U71Mn高速轨钢中氮质量分数的控制

第３７卷第６期　包钢科技　Ｖｏ１．３７，Ｎｏ．６　２０１１年ｌ２月　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｂａｏｔｏｕ　Ｓｔｅｅｌ　Ｄｅｃｅｍｂｅｒ，２０１　１　Ｕ７　１　Ｍｎ高速轨钢中氮质量分数的控制　姜　丽　（内蒙古包钢钢联股份有限公司技术中心，内蒙古包头０１４０１０）　摘要：针对包钢生产３５０　ｋｍ／ｈ高速Ｕ７１Ｍｎ钢轨钢加［Ｎ］偏高的问题，研究指出了高速轨钢液增氮的主要原因。　采用无烟煤替代沥青焦作为增碳剂，钢液加［Ｎ］均低于６５×１０一。有效控制了钢中加［Ｎ］。　关键词：氮质量分数；高速轨；增碳剂　中图分类号：ＴＦ７３４．３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００９—５４３８（２０１１）０６—０００９—０３　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｍａｓｓ　Ｐｅｒｃｅｎｔ　ｏｆ　Ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ｉｎ　Ｕ７　１　Ｍｎ　Ｓｔｅｅｌｓ　Ｕｓｅｄ　ｆｏｒ　Ｈｉｇｈ——ｓｐｅｅｄ　Ｒａｉｌｓ　Ｊ，ＩＡＮＧ　（Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆＳｔｅｅｌ　Ｕｎｉｏｎ　Ｃｏ．Ｌｔｄ．ｏｆＢａｏｔｏｕ　Ｓｔｅｅｌ（Ｇｒｏｕｐ）ｃ０　．，　Ｂａｏｔｏｕ　０１４０１０，Ｎｅｉ　Ｍｏｎｇｇｏｌ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｃａｕｓｅｓ　ｏｆ　ｈｉｇＩｌ　Ｗ［Ｎ］ｉｎ　ｍｏｌｔｅｎ　ｓｔｅｅｌ　ｏｆ　ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ　ｒａｉｌｓ　ａｒｅ　ｐｏｉｎｔｅｄ　ｏｕｔ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ａｉｍｉｎｇ　ａｔ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　ｉｈｇｈｅｒ　［Ｎ］ｉｎ　Ｕ７１Ｍｎ　ｓｔｅｅｌｓ　ｕｓｅｄ　ｆｏｒ　３５０　ｋｍ／ｈ　ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ　ｒａｉｌｓ．ＴｈｅＷ［Ｎ］ｉｎ　ｍｏｌｔｅｎ　ｓｔｅｅｌ　ｉｓ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｔｏ　ｌｅｓｓ　ｔｈａｎ　６５×１０～ｂｙ　ａｄｄｉｎｇ　ａｎｔｈｒａｃｉｔｅ　ｉｎｓｔｅａｄ　ｏｆ　ｔａｔ　ｃｏｋｅ　ａｓ　ｃａｒｂｕｒａｎｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍａｓｓ　ｐｅｒｃｅｎｔ　ｏｆ　ｎｉｔｏｒｇｅｎ；ｈｉｈｇ—ｓｐｅｅｄ　ｒｉａｓｌ；ｃａｒｂｕｒａｎｔ　在绝大多数钢中，氮被视为一种有害元素，主要　钢中Ｗ［Ｎ］。　原因是ＦｅＮ的析出导致钢的时效性和兰脆，降低钢　的韧性和塑性；与钢中钛、铝等元素形成带棱角而性　１　影响钢中Ｗ［Ｎ］的因素　脆的夹杂物，不利于钢的冷热变形加工；当钢中残留　１．１钢中Ｗ［Ｎ］在各个工序中的变化　氮较高，会导致钢宏观组织疏松甚至形成气泡；钢中　在炼钢过程中，为了研究　Ｎ］在各工位的分　氮还降低钢的焊接性能、电导率、导磁率等；钢中　布规律，对同一熔炼号的Ｗ［Ｎ］在各工位（转炉终　Ｗ［Ｎ］偏高也会使铸坯开裂。因此，必须采取有效措　点，ＬＦ炉就位１０　ｍｉｎ，ＶＤ前，ＶＤ后，中间包）进行　施降低钢中Ｗ［Ｎ］，特别是高级别钢种的氮控制尤　了取样和分析。由于刚刚加入增碳剂，钢罐内钢水　显重要…。为了保证Ｕ７１Ｍｎ高速钢轨钢的质量，规　的Ｗ［Ｎ１分布不均匀且取样较困难，因此未在此工　定了钢水中　Ｎ］的上限为６５×１０Ｉ¨。文章针对　位取样，试样数共２４个。各工序　［Ｎ］实际测量数　Ｕ７１　Ｍｎ高速钢轨钢生产工艺：转炉一ＬＦ—ＶＤ一连　值统计如表ｌ所示。　铸，分析各工序中影响钢中Ｗ［Ｎ］的因素，有效控制　收稿日期：２０１１—０６—２７　作者简介：姜丽（１９７０一），女，内蒙古包头市人，工程师，现从事炼钢工艺研究工作。　１０　包钢科技　第３７卷　表１各工序钢液氮的质量分数　×１０　由表１可见，在转炉出钢工位，钢水中Ｗ［Ｎ］较　低，且相对波动较小，其平均值只有２１×１０～。ＬＦ　炉就位１０　ｒａｉｎ后取样，钢水中Ｗ［Ｎ］明显提高，这　时，经过１０　ｍｉｎ的冶炼，加人的增碳剂及合金已经　熔化在钢水中且成分基本上较均匀。另外，从表１　还可以看出，从转炉到ＬＦ就位１０　ｍｉｎ，Ｗ［Ｎ］大幅度　增加，平均增氮量为６２．２　Ｘ　１０Ｉ¨。在ＶＤ前，钢中的　Ｗ［Ｎ］平均值增加了２．８　Ｘ　１０～。因为在ＬＦ炉就位　１０　ｍｉｎ后继续冶炼过程中，电弧光作用下分解的氮　原子进人钢液中，造成钢液增氮　Ｊ，导致钢水小幅　度增氮。在ＶＤ后，。一×／［Ｎ］　｝器　钢水中的　Ｎ］大幅度降低，平　均降低了３１．５×１０～，说明包钢ＶＤ炉的脱气功能　较强。在中间包，钢水中的Ｗ［Ｎ］平均上升了７．９×　蚰　∞　∞　∞　Ｏ　一；　．１　●●●　，　１Ｏ～。这说明从ＶＤ炉到中间包钢水不同程度地与　空气接触，从而吸收了氮。　１．２增碳剂　Ｊ　ｍ　由表１可见，钢水主要是从转炉到ＬＦ炉精炼　一　州　一一２０咖　１０　ｍｉｎ这一阶段增氮严重，与增碳剂或合金带入有　／　×　关，冶炼Ｕ７１Ｍｎ钢的合金是不会带人大量氮的，对　增碳剂沥青焦进行了化学分析，～∞　其成分如表２所示。　可见，沥青焦的优点是Ｗ［ｃ］较高、灰分少，其缺点　是Ｗ［Ｎ］较高。　４　０　表２沥青焦的化学成分　％　１．３钢中Ｗ［０］对Ｗ［Ｎ］的影响　钢中氧是表面活性元素，氧的存在一般会阻碍　钢中氮元素的脱除，造成钢中　［Ｎ］偏高。另外，如　果钢水在冶炼或浇注过程中与空气接触，就会造成　吸收氮气，吸收氮气的同时也会吸收氧气。１７８炉　的统计结果表明Ｗ［０］在８×１０～～２８　Ｘ　１０　之间，　平均值为１５×１０。。。。因此钢中的氮与氧存在一定　关系。由图１可见，精炼后，钢中Ｗ［０］与钢中　Ｗ［Ｎ］呈线性关系，随着　［０］的升高，钢中Ｗ［Ｎ］也　随之增加。图１中的样本数为１７８炉。　ｌ０Ｏ　ｆ一…一　……　～　一一一一　・。　●　图１　钢中Ｗ［０］与Ｗ［Ｎ］的关系（Ｎ＝１７８）　２　Ｗ［Ｎ］的控制　．　２．１控制措施　由图１可见，虽然降低钢水中的　［０］可以降　低钢水中的Ｗ［Ｎ］，但在一定的工艺条件下，要进一　步降低钢水的Ｗ［０］难度较大，不易操作。由表１　和表２可以看出，造成钢液严重增氮是增碳剂沥青　焦。故最可行的办法应是采用含氮量较低的增碳　剂，经过化学成分的比较，采用无烟煤作为增碳剂。　无烟煤的典型化学成分见表３。无烟煤的　Ｎ］较　低，是沥青焦的１２．５％。工艺上也采用同时提高出　钢　［０］来减少增碳剂的使用、提高出钢温度，减少　在精炼位的加热时间，加强对中包的的保护浇铸。　表３无烟煤的化学成分　％　２．２实施效果　转炉使用的增碳剂由沥青焦改为无烟煤后，　Ｕ７１Ｍｎ高速轨钢基本上未出现Ｗ［Ｎ］超标的现象。　对同一熔炼号的高速轨钢在各工位进行取样，Ｗ［Ｎ］　分布见表４。可见，与以前相比，钢中Ｗ［Ｎ］除在转　炉工位变化不大外，在其它工位都有一定幅度的降　低。高速轨Ｗ［Ｎ］全部低于６０×１０～，低于５０×　１０　的炉数占到了８６．８４％，其分布图见图２。　表４各工序钢液氮的质量分数　％　（下转第１３页）　第６期　运焦Ｋ。　可逆移动式皮带机的改造　１３　５　效益评估　直溜槽总重约ｌ３　ｔ，工程总造价为１５万元，实施安　原皮带机上的两台电机不用了，按每天２　ｈ计　算，年节约电费（５．５　ｋＷ＋７．５　ｋＷ）×２　ｈ／ｄ×３６５　ｄ　×０．３８５元＝１０　９６０元　装用工时７２　ｈ左右，此项技改于２００６年１２月底得以　实施，为此将带来显著的经济效益和社会效益。　５．１经济效益　５．１．３节约人工维修费及操作费用　综上所述，可逆移动皮带机改成直溜槽，每年总　共可带来２８６　１４８元的经济效益。　５．２社会效益　５．１．１　节约备件材料加标费用　降低备件、材料消耗，技改后，直溜槽结构简单，　（１）彻底杜绝了安全隐患，焦仓被封闭后，不会　经久耐用，不再受有害气体侵蚀，使用寿命约为ｌ２　再有工人掉人焦仓的人身事故的发生。　年左右，一次性总投资１５万元，其平均每年费用消　（２）减轻了岗位工人的劳动强度，大大地减少　耗为１．２５万元，而原来的可逆移动皮带机维修频　了维修工作量，除镶砌被磨掉的铸石板，机械方面几　繁，备件、材料消耗得多。　乎没有了维修工作量。　（１）道轨上的传动辊轮每二年更换一次，年消　（３）改善操作环境，封闭直溜槽没有机械运行　耗备件费为２　９９５元。　的噪音，没有四处飞溅的焦炭，没有腾腾的蒸汽，没　（２）皮带上托辊每年消耗２Ｏ个，每个３５２元。　有周围弥漫不尽的粉尘，操作环境大为改善，极大地　价值３５２×２０＝７　０４０元　保证了岗位工人的身体健康。　（３）皮带下托辊每年消耗２Ｏ个，每个４６６元。　价值４６６×２０＝９　３２０元　６　结论　（４）皮带机头、机尾改向辊筒每二年更换一次，　通过Ｋ　移动式皮带机改造为分叉直溜槽，充　年消耗１　２０００元。　分说明干工作不能墨守成规，要勇于创新，且创新要　（５）Ｂ＝１　４００　ｎｌｌｎ，Ｌ＝２３　ｍ的皮带每年更换一　与实际相结合。设计工艺及设备是否科学合理，并　次，价值３４　５００元。　非以设备复杂而论，应以投资少，设备维护和操作简　（６）整台皮带机架每三年大修一次，平均年消　便、布局合理、增加效益为准，做到以较少投资，较简　耗３　３３３元。　单设备、合理的科学工艺获取较高的效益。　（７）电机检修频繁，平均每年送电修厂检修费　用３６　０００元。　参考文献　（８）由于彻底杜绝撕裂皮带事故的发生，平均　［１］　北京钢铁学院，工程力学［Ｍ］．北京：高等教　年节约皮带费３０　０００元；平均年减少焦炭产量损失　育出版社，１９９２．　费８０　０００元。　［２］　成大先，机械设计手册［Ｍ］．北京：化学工业　５．１．２节约电能　出版社．１９９３．　（上接第ｌＯ页）　４０．０Ｏ　ｋ　３Ｗ［　Ｎ］通结＜明６过５论显将×　下１增０降　碳，要剂基参求由本。沥　上考青满焦足文改Ｕ７为献　１无Ｍｎ烟高煤速，钢轨水钢中的Ｗ　一　张槐，陈天明．钢中　Ｎ］控制的研究及探讨　［Ｊ］．四川冶金，２００９，３１（１）：７．　图１　Ｎ］分布图　［２］　石磊，王国平．高碳钢８２Ｂ精炼过程中的氮控　制［Ｊ］．武钢技术，２００９，４７（２）：４．