煉鋼過程氮是有害元素之一，它會使鋼的塑性和沖擊韌性降低，引起鋼的冷脆；同時氮還會與鋼中的鈦、鋁等元素形成氮化物夾雜，惡化鋼的表面質量，降低成材率[1?3]。
1. 存在問題
對轉爐冶煉企標N質量分數(shù)≤35×10?6鋼種時的鋼包氮跟蹤調查和109爐數(shù)據(jù)統(tǒng)計可知，鋼包氮質量分數(shù)均值為19×10?6，標準差為13×10?6，氮的控制不穩(wěn)定且偏差較大，具體如圖1所示（圖中的正態(tài)分布曲線包含了負值，其并不意味鋼包N含量為負值，而是由于鋼包N含量極低，為了將正態(tài)曲線畫完整所致；密度為橫坐標范圍內出現(xiàn)的次數(shù)）。對此問題，本鋼煉鋼廠成立攻關小組進行轉爐冶煉控氮原因分析并制定工藝優(yōu)化措施，以解決轉爐控氮不穩(wěn)定問題。
2. 低氮鋼控制技術
2.1 氮的來源
根據(jù)轉爐冶煉過程可知，鋼中氮主要來源于鐵水、廢鋼、輔原料、頂?shù)讖痛档臍怏w介質、合金、與鋼水發(fā)生接觸的空氣等。
2.2 增氮的熱力學分析
氮在鋼液中的溶解反應可表示為：
式中，[%N]為氮在鋼中溶解度，pN2?N2為氮分壓，p???為標準蒸氣壓，KN為氮的平衡常數(shù)，?N為[N]的活度系數(shù)。
模型采用Fujio等人測定的KN值：lgKN= ?518/T?1.063[4]。
根據(jù)熱力學分析鋼水中N的溶解度隨溫度（T）的升高、氮分壓的增加而增大。戰(zhàn)東平等[5]研究表明：鋼中Al、Cr、Mn、Mo可提高氮在鋼中的溶解度，C、Si、Ni降低氮在鋼中的溶解度。趙長亮等[6]研究表明：轉爐煉鋼鋼水氮含量的控制是包括氧氣純度、氬氣純度、過程化渣、鐵水硫含量、轉爐終點控制、后吹、渣量等多因素控制的。張鐘錚等[7]研究表明：廢鋼種類、鐵水比、底吹氣體、轉爐補吹、出鋼口狀態(tài)、脫氧方式影響轉爐終點氮的控制。
2.3 轉爐脫氮機理
復吹轉爐的脫氮機理如下：一，在碳氧反應區(qū)產生了2600 °C左右的溫度，高溫使表面活性元素氧、硫對氮的影響消失，而氧化生成的CO氣泡以及底吹入的Ar氣泡相當于許多小的真空脫氣室降低了界面的氮分壓，轉爐中形成的良好泡沫渣能夠為氮的脫除提供充足的反應界面積，為轉爐強脫氮創(chuàng)造了有利的條件。二，在吹煉中后期前轉爐生成的氣體使轉爐內部保證了一定的正壓力，降低了外界空氣進入轉爐的幾率，且氣體與鋼渣接觸面保持較高的氧勢，阻礙了氣液界面的吸氮作用，進而使得轉爐冶煉中后期之前的過程是強脫氮過程。
綜上論述，由于轉爐在吹煉中后期之前具有強脫氮作用，作者認為在吹煉中后期之前的增氮因素都不能夠成為控制鋼包氮的主要因素，因此本文針對以下幾方面對轉爐吹煉中后期的增氮因素進行研究。
2.3.1 過程化渣情況
轉爐冶煉過程中生成的性能良好的泡沫渣不僅具有較強的脫磷能力，而且對于氮的去除有一定的作用，主要是因為泡沫渣能夠將鋼水液面覆蓋住，有效的避免了轉爐內進入的空氣與之相接觸，進而防止鋼液表面的增氮。針對過程化渣情況，本文跟蹤統(tǒng)計了轉爐冶煉過程化渣良好的爐次與其他爐次共22爐進行鋼包氮比對，具體如圖2，可以得出化渣良好爐次相對其他爐次鋼包N控制效果好。
