)分析鋼水中N的溶解度隨溫度（T）的升高、氮分壓的增加而增大。戰(zhàn)東平等[5]研究表明：鋼中Al、Cr、Mn、Mo可提高氮在鋼中的溶解度，C、Si、Ni降低氮在鋼中的溶解度。趙長亮等[6]研究表明：轉(zhuǎn)爐煉鋼鋼水氮含量的控制是包括氧氣純度、氬氣純度、過程化渣、鐵水硫含量、轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制、后吹、渣量等多因素控制的。張鐘錚等[7]研究表明：廢鋼種類、鐵水比、底吹氣體、轉(zhuǎn)爐補(bǔ)吹、出鋼口狀態(tài)、脫氧方式影響轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)氮的控制。
2.3 轉(zhuǎn)爐脫氮機(jī)理
復(fù)吹轉(zhuǎn)爐的脫氮機(jī)理如下：一，在碳氧反應(yīng)區(qū)產(chǎn)生了2600 °C左右的溫度，高溫使表面活性元素氧、硫?qū)Φ挠绊懴В趸傻腃O氣泡以及底吹入的Ar氣泡相當(dāng)于許多小的真空脫氣室降低了界面的氮分壓，轉(zhuǎn)爐中形成的良好泡沫渣能夠?yàn)榈拿摮峁┏渥愕姆磻?yīng)界面積，為轉(zhuǎn)爐強(qiáng)脫氮創(chuàng)造了有利的條件。二，在吹煉中后期前轉(zhuǎn)爐生成的氣體使轉(zhuǎn)爐內(nèi)部保證了一定的正壓力，降低了外界空氣進(jìn)入轉(zhuǎn)爐的幾率，且氣體與鋼渣接觸面保持較高的氧勢，阻礙了氣液界面的吸氮作用，進(jìn)而使得轉(zhuǎn)爐冶煉中后期之前的過程是強(qiáng)脫氮過程。
綜上論述，由于轉(zhuǎn)爐在吹煉中后期之前具有強(qiáng)脫氮作用，作者認(rèn)為在吹煉中后期之前的增氮因素都不能夠成為控制鋼包氮的主要因素，因此本文針對以下幾方面對轉(zhuǎn)爐吹煉中后期的增氮因素進(jìn)行研究。
2.3.1 過程化渣情況
轉(zhuǎn)爐冶煉過程中生成的性能良好的泡沫渣不僅具有較強(qiáng)的脫磷能力，而且對于氮的去除有一定的作用，主要是因?yàn)榕菽軌驅(qū)撍好娓采w住，有效的避免了轉(zhuǎn)爐內(nèi)進(jìn)入的空氣與之相接觸，進(jìn)而防止鋼液表面的增氮。針對過程化渣情況，本文跟蹤統(tǒng)計了轉(zhuǎn)爐冶煉過程化渣良好的爐次與其他爐次共22爐進(jìn)行鋼包氮比對，具體如圖2，可以得出化渣良好爐次相對其他爐次鋼包N控制效果好。
