Process Review of Nitrogen Control and Prediction during Steelmaking

Han Yifei; Zhang Xinggan; Jiang Dawei; Xia Yunjin; Sun Guilin

doi:10.20057/j.1003-8620.N250522

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Process Review of Nitrogen Control and Prediction during Steelmaking

Special Steel Refractory Material | 更新时间：2026-04-07

- Process Review of Nitrogen Control and Prediction during Steelmaking
- Special Steel Pages: 1-13(2026)
- 作者机构：
  
  安徽工业大学冶金工程学院，马鞍山 243002
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.20057/j.1003-8620.N250522
  CLC： TF4
- Received：21 August 2025，
  
  Revised：2025-09-27，
  
  Accepted：10 October 2025，
  
  Online First：10 January 2026，
- 稿件说明：
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韩逸飞,张兴淦,蒋达伟等.炼钢流程中氮元素控制与预测进展综述[J].特殊钢,

Han Yifei,Zhang Xinggan,Jiang Dawei,et al.Process Review of Nitrogen Control and Prediction during Steelmaking[J].Special Steel,
韩逸飞,张兴淦,蒋达伟等.炼钢流程中氮元素控制与预测进展综述[J].特殊钢, DOI：.

Han Yifei,Zhang Xinggan,Jiang Dawei,et al.Process Review of Nitrogen Control and Prediction during Steelmaking[J].Special Steel, DOI：.

摘要

提升钢材洁净度是钢铁企业增强产品竞争力、拓展高端市场的核心战略。氮在钢中常被视为有害元素，其含量过高会显著恶化钢材的塑性、韧性及耐久性，因此，实现钢液的低氮化控制是提高洁净度的关键方法。本综述系统梳理了炼钢过程氮控制的热力学与动力学原理，并深入剖析了影响钢中氮含量的关键工艺因素，包括：1）表面活性元素（O，S）对气-液界面反应的“阻塞效应”及其临界含量（如

［O］＞0.04%或

［S］＞0.06%时脱氮近乎停滞）；2）碳氧（CO）气泡的脱氮作用及如何通过工艺优化（如添加发泡剂）延长其有效脱氮时间；3）高氮容量熔渣的化学吸氮机制及渣系组分（如CaO/Al₂O₃比、CaF₂含量）对氮溶解度的调控；4）真空处理中低氮分压的热力学优势与吹氩搅拌的动力学协同机制；5）电弧炉中电弧电离导致的特有增氮问题及缓解策略。在此基础上，总结了以山钢、首钢、太钢为代表的工业实践低氮控制技术，并重点评述了近五年涌现的氮含量预测模型（如Nam的转炉动态模型、Wei的AOD时变热力学模型等），通过横向对比指出现有模型在普适性、实时性及对极端工况的适应性方面仍存在局限。最后，展望指出未来低氮钢生产应聚焦于电弧工艺优化、全局智能化控制，并特别强调了在“双碳”战略背景下，通过形成氮碳化物实现碳、氮协同去除的绿色冶金新路径具有重要前景。

Abstract

Improving steel cleanliness is a core strategy for steel enterprises to enhance product competitiveness and expand into high-end markets. Nitrogen is often regarded as a harmful element in steel， as excessively high levels can significantly deteriorate the plasticity， toughness， and durability of steel. Therefore， achieving low nitrogen control in molten steel is a key method for enhancing cleanliness. This review systematically outlines the thermodynamic and kinetic principles of nitrogen control during the steelmaking process and provides an in-depth analysis of key process factors affecting nitrogen content in steel， including： 1） The "blocking effect" of surface-active elements （O， S） on gas-liquid interface reactions and their critical content thresholds （e.g.， denitrification nearly stagnates when

［O］

0.04% or

［S］

0.06%）； 2） The denitrification effect of carbon-oxygen （CO） bubbles and how to prolong their effective denitrification duration through process optimization （e.g.， adding foaming agents）； 3） The chemical nitrogen absorption mechanism of slags with high nitrogen capacity and the regulation of nitrogen solubility by slag system components （e.g.， CaO/Al₂O₃ ratio， CaF₂ content）； 4） The thermodynamic advantages of low nitrogen partial pressure during vacuum treatment and the kinetic synergy with argon stirring； 5） The unique nitrogen pickup issue caused by arc ionization in electric arc furnaces and corresponding mitigation strategies. Based on this， the article summarizes industrial practices in low nitrogen control technology represented by ShanSteel， Shougang， and TISCO. Furthermore， this review critically examines nitrogen content prediction models that have emerged in recent years （such as Nam's dynamic converter model and Wei's time-dependent thermodynamic model for AOD）， highlighting through comparative analysis the existing limitations of these models in terms of universality， real-time capability， and adaptability to extreme operating conditions. Finally， the outlook points out that future low nitrogen steel production should focus on arc process optimization and global intelligent control， with particular emphasis on the promising new green metallurgical pathway of synergistic carbon and nitrogen removal through the formation of carbonitrides under the "dual-carbon" strategic background.

关键词

Keywords

references

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