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(huì)出現(xiàn)時(shí)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(xiàng)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(shí)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(gè)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(shí)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(shí)，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(shí)，出鋼時(shí)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(shí)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(shí)能在沖擊點(diǎn)處造成一個(gè)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(huì)吸氮。另外，電弧強(qiáng)大的射流會(huì)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(huì)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(yàn)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(shí)鋁脫氧使鋼液中的溶解氧大幅度降低，也為吸氮?jiǎng)?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(shí)供電制度也會(huì)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(huì)吸氮，但鋼液與大氣接觸吸氮的機(jī)會(huì)較少。
電弧加熱時(shí)對鋼液氮含量的影響同電爐加熱時(shí)一樣。無論用鋁脫氧與否，都會(huì)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(shí)，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(shí)間和高溫渣存在的時(shí)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(shí)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(shí)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(dòng)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(gè)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。
