自出钢开始到LF炉精炼开始过程钢液存在严重的吸氮现象,到LF炉后平均增氮近20×ppm。出钢过程的增氮主要由两部分组成:大气中吸氮;加入铁合金及增碳剂导致增氮。此时影响钢液增氮的因素很复杂,可简要讨论如下。
脱氧制度对钢液增氮有很大的影响。理论研究和生产实践表明:钢液溶解w(O)对吸氮过程影响极大,钢液不脱氧时,吸氮速度很小,钢液w(N)几乎不会增加,原因是氧、硫是表面活性物质,它们在表面富集,占据了一部分可吸附氮的表面位置,从而阻碍了氮在这些位置上的吸附。氧、硫在钢液中的浓度越高,占据表面位置的分数就越多,吸氮过程就越慢。
冶炼SS400薄板钢,转炉出钢时加入铝铁和铝锰铁进行预脱氧,使钢中w(O)迅速下降。钢液中的w(O)由冶炼终点时的400ppm~500ppm迅速降低到进入LF炉时的100ppm以下;经过LF炉精炼,钢水进入中包后w(O)又进一步降低到50ppm以下。使钢液从大气吸氮的速度迅速增加。部分炉次钢液自转炉进入钢包过程中w(N)的变化,终点钢液w(N)平均在10ppm左右,但出钢结束后钢液w(N)变化很大,数据比较分散,增氮量为3ppm~19ppm,平均为8ppm。
出钢结束,钢包转运到LF炉,随着加入的增碳剂和铁合金不断熔入钢液中,钢液中的w(N)仍在不断上升,此过程w(N)增加近10ppm。
转炉出钢时的溶解w(O)一般在300ppm~900ppm之间。由于出钢时的脱氧制度对吸氮的影响比较大,因此转炉出钢可以采用不加铝、硅等强脱氧剂,只加Fe2Mn和部分Fe2Si进行预脱氧和合金化的脱氧工艺,钢液w(O)保持在较高水平,此过程吸氮量很小。
复吹转炉由于底吹气体搅拌,由转炉底部向熔池吹入惰性气体,可以降低熔池内的PCO数值并且可以通过底吹气体的流量来加以控制;采用顶底复合吹炼法,顶吹氧气停止后,由于底吹气体的搅拌及降低PCO数值两种作用,可以使脱碳反应继续进行。复吹转炉可脱碳至0.02%,停止吹氧后仍有C2O反应。可见,即使顶吹氧气停止后,由于仍然存在脱碳反应,此时转炉仍有脱氮功能。加上转炉冶炼后期,钢水呈氧化状态,钢中含有300ppm~900ppm的氧,强烈阻止钢水吸氮,因此复吹转炉出钢w(C)对终点钢液w(N)的影响很小。