程春灵，刘书超，高 放
（辽宁冶金职业技术学院，辽宁 本溪 117000）
自从进入21世纪以来，我国对于生产技术的要求是越来越高。对于低氮焊丝钢来说，主要是在海洋平台上进行焊接，因为耐腐蚀性较强，所以常常用来当做海洋生产工艺中的焊接钢。低氮焊丝钢对焊材盘条的要求是比较高的，一般来说抗拉强度必须要超过550 MPa[1]，且要有一定的耐寒性。在海洋上进行工作，如果温度低于20℃，也要保证低氮焊丝钢的冲击功率＞100 J。在低氮焊丝钢中，容易受到外部因素影响的元素包括氮、氧、铬等等，对于各项成分的控制比较难，必须要同时满足低铝、低硅、低氮、低氧和高锰成分。除了低氮之外，其他的元素都可以通过生产工艺进行解决，但是需要满足低氮的要求十分困难。之前就有炼钢厂对此展开了研究，分为四个过程：转炉脱氧、LF脱氧、真空处理、连铸工艺。但是想要满足低氮的要求，依旧十分困难。本文基于此，对低氮焊丝钢的连铸工艺进行优化。
2台铁水预处理设备，3台顶吹转炉，3台LF炉，1台RH真空处理设备，1台VD精炼炉，3台连铸机（包括2台大方坯连铸机，1台后板坯连铸机）。
一般来说，对于氮元素在炼钢的过程中，要充分考虑溶解度、温度、压强等等，如果温度恒定，氮含量没有恒定，那么就会在炼钢过程中吸入过多的氧气，这个吸氧行为不会受到人工的控制。氧含量和硫含量会影响到氮含量。大致可以将影响分为以下几类。
2.1 转炉冶炼
转炉冶炼过程中，会出现许多的转炉渣，这对于氮含量会造成一定的影响。转炉渣具有较高的氧化性，不会吸入过多的氧气，值需要有泡沫就可以防止吸氮。在吹炼的初期，由于氧枪射流的作用，含氮量比较低，可是随着反应的不断进行，转炉渣会变得很干，有较高的溶解性。在硅酸二钙析出的过程中，会对泡沫产生破坏，没有了泡沫就难以抑制转炉渣的高氧化性，会在其中产生氧化铁[2]。当吹炼快结束时，脱碳的反应会有所减少，还会持续的吸氧。改善氧枪的位置，就能够降低氮的含量。在这个过程中，由于点吹次数在不断的增加，氮的含量会越来越高，在出钢时，氧的含量与但的含量有着一定的关系，若氧的含量较高，说明氧气吸收较少。不同的脱氧方式受到的影响也不同，具体数据如图1所示。
图1 不同脱氧方式对氮含量的影响
2.2 LF精炼
LF是钢包精炼炉，主要通过电极进行加热，并对其中的成分和温度进行调节。在这个过程当中，氮气的含量主要受到钢水吸氧的影响，且会进行吹氩搅拌，会对其调整，具体的数据如图2所示。
图2 不同工艺对含氮量的影响
在图2中可以发现，钢包精炼炉的吹氩搅拌时，比传统的生产吹氩搅拌含氮量水平要低。且在钢水当中，氧是一个火星的元素，如果浓度较低，满足了吸氧的条件，吸氧速度会由此加快[3]。
2.3 铸机保护浇铸
在这个过程中，会受到来自于长水口、钢包自流的影响，如果长水口不够干净，且钢包不自留，就有可能会提高氧化性，浇铸性能较差。具体关系如图3所示。
图3 钢包自留对氮含量的影响
在通过研究后，对工艺进行优化，在转炉冶炼的过程中使用弱脱氧的方式，并且在LF升温的过程中不脱氧，真空处理时进行脱氧合金，通过铸机保护浇铸。
3.1 铁水预处理
在铁水预处理的过程中，必须要对相关试剂进行合理的分配，以此来提高喷粉的流量。一般来说，会将铁水进行脱硫操作，让w（S）＜0.002%。处理完毕后，对铁水进行扒渣，防止硫含量增加[4]。
3.2 转炉冶炼
这个过程主对于各项元素成分的要求比较高，会通过转炉对其进行脱氧。由于LF没有脱硫的能力，所以在使用了不脱氧的方案之后，需要提前准备铁水进行清洗，但是不能让出钢后的w（S）＞0.010%，也要防止转炉渣对硫含量造成影响。低氮焊丝钢还会受到铬的影响，在这个过程中，对于钢水的容器还有要求，必须要使用干净的容器，并且在前两个转炉中含铬量极低，出钢之后使用钢水罐底进行吹氩。这个措施能够在一定程度上降低氮、氧的含量，具体数据如图4所示。
图4 转炉出钢氮、氧含量
3.3 精炼
精炼包括钢包精炼和真空处理，在钢包精炼的过程当中，主要是对温度的变化，氩气也需要进行适当的控制，不能太多，否则氧气就会有所提高。为了能够保证在钢包精炼中少摄入氩气，所以采用不脱氧的方式。其中会产生较多的转炉渣，具体控制如表1所示。将渣料分批加入，一般＜1 650℃[5]，含氧量控制在0.020%左右，氩气开度为60%，流量为280 L/min，压力是0.20 MPa。
表1 渣料加入的目标控制
通过这个工艺后，可以看见钢包精炼的含氮量和含氧量出现了明显的变化，能够达到合格的标准，具体如图5所示。
图5 氧含量、氮含量控制情况
真空处理的过程中，氮和氧会互相的前置。要同时保证w（O）＜0.005%以及w（Al）＜0.03%具有很大的困难。所以在真空处理的过程中，采用先脱氧，最后调成分的方式，当含氧量恒定了之后，根据其上线和下限加入脱氧铝。除此之外，因为增加含铬量，还需要减少真空处理的时间，避免出现钢水对铬产生影响。具体的数据如图6所示。
图6 真空处理氮含量及氧定值
3.4 连铸
在浇铸时，必须要增加铸机的浇铸性能，这样可以保证制钢的质量。一般会将铬作为引流剂，提高对长水口的检查，让钢水进行自行浇铸。在第一次的钢水罐浇铸中，要迅速的达到标准速度，保证速度的恒定，清理掉残渣，并且在浇铸孔当中加入20 kg的覆盖剂，浇铸钢包时，还需观察长水口是否密封，根据波动决定是否加入更多的覆盖剂。
自从进入21世纪以来，我国对于生产技术的要求也是越来越高。之前有实验所采用的生产工艺步骤为转炉冶炼弱脱氧、LF不脱氧、真空处理脱氧合金、铸机保护浇铸。w（N）在0.003 5%左右，这样的工序可以说基本上满足了海洋焊丝的要求。氮含量也是符合我国的要求，能够经得起检验。本文提出的工序能够更深层次地降低氮含量，值得推广，并且应用到生产当中。
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