降低转炉钢水氮含量

降低转炉钢水氮含量降低转炉钢水氮含量 氮在钢中大多数情况下是有害元素，钢中氮含量高会使钢材产生应力时效，降低钢的成形性及高温韧性、塑性和焊接性能。随着八钢钢材品种不断拓广，炼钢后道工序和用户反映由于氮含量偏高后产生的质量异议不断增多，其中炼钢工序转炉钢水氮控制能力偏低，因此必须采取措施控制钢水中的氮含量。小组介绍小组介绍GROUP INTRODUCTION小组名称：降低转炉钢水氮含量降低转炉钢水氮含量成立时间成立时间活动类型活动类型小组成立2010年2月，课题注册时间：2010年10月、2010年小组课题为J55钢达产达效获宝钢优秀成果奖。类型为现场型、小组活动利用质量会开展活动，每月活动3次，共计活动15次。姓名姓名职务职务职称职称分工分工职责职责张春辉张春辉冶炼专家冶炼专家高级工程师高级工程师组长组长活动策划实施活动策划实施钟文斌钟文斌冶炼工程师冶炼工程师炼钢工程师炼钢工程师副组长副组长制定对策制定对策李会峰李会峰转炉作业长转炉作业长技师技师副组长副组长策划实施策划实施赵广谙赵广谙转炉现场专工转炉现场专工高级技师高级技师组员组员现状分析现状分析刘刘 勇勇转炉现场专工转炉现场专工技师技师组员组员要因确认要因确认邹海涛邹海涛转炉现场专工转炉现场专工助理工程师助理工程师组员组员原因分析原因分析尤培军尤培军炼钢工炼钢工技师技师组员组员现场实施现场实施张江勇张江勇炼钢工炼钢工技师技师组员组员现场实施现场实施陈陈 刚刚炼钢工炼钢工技师技师组员组员现场实施现场实施王宏林王宏林炼钢工炼钢工技师技师组员组员现场实施现场实施小组活动计划推进表小组活动计划推进表总结打算总结打算巩固措施巩固措施效果检查效果检查对策实施对策实施制定对策制定对策要因确认要因确认原因分析原因分析确立目标确立目标现状调查现状调查课题选择课题选择5 54 43 32 21 11212111110109 98 82011201120102010年年 时间时间活动计划活动计划阶阶 段段P PD DC CA AAP钢、管线钢氮含量超标是造成钢、管线钢氮含量超标是造成钢种改判和降级的主要因素钢种改判和降级的主要因素我厂对转炉工序钢水氮含量的要我厂对转炉工序钢水氮含量的要求是控制在求是控制在0.0030%以下以下洁净钢对夹杂物和气体夹杂含量洁净钢对夹杂物和气体夹杂含量的控制要求越来越严格的控制要求越来越严格选选 题题 理理 由由欲乘风欲乘风 何浪不可破何浪不可破您的每一步前行都有我们的推动您的每一步前行都有我们的推动现状调查现状调查AP钢平均命中率为63%，管线钢平均命中率62%2010年8-12月对钢包钢水氮进行数据统计分析现状调查现状调查2010年年8-12月保留钢数据统计分析月保留钢数据统计分析AP钢平均保留率1.88%，管线钢平均保留率21.8%AP钢平均保留率钢平均保留率1.88%，管线钢平均，管线钢平均保留率保留率21.8%现状调查现状调查0.0070.0060.0050.0040.0030.0020.001-0.000LSLUSLLSL0目 标*USL0.0045样 本 均 值0.00334827样 本 N1124标 准 差（组 内）0.000729319标 准 差（整 体）0.00103913过 程 数 据Cp1.03CPL 1.53CPU 0.53Cpk 0.53Pp0.72PPL 1.07PPU 0.37Ppk 0.37Cpm*整 体 能 力潜 在（组 内）能 力PPM USL 133451.96PPM 合 计 133451.96实 测 性 能PPM USL 57147.30PPM 合 计57149.50预 期 组 内 性 能PPM USL 133854.46PPM 合 计134490.55预 期 整 体 性 能组 内整 体A AP P系系列列8 8至至1 12 2月月控控制制氮氮含含量量的的过过程程能能力力0.0070.0060.0050.0040.0030.0020.0010.000LSLUSLLSL0目 标*USL0.0045样 本 均 值0.00368243样 本 N148标 准 差（组 内）0.000718748标 准 差（整 体）0.00121641过 程 数 据Cp1.04CPL 1.71CPU 0.38Cpk 0.38Pp0.62PPL 1.01PPU 0.22Ppk 0.22Cpm*整 体 能 力潜 在（组 内）能 力PPM USL 263513.51PPM 合 计 263513.51实 测 性 能PPM USL 127667.23PPM 合 计127667.38预 期 组 内 性 能PPM USL 250755.44PPM 合 计251989.22预 期 整 体 性 能组 内整 体管管线线钢钢系系列列9 9至至1 12 2月月控控制制氮氮含含量量的的过过程程能能力力20102010年年9 9至至1212月管线钢氮含量过程控制月管线钢氮含量过程控制能力能力CPKCPK为为0.580.5820102010年年8 8至至1212月月APAP钢氮含量过程控制钢氮含量过程控制能力能力CPKCPK为为0.530.5385%活动前活动前62%氮命中率氮命中率氮含量命中率氮含量命中率85%85%1、宝分公司、梅钢等厂转炉工序钢水氮含量合格率已达到92%以上的水平，这对我们实现目标，增强了信心。2 2、2011年1月开始，转炉作业区将钢包钢水氮含量控制，列为重点绩效指标。3、甲班3#小组钢水氮含量10月命中率为：83.65%，接近目标值。合金里含氮量的高低对合金里含氮量的高低对钢液的影响钢液的影响转炉终点碳对脱氮的影响转炉终点碳对脱氮的影响底吹底吹N N2 2、ArAr切换点及吹氩切换点及吹氩量对终点氮含量的影响量对终点氮含量的影响铁水比对钢液氮含量铁水比对钢液氮含量的影响的影响冶炼补吹对钢液氮含量冶炼补吹对钢液氮含量的影响的影响 钢液的脱氧深度钢液的脱氧深度脱氧合金加入时机以及脱脱氧合金加入时机以及脱氧合金的选择氧合金的选择炉后辅料的加入以及钢包炉后辅料的加入以及钢包底吹氩强度底吹氩强度 操作工终点控制水平波操作工终点控制水平波动对终点氮的影响动对终点氮的影响出钢口的大小及形状对钢出钢口的大小及形状对钢液氮含量的影响液氮含量的影响氮含量高氮含量高高高高高氮含量高氮含量高高高脱氧合金加入时机出钢铝含量变化 转炉终点碳过低导致过吹终点碳控制钢包底吹氩强度枪位控制不当终点命中率低终点命中率低合金的种类出钢口的问题铁水比低铁水包结渣底吹模式 转炉脱碳与脱氮的关系转炉脱氮过程关键点在后期终点临界【C】的控制，例如AP钢系列氮含量高于其它钢种。根据不同钢种要求转炉终点【C】控制不同。非要因非要因底吹模式对终点氮含量的影响底吹模式对终点氮含量的影响底吹切换模式为关键控制点底吹切换模式为关键控制点 底吹氩气时底吹氩气时平均氮含量为平均氮含量为14.7ppm14.7ppm，底吹，底吹氮气时平均氮含氮气时平均氮含量为量为19.3ppm19.3ppm。底吹底吹氮气氮气底吹底吹氩气氩气25201510PPM1516191421221911171921141619172412181318铁水比对钢液氮含量的影响 随铁水装入比的增加，产生的CO量就越多，脱氮能力就越强。同时也能减少由于废钢引起增氮对钢水的影响。氮含量（氮含量（）82%84%86%88%90%92%94%96%98%铁水比铁水比ppm0510152025304 ppm转炉冶炼补吹对钢液氮含量的影响 补吹炉次氮含量变化，主要与补吹时的碳含量有关：碳含量补吹炉次氮含量变化，主要与补吹时的碳含量有关：碳含量越低，钢液中的氮含量越高，补吹次数越多，出钢氮含量越越低，钢液中的氮含量越高，补吹次数越多，出钢氮含量越大。统计结果终点碳含量降低大。统计结果终点碳含量降低0.01%平均氮含量升高平均氮含量升高2-3ppm，增加一次补吹增加氮含量，增加一次补吹增加氮含量3-5ppm。0 00.030.050.060.07二次二次补补吹吹一次一次补补吹吹 一次出一次出钢钢单位：ppm终终点碳碳含量1 10 04 40 03 30 02 20 00 0钢水的脱氧深度出钢过程中加入的铝脱氧剂，随着钢液中铝含量的增加出钢过程中加入的铝脱氧剂，随着钢液中铝含量的增加，氮含量变化并不明显。，氮含量变化并不明显。0.035%0.035%0.03%0.03%0.025%0.025%0.02%0.02%0.015%0.015%0.01%0.01%0 015152020252530303535铝含量铝含量钢液氮含量钢液氮含量10-4%10-4%ppmppm非要因非要因在出钢过程中通过钢包底吹氩的调节，可以减少钢液面大在出钢过程中通过钢包底吹氩的调节，可以减少钢液面大面积裸露后钢液吸氮，但是受到合金成分均匀化和夹杂物面积裸露后钢液吸氮，但是受到合金成分均匀化和夹杂物上浮的动力学条件影响，出钢过程中必须提供足够的氩气上浮的动力学条件影响，出钢过程中必须提供足够的氩气搅拌强度搅拌强度。钢水在脱氧之前吸氮相对脱氧后较少，因此尽可能延长脱钢水在脱氧之前吸氮相对脱氧后较少，因此尽可能延长脱氧合金化时间，能减少钢液吸氮。但受出钢时间的限制，氧合金化时间，能减少钢液吸氮。但受出钢时间的限制，合金加入延迟时间受限制。合金加入延迟时间受限制。脱氧合金加入时机转炉出钢过程中钢包底吹氩强度非要因非要因非要因非要因使用含碳合金:低碳锰铁、高碳锰铁，钢液增氮量小于单纯使用金属锰。合金的选择合金的选择出钢口问题出钢口问题 出钢过程中，钢水散流增大了与空气接触的面积，但钢水中的氧存在一定的分压，抑制了钢水的吸氮。2010年12月各班出钢口散流与正常氮含量统计非要因非要因因素名称因素名称确认方法确认方法现场分析现场分析转炉脱碳的影响转炉脱碳的影响底吹模式的影响底吹模式的影响铁水比的影响铁水比的影响补吹次数的影响补吹次数的影响 钢水的脱氧深度钢水的脱氧深度 脱氧合金加入时间脱氧合金加入时间钢包底吹氩强度钢包底吹氩强度造成的后果造成的后果结论结论合金选择的影响合金选择的影响出钢口的影响出钢口的影响碳含量越低，钢液中的氮含量越高，补吹次数越多碳含量越低，钢液中的氮含量越高，补吹次数越多，增氮现象越严重。，增氮现象越严重。随钢液中铝含量的增加，钢液中的氮含量有升高趋势随钢液中铝含量的增加，钢液中的氮含量有升高趋势脱碳反应弱，产生脱碳反应弱，产生CO量少，切换点靠后增氮较为量少，切换点靠后增氮较为明显。明显。随铁水装入比的增加，终点氮含量降低。随铁水装入比的增加，终点氮含量降低。随脱碳反应强度高，生成的随脱碳反应强度高，生成的CO量多，脱氮效率高量多，脱氮效率高；脱碳反应强度低，脱氮效率差。；脱碳反应强度低，脱氮效率差。推迟合金的加入时机，钢水中的氮含量有所降低推迟合金的加入时机，钢水中的氮含量有所降低钢液经过脱氧合金化后，氩气流量较大、强搅拌，钢液经过脱氧合金化后，氩气流量较大、强搅拌，造成钢液大面积裸露后钢液吸氮造成钢液大面积裸露后钢液吸氮。非要因非要因是要因是要因是要因是要因非要因非要因是要因是要因非要因非要因非要因非要因使用含碳合金后，钢水中的氮含量降低。使用含碳合金后，钢水中的氮含量降低。是要因是要因钢水散流后，钢水中的氮含量并无明显变化。钢水散流后，钢水中的氮含量并无明显变化。非要因非要因 因因 素素 措措 施施 目目 标标 实施人实施人 地点地点 完成时间完成时间底吹模式影响底吹模式影响管线钢和管线钢和APAP钢采钢采用底吹切换模式用底吹切换模式采用全程吹氩采用全程吹氩刘勇刘勇转炉操作室转炉操作室铁水比的影响铁水比的影响转炉冶炼补吹转炉冶炼补吹提高铁水比提高铁水比补吹次数小于等补吹次数小于等于于1 1次次铁水比大于铁水比大于84%84%倒炉率倒炉率85%85%钟文斌钟文斌李会峰李会峰转炉操作室转炉操作室倒罐站现场倒罐站现场合金的选择合金的选择使用含碳合金使用含碳合金降低降低2-5ppm赵广谙赵广谙炉后现场炉后现场2011.12011.12011.32011.32011.22011.22011.12011.1加强炉内脱氮的动力学条件，减少增氮，现场实验，选择最佳的底吹氩气流量。对策实施对策实施现场实施现场实施氩气氩气装料装料吹炼吹炼前期前期吹炼吹炼后期后期测温测温取样取样补吹补吹测温测温取样取样出钢出钢溅渣溅渣倒渣倒渣方案一方案一180180360360420420240240360360240240240240240240180180方案二方案二180180360360360360240240360360240240180180240240180180方案三方案三120120240240240240240240240240240240180180180180120120装装料料吹吹 炼炼 控控 制制拉拉碳碳出出钢钢溅溅渣渣倒倒渣渣底吹模式影响对策实施验证：2011年1月完成对低吹模式的调节，冶炼AP钢、管线钢156炉中实现了全程底吹氩。铁包清理制度铁包清理制度稳定铁水装入量在稳定铁水装入量在110-115t110-115t。建立铁包清理制度缩短铁水包等待时间建立铁包清理制度缩短铁水包等待时间，减少结渣量由原来的减少结渣量由原来的8.9t降至降至6.3t对策实施对策实施废钢装入量稳定在废钢装入量稳定在15-20t，减少因废钢造成增氮。减少因废钢造成增氮。对策实施验证：2011年2月25日，铁水比已经能稳定在84.8%铁水比的影响铁水比的影响现场进行指现场进行指导培训导培训现场进行操现场进行操作比武作比武钢包钢水氮含量钢包钢水氮含量纳入业绩考评纳入业绩考评对策实施对策实施对策实施验证：关键岗位人员操作比武，减少后吹，倒炉率由原来的关键岗位人员操作比武，减少后吹，倒炉率由原来的79%提高提高87%。转炉冶炼补吹转炉冶炼补吹1 1、使用含碳合使用含碳合金，利用含碳金，利用含碳合金中碳和钢合金中碳和钢液中氧反应产液中氧反应产生生COCO再次在钢再次在钢液中进行脱氮，液中进行脱氮，同时降低合金同时降低合金成本。成本。2 2、APAP钢系列钢系列使用高碳锰铁使用高碳锰铁代替部分低碳代替部分低碳锰铁、管线钢锰铁、管线钢品种钢使用高品种钢使用高碳锰铁代替部碳锰铁代替部分低碳锰铁和分低碳锰铁和低碳锰铁代替低碳锰铁代替部分金属锰合部分金属锰合金。金。工工艺艺技技术术要要求求钢钢种种成分要求成分要求炉后合金化合金选择炉后合金化合金选择APAP钢钢 系系列列【C C】0.06%0.06%低碳锰铁低碳锰铁0.06%0.06%【C C】0.08%0.08%低碳锰铁低碳锰铁50%50%、高碳、高碳锰铁锰铁50%50%【C C】0.08%0.08%高碳锰铁高碳锰铁管管线线钢钢系系列列【C C】0.06%0.06%金属锰金属锰0.06%0.06%【C C】0.08%0.08%低碳锰铁低碳锰铁0.08%0.08%【C C】0.12%0.12%低碳锰铁低碳锰铁50%50%、高碳、高碳锰铁锰铁50%50%【C C】0.12%0.12%高碳锰铁高碳锰铁对策实施对策实施合金的选择合金的选择对策实施验证：2011年1月冶炼AP钢85炉氮含量平均降低3.3ppm冶炼管线钢71炉氮含量平均降低5.1ppm钢水氮含量过程控制能力检查钢水氮含量过程控制能力检查0.00560.00480.00400.00320.00240.00160.0008-0.0000LSLUSLLSL0目标*USL0.0045样本均值0.00276002样本 N503标准差（组内）0.000572886标准差（整体）0.000684219过程数据Cp1.31CPL 1.61CPU 1.01Cpk 1.01Pp1.10PPL 1.34PPU 0.85Ppk 0.85Cpm*整体能力潜在（组内）能力PPM USL 13916.50PPM 合计13916.50实测性能PPM USL 1193.86PPM 合计1194.58预期组内性能PPM USL 5495.00PPM 合计5522.44预期整体性能组内整体A AP P系系列列控控制制氮氮含含量量的的过过程程能能力力20112011年年1 1至至4 4月月APAP钢系列过程控制能钢系列过程控制能力力CPKCPK为为1.241.240.00560.00480.00400.00320.00240.00160.00080.0000LSLUSLLSL0目标*USL0.0045样本均值0.00259633样本 N450标准差（组内）0.000616066标准差（整体）0.00086626过程数据Cp1.22CPL 1.40CPU 1.03Cpk 1.03Pp0.87PPL 1.00PPU 0.73Ppk 0.73Cpm*整体能力潜在（组内）能力PPM USL 44444.44PPM 合计44444.44实测性能PPM USL 1000.65PPM 合计1013.18预期组内性能PPM USL 13989.87PPM 合计15352.33预期整体性能组内整体管管线线钢钢系系列列1 1至至4 4月月控控制制氮氮含含量量的的过过程程能能力力20112011年年1 1至至4 4月管线钢系列过程的控制能月管线钢系列过程的控制能力力CPKCPK为为1.311.31效果检查效果检查8至至12月月AP钢钢CPK为为0.539至至12月管线月管线钢钢CPK为为 0.581至至4月月AP钢钢CPK1.241至至4月管线月管线钢钢CPK1.31措施措施8至至12月月AP钢钢命中率为命中率为63%保留率为保留率为1.88%1至至4月月AP钢钢命中率为命中率为86%保留率为保留率为0.9%1至至4月管线钢月管线钢命中率为命中率为87%保留率为保留率为0.55%9至至12月管线钢月管线钢命中率为命中率为62%保留率为保留率为21.8%活动前活动前62%62%进行攻关进行攻关目标目标8585活动后活动后8686降低工序成本：降低工序成本：162.6162.6万元万元活动的实施活动的实施 AP AP系列保留钢改判为系列保留钢改判为Q215Q215，20112011年年1 1至至4 4月的产量为月的产量为14.914.9万吨万吨、保留率为、保留率为1.47%1.47%，节约成本，节约成本:（1.88%-0.9%1.88%-0.9%）14.914.9万吨万吨（3251.66-3209.213251.66-3209.21）元）元=6.2=6.2万元万元 管线钢系列保留钢改判管线钢系列保留钢改判为热轧为热轧345345系列，系列，20112011年年1 1至至4 4月的产量月的产量4.54.5万吨、保留率万吨、保留率为为1.6%1.6%，节约成本，节约成本:（21.8%-0.55%21.8%-0.55%）4.54.5万吨万吨（3470.51-3306.923470.51-3306.92）元）元=156.4=156.4万元万元 将此次活动所采用的有效措施纳入120吨转炉冶炼工艺技术规程（BBAAD001/010-001)。低氮钢冶炼低氮钢冶炼操作模式操作模式修订作业指导修订作业指导书及技术规程书及技术规程技师带徒技师带徒关键岗位关键岗位绩效考评绩效考评 巩固后的效果巩固后的效果A P A P 钢钢 系系 列列年月年月生产炉数生产炉数小于小于0.003%0.003%氮命中率氮命中率保留炉数保留炉数保留率保留率2011.52011.552152145745787.7%87.7%4 40.007 0.007 管管 线线 钢钢 系系 列列年月年月生产炉数生产炉数小于小于0.003%0.003%氮命中率氮命中率保留炉数保留炉数保留率保留率2011.52011.530130127327391%91%3 30.0090.009说明：数据来源于L320112011年年5 5月氮含量：月氮含量：转炉合金脱氧顺序、钢包下渣影转炉合金脱氧顺序、钢包下渣影响、氩气搅拌、仪表功能精度的响、氩气搅拌、仪表功能精度的要求等还需要不断提高。要求等还需要不断提高。成立副枪、模型的攻关小组，成立副枪、模型的攻关小组，进一步提高转炉终点控制水平进一步提高转炉终点控制水平。第二炼钢厂转炉第二炼钢厂转炉QC小组小组