炼钢流程中氮元素控制与预测进展综述

韩逸飞， 张兴淦， 蒋达伟， 夏云进， 孙桂林（安徽工业大学冶金工程学院）

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w［O］＞0. 04%或w［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。

关键词：脱氮； 热力学与动力学； 表面活性元素； 吸氮渣； 氮模型