[发明专利]一种利用CO2抑制转炉炼钢火点区吸氮的方法

说明书

本发明属于转炉炼钢质量控制领域，涉及一种利用CO₂抑制转炉炼钢火点区吸氮、改善冶炼后期脱氮动力学条件的炼钢方法，具体是一种利用CO₂抑制转炉炼钢火点区吸氮的方法，该方法在转炉冶炼后期的顶吹氧气中混入CO₂气体，在控制CO₂喷吹总量的前提下，顶吹气流中CO₂的混入比例随时间线性增加，逐渐降低转炉炼钢火点区温度，提高表面活性元素氧和硫的表面活性，阻碍氮的吸入，同时弥补因脱碳速率降低而导致的气泡产生量减少，改善脱氮条件。本发明的有益效果是，由于采用上述技术方案，本发明可将转炉炼钢终点氮含量稳定控制在13ppm以内。

技术领域

本发明属于转炉炼钢质量控制领域，主要涉及一种利用CO₂抑制转炉炼钢火点区吸氮的方法。

背景技术

随着市场对钢材质量的要求日益严苛，钢水氮含量的控制问题正引起广泛关注。目前的转炉炼钢过程，通常采用顶吹超音速氧气射流、底吹惰性气体搅拌的冶炼方式，即使在冶炼后期将底吹氮气切换为底吹氩气，终点钢水氮含量仍普遍高于30ppm，说明现有的转炉吹炼方法难以有效地控制终点氮含量。

钢水中的氧和硫是表面活性元素，通常富集于气液界面处，可以阻碍氮在气液界面处的传质，但是氧和硫的表面活性随温度的升高而降低。顶吹超音速氧气射流冲击金属熔池，形成2500℃左右的高温火点区，在如此高的温度下，表面活性元素氧和硫的表面活性基本消失，难以有效地占据气液界面，氧和硫对钢水吸氮的阻碍作用基本丧失，而转炉顶吹用氧气中仍含有少量的氮气，在高温火点区，顶吹氧气射流中的氮极易溶于钢水，导致钢水吸氮。

在转炉冶炼的中期，虽然火点区温度较高，但由于该阶段脱碳反应剧烈，产生大量的CO气泡，可有效吸附钢水中的氮，并将其脱除；然而，进入冶炼后期，随着碳含量的降低，脱碳速率下降，气泡产生量减少，而火点区温度逐渐升高，此时脱氮条件逐渐恶化，吸氮条件极佳，导致转炉冶炼后期的钢水氮含量呈上升趋势。

因此，如何在转炉冶炼后期抑制火点区吸氮，并适当增加气泡产生量，是转炉炼钢过程控制终点钢水氮含量的关键技术问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种可以降低转炉火点区温度，提高氧和硫表面活性，从而抑制火点区吸氮，同时适当增加冶炼后期的气泡产生量，改善脱氮的炼钢方法。

本发明的技术原理是：(1)在炼钢温度下CO₂与Fe、C反应均为吸热反应，与O₂混合后作为顶吹气体可以降低火点区温度；(2)在转炉冶炼后期碳含量低时，大量的O₂和Fe反应生成FeO，该反应不会生成气泡，而CO₂无论是和C反应，还是和Fe反应，都可以生成气泡，与O₂混合喷吹可以增加冶炼后期的气泡产生量；(3)转炉没有外部能量来源，而CO₂与Fe、C等元素的反应为吸热反应，喷吹CO₂将减少转炉的富余热量，为了满足转炉出钢温度要求，必须控制CO₂的喷吹总量，转炉冶炼后期，随着碳含量的减少，脱碳速率逐渐下降，气泡产生量逐渐减少，火点区温度逐渐升高，因此应在控制CO₂喷吹总量的前提下，逐渐提高CO₂的混入比例，以达到最佳的脱氮效果。