Revisión del progreso en el control y predicción del elemento nitrógeno en el proceso de fabricación de acero

Han Yifei ,  

Zhang Xinggan ,  

Jiang Dawei ,  

Xia Yunjin ,  

Sun Guilin ,  

摘要

Mejorar la pureza del acero es una estrategia central para las empresas siderúrgicas para aumentar la competitividad del producto y expandir el mercado de alta gama. El nitrógeno en el acero a menudo se considera un elemento dañino; su contenido excesivo deteriora significativamente la plasticidad, tenacidad y durabilidad del acero. Por lo tanto, lograr un control bajo de nitrógeno en el acero fundido es el método clave para mejorar la pureza. Esta revisión sistematiza los principios termodinámicos y cinéticos del control del nitrógeno en el proceso de fabricación del acero, y analiza en profundidad los factores clave del proceso que afectan el contenido de nitrógeno en el acero, incluyendo: 1) el efecto de bloqueo de los elementos superficiales activos (O, S) en la reacción de la interfaz gas-líquido y su contenido crítico (como cuando w[O]>0,04% o w[S]>0,06%, la desnitrogenación se detiene casi por completo); 2) el papel de las burbujas de CO en la desnitrogenación y cómo optimizar el proceso (como la adición de agentes espumantes) para prolongar el tiempo efectivo de desnitrogenación; 3) el mecanismo químico de absorción de nitrógeno por escorias con alta capacidad de nitrógeno y la regulación de la solubilidad del nitrógeno por los componentes de la escoria (como la relación CaO/Al₂O₃, el contenido de CaF₂); 4) las ventajas termodinámicas de la baja presión parcial de nitrógeno durante el tratamiento al vacío y el mecanismo sinérgico cinético de la agitación con argón; 5) problemas específicos de aumento de nitrógeno causados por la ionización del arco en hornos de arco eléctrico y estrategias de mitigación. Sobre esta base, se resumen las tecnologías industriales de control bajo en nitrógeno representadas por Shan Steel, Shougang y Taiyuan Steel, y se revisan en profundidad los modelos de predicción del contenido de nitrógeno surgidos en los últimos cinco años (como el modelo dinámico de convertidor de Nam, el modelo termodinámico variable en el tiempo de Wei para AOD, etc.), señalando mediante una comparación transversal que los modelos existentes aún tienen limitaciones en cuanto a universalidad, tiempo real y adaptabilidad a condiciones extremas. Finalmente, la perspectiva indica que la producción futura de acero bajo en nitrógeno debe centrarse en la optimización del proceso de arco eléctrico y el control inteligente global, enfatizando particularmente el nuevo camino de la metalurgia verde para la eliminación sinérgica de carbono y nitrógeno mediante la formación de carbonitruros en el contexto de la estrategia "doble carbono".

关键词

desnitrogenación; termodinámica y cinética; elementos superficiales activos; escoria absorbente de nitrógeno; modelo de nitrógeno

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