在電爐流程低氮鋼生產(chǎn)中，一些高級的鋼種對氮有嚴(yán)格的要求，比如高級的熱軋鋼板氮要求低于40×10-4%，高強(qiáng)度管線鋼要求氮低于30×10-4%，IF冷軋鋼板要求氮低于25×10-4%，82B盤條經(jīng)拉絲、合股制成高強(qiáng)度鋼絲、預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線、鋼絲繩等，如果氮含量高會出現(xiàn)時效明顯、合股扭絲易斷裂問題，因此，鋼中氮的控制是微合金及高碳鋼研究項目中的重要課題。
在生產(chǎn)低氮鋼方面電爐流程明顯不如轉(zhuǎn)爐流程，轉(zhuǎn)爐流程出鋼鋼液氮含量**低可到10×10-4%，**終鋼中的氮含量達(dá)20×10-4%～40×10-4%.電爐流程由于廢鋼中的氮含量高且電弧區(qū)鋼液容易吸氮的原因，導(dǎo)致產(chǎn)品中的氮含量較高，一般為80×10-4%～120×10-4%.隨著現(xiàn)代電弧爐煉鋼技術(shù)的發(fā)展、配碳量及用氧量的大幅度提高，部分企業(yè)已能通過電爐流程生產(chǎn)出低于50×10-4%，甚至低于40×10-4%的鋼液，但要穩(wěn)定達(dá)到這種效果還要進(jìn)行系統(tǒng)研究。
合理控制和優(yōu)化供氧制度是基礎(chǔ)
首先，在電弧爐冶煉過程中，脫碳的同時能有效地脫氮。在吹氧脫碳過程中，脫氮是由于碳氧反應(yīng)生成物CO氣泡相當(dāng)于一個小真空室，鋼液中的[N]可以被其帶出。在脫碳過程中，鋼液脫氮速度與脫碳速度成正比；隨鋼液溫度的升高，脫氮速度升高。氧、硫是表面活性元素，對鋼液脫氮有阻礙作用。
其次，在電弧爐冶煉過程中，鋼液脫氮和增氮過程同時存在。脫氮主要是依靠C-O反應(yīng)生成CO氣泡攜帶法進(jìn)行。鋼液中碳含量高時，鋼液中碳氧反應(yīng)強(qiáng)，熔池產(chǎn)生大量CO氣泡將鋼液中的氮脫除。鋼液中碳含量越高，出鋼量越低，要想降低出鋼的氮含量，必須增大電爐冶煉過程的脫氮量，這就要求爐料要高配碳，有更多的C-O反應(yīng)產(chǎn)生。由于爐料配碳量的大幅度提高，噸鋼用氧量增大，幾乎接近轉(zhuǎn)爐用氧量的水平。
當(dāng)鐵水加入量基本相同時，出鋼時的氮含量相差較大，這是因電爐冶煉期間供氧強(qiáng)度不同所致。在較高的吹氧強(qiáng)度下，熔化前期脫碳迅速，能夠使熔池中的氮含量很快降低，但此時尚有部分廢鋼未完全熔化，這部分廢鋼熔化帶入的氮由于熔池已沒有足夠的碳氧化而難以脫除，出鋼氮含量較高；相反，在較低的吹氧強(qiáng)度下，熔池中的氮含量起初下降較慢，但在冶煉后期由于廢鋼熔化引起鋼液中的氮回升也較慢，出鋼氮含量較低。
電弧爐加入第一批廢鋼后，熔池金屬靠電弧的高溫來加熱。電**加熱時能在沖擊點處造成一個凹坑，出現(xiàn)裸露的鋼液面，而這部分裸露的鋼液較其他部位的鋼液溫度高，就會吸氮。另外，電弧強(qiáng)大的射流會將四周大量的氣體吸入弧柱中，為[N]在鋼液中的溶解提供了條件。只要有金屬熔池形成，鋼液就有機(jī)會從大氣中吸氮。因此，為了減少從大氣中吸氮，造泡沫渣避免鋼液裸露是有效的措施，特別是熔清后，泡沫渣渣層厚度應(yīng)高于沖擊凹坑深度。
綜合考慮以上因素，確定合理的鐵水加入量、優(yōu)化供氧制度及盡早形成泡沫渣，可降低出鋼鋼液的氮含量。
完善工藝和相關(guān)措施是關(guān)鍵
以CM490和20CrMo為兩種試驗鋼種，CM490用鋁脫氧，20CrMo不用鋁脫氧。加鋁脫氧，隨鋼液中的鋁含量的增加，鋼液增氮量有增大的趨勢。在同樣的加鋁條件下，鋼液入包后，鋼液中的鋁越高，說明出鋼脫氧消耗的鋁量少。在鋼液中的氮達(dá)飽和之前，鋼液中的鋁促進(jìn)了鋼液的吸氮。同時鋁脫氧使鋼液中的溶解氧大幅度降低，也為吸氮創(chuàng)造了良好的條件。
LF精煉過程可以保證增氮量達(dá)到小于5×10-4%的較好水平。LF增氮的主要原因是鋼液與大氣的接觸、電弧電離、原材料中氮，同時供電制度也會對其產(chǎn)生影響。對不用鋁脫氧鋼液精煉過程，即使鋼液與大氣接觸吸氮量也**少，甚至不吸氮，而用鋁脫氧鋼液一旦鋼液與大氣接觸，便會吸氮，但鋼液與大氣接觸吸氮的機(jī)會較少。
電弧加熱時對鋼液氮含量的影響同電爐加熱時一樣。無論用鋁脫氧與否，都會在電弧沖擊的鋼液裸露區(qū)吸氮，在LF精煉過程中必須要造好泡沫渣，防止弧區(qū)鋼液面裸露。另外，精煉渣表面溫度在600℃～1500℃時，鋼液幾乎不吸氮。因此，保持合理的渣量，并在精煉過程中保持渣很好地被覆蓋對于控制鋼液增氮很重要。此外，盡可能減少渣的高溫時間和高溫渣存在的時間，也有利于防止鋼液吸氮。
用鋁脫氧的CM490鋼液，開澆爐次由于中間包為空，同時鋼液裸露，鋼液吸氮嚴(yán)重，氮含量幾乎增加了一倍。隨著澆注過程的進(jìn)行，長水口浸入至鋼液并且鋼液面有渣層保護(hù)，避免了鋼液與大氣的接觸，鋼液從大氣中吸氮量大大降低。不用鋁脫氧的20CrMo鋼液中的氮含量基本沒有變化，這說明開澆爐次鋼液增氮顯著，鋼鐵企業(yè)應(yīng)采取措施保證鋼液不與大氣接觸。
取大包澆完時中間包鋼液氮含量來研究穩(wěn)定澆注條件下，大包到中間包鋼液氮含量的變化，可保證中間包鋼液的氮含量不受上爐鋼液的影響。在澆注穩(wěn)定的條件下（包括液面波動小、中間包覆蓋劑覆蓋良好、長水口浸沒在鋼液中等），從現(xiàn)吹氬條件、增大氬封吹氬量及不用氬封三個方面來研究長水口氬封鋼液增氮的影響可以看出，增大氬封的吹氬量，以鋼液不翻為準(zhǔn)，鋼液氮含量沒有變化；不用氬封，鋼液增氮嚴(yán)重，如果不用氬封且中間包鋼液沒有良好地被渣覆蓋，增氮更為嚴(yán)重。為避免鋼包至中間包鋼液的增氮，一是要控制合適的吹氬量，使長水口與大包連接處真正形成氫氣環(huán)保護(hù)，否則在連接處**易吸入空氣而使鋼液增氮；二是保證鋼液面被中包覆蓋劑覆蓋。
