摘要：湖南钢铁涟钢集团为深入贯彻新发展理念，实现“碳达峰 碳中和”，走钢铁绿可持续发展道路，最大限度提高转炉废钢比，降低转炉铁水单耗。在降低转炉铁水单耗的过程中，转炉氮含量控制较为困难。本文研究了转炉氮含量与转炉入炉铁水条件、转炉温度、转炉终点氧、补吹、废钢结构、供氧强度等方面的关系。
关键词：转炉 低铁耗 废钢 氮含量 温度
1、前言
湖南钢铁涟钢集团为深入贯彻新发展理念，实现“碳达峰 碳中和”，走钢铁绿可持续发展道路，最大限度提高转炉废钢比，降低转炉铁水单耗。研究数据表明，每回收使用1吨废钢可减少1.6吨二氧化碳排放，减少使用1.4吨铁矿石和740千克煤，1吨废钢生产出来的钢铁产品所消耗的能量仅仅约为长流程消耗能量的三分之一。截止2020年，我国使用废钢可减少二氧化碳排放3.7亿吨，2021年或将达到4.16亿吨。
湖南钢铁涟钢集团210t转炉通过增加铁水保温措施，推行铁水“一罐到底”入炉率、提高入炉铁
水温度，加快冶炼节奏，降低转炉冶炼过程钢水过程热损失，转炉铁水比降低至72%以下。但是随着废钢比增加，铁水单耗降低，转炉氮含量控制成为制约转炉生产与质量的重要瓶颈。
2、现状
随着湖南钢铁涟钢集团铁水单耗的降低，钢水中的[N]已经成为制约涟钢产品开发及提高钢水质量的瓶颈。统计分析一段时间内转炉氩站[N]含量分布情况（见图1）。
图1：低铁耗期间氩站[N]含量分布情况
以上数据显示，低铁耗下控氮钢种[N]含量≥0.0035%的比例达到65.32%，钢水[N]平均值为0.004%。
钢中氮的存在降低了钢的韧性和塑性，影响钢板的冲压性能，氮含量高，钢产生应变时效、时效沉淀硬化或时效脆性，造成钢的蓝脆、冷脆，影响钢种的深冲性能、焊接性能、热加工性能，造成铸坯开裂及引起晶间腐蚀［1］。平均值0.004%的钢水[N]已经无法满足涟钢品种开发及钢水质量的要求。
3、氮含量相关性分析
影响转炉吹炼过程中脱氮因素比较多，不同的工艺条件各因素对终点钢水[N]的影响差异大，钢水终点[N]波动较大。为研究钢水[N]含量影响因素，以下对转炉不同因素对钢水[N]含量影响做分析。
3.1、与铁水条件对应关系
3.1.1与铁水温度对应关系
研究表明：铁水温度提高10℃，废钢加入量可以增加6.72 kg/t。涟钢210t转炉在保证铁水比72%时，其氮含量分布与铁水温度的对应关系如图2。
图2：铁水温度对应氮含量控制区间
随着铁水温度的降低，氮含量整体呈逐渐升高的趋势。但是当铁水温度降低至1320℃以下时，氮含量下降不明显。
3.1.2与铁水Si对应关系
研究表明：铁水Si含量提高0.1%，废钢加入量可以增加21.52 kg/t。涟钢210t转炉在保证铁水比72%时，其氮含量分布与铁水Si的对应关系如图3。
图3：铁水Si对应氮含量控制区间
随着铁水硅数的降低，氩站氮含量总体呈逐渐升高的趋势。但是当铁水Si≥0.5%时，铁水Si对氮含量影响不明显。
3.1.3与铁水比对应关系
为研究铁水比与钢水[N]含量对应关系，转炉采用不同铁水比,研究对钢水[N]含量的影响（见图4）。
铁水温度图4：铁水比对应氮含量控制区间
适当提高入炉铁水比相当于增加了铁水中的碳含量，可加剧碳氧反应，增加CO的生成量，有利于吹炼前期、中期脱氮，间接降低吹炼终点的钢中氮含量。在吹炼终点碳含量相同的条件下，入炉铁水比越低，钢中氮含量越高。随着铁水比的降低，氮含量呈逐渐升高的趋势。当铁水比低于74%时，氮含量急剧升高。
3.2、与过程温度控制与终点温度控制的对应关系
3.2.1与TSC温度对应关系
涟钢在TSC测试时，转炉氧气流量降低至正常流量的60%，转炉处于软吹阶段。此时炉内温度的高低对碳氧反应有较为明显的影响。TSC测试温度与[N]含量的影响见图5。
图5：TSC测试温度对应氮含量控制区间
以上数据表明，随着TSC温度的降低，[N]含量呈逐渐升高趋势。
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