煉鋼生產中轉爐煉鋼脫氧工藝的探討

利強

【摘要】：在轉爐冶煉過程中，由于鋼水中溶解氧含量高，轉爐終點氧質量分數可達到0.16%甚至更高，隨著鋼水溫度降低，鋼水中氧的溶解能力下降，鋼中的溶解氧基本上全部與鋼中合金元素發生反應，生成非金屬夾雜物，而非金屬夾雜物是鋼的主要破壞源，對鋼材的疲勞強度、加工性能、延展性、韌性、焊接性能、抗HIC性能、耐腐蝕性能等都有顯著的不良影響。因此在精煉過程中對鋼水進行脫氧是所有鋼種都必須進行的工藝。因此，如何降低脫氧成本，實現經濟型煉鋼，是煉鋼工作者一直追求的目標。

【關鍵詞】：煉鋼生產；煉鋼脫氧；脫氧工藝

【引言】：轉爐煉鋼吹煉終點“碳低、氧高”，出鋼合金化時增碳劑、脫氧劑、合金消耗大，嚴重影響生產成本，制約了成本降低。所以，迫使我們必須優化脫氧合金化工藝，降低煉鋼合金成本，才能立足市場，在競爭中立于不敗之地。

1氧的產生與危害

在鋼液中，氧通常以非金屬夾雜物和溶解氧的形式存在，主要來自原料和吹氧煉鋼等生產過程中。無論哪種煉鋼方法，為除去鋼中的碳、磷、硅、錳等雜質元素，都需要用氧氣與其進行氧化反應，使氧與雜質相結合，產生氧化合物，以使雜質析出。因此，鋼液中的氧是難以避免的。在吹氧煉鋼過程中，隨著鋼液中其他元素的氧化和雜質含量的降低，鋼液中的氧含量開始升高，如果鋼液未經脫氧處理，那么這種含氧量較高的鋼液在進行冷凝固的時候，其中的氧便會與鋼液產生反應，在晶界上析出FeO，夾雜在鋼液中，連鑄坯都無法得到正確的凝固組織結構，影響了鋼產品的質量，使鋼的塑形降低、產生熱脆，且容易造成鋼鐵的進一步氧化。鋼液中較多的氧還會加劇硫的危害作用以及與其他物質繼續發生反應，生成氧化物雜質，夾雜在鋼體中，從而降低鋼產品的各項力學性能。在鋼液冷凝過程中，鋼液中的溶解氧會與鋼液中的碳發生反應，形成CO氣泡，析出的CO氣泡會使鋼液產生沸騰現象。鋼液中含氧量越多，形成的CO氣泡則越多，鋼液的沸騰現象越明顯。根據鋼液中脫氧程度不同而造成的鋼液沸騰狀態的不同，可分為鎮靜鋼、半鎮靜鋼和沸騰鋼。鋼液中CO氣泡的形成，使鋼錠中飽含氣泡，造成鋼錠內部組織疏松，密度下降，鋼強度下降。因此，必須采取有效的脫氧措施，對鋼液進行脫氧處理，降低鋼液含氧量（鎮靜鋼氧含量小于0.005%，沸騰鋼氧含量在0.025%～0.030%之間），控制和避免鋼液的沸騰，才能使鋼坯或鋼錠的成分和組織達到要求，從而保證鋼產品的質量。

2煉鋼生產中轉爐煉鋼脫氧工藝

2.1普碳鋼脫氧工藝

從現行的脫氧工藝看，普碳鋼采用硅鈣鋇和鋁鐵脫氧成本較高，根據各脫氧材料的脫氧性能，對普碳鋼的脫氧工藝進行了優化：首先在轉爐出鋼過程加入便宜的增碳劑進行預脫氧，再加硅鐵脫氧及硅錳合金進行脫氧合金化處理，最后在吹氬站喂鋁線深脫氧，具體方案如下：（1）轉爐終點w（O）≤600×10-6或w（C）≥0.05%時，出鋼1/5時（即鋼水鋪滿罐底）直接加入增碳劑，視其鋼包翻騰狀況和增碳劑熔化情況加入硅鐵和硅錳等合金進行脫氧合金化。（2）終點w（O）≥600×10-6或終點w（C）≤0.05%時，出鋼1/5先加入部分合金（0.2～0.9kg/t鋁鐵或0.66～2.27kg/t的硅錳合金）進行預脫氧再加入增碳劑，然后再加入剩余材料進行脫氧合金化。（3）吹氬站全程吹氬操作，吹氬時間、吹氬強度和補喂鋁線量按現行專規執行。優化后的方案，主要是根據轉爐終點鋼水中C、O含量控制情況，采用了更為經濟的脫氧工藝。當轉爐終點w（C）高時，直接采用增碳劑預脫氧處理；在轉爐深吹的情況下，由于鋼水w（O）較高，需要大量的脫氧材料，故選擇相對便宜的鋁鐵，這樣既保證了安全，穩定了質量，又降低了成本。

2.2真空脫氧法

真空脫氧法是通過抽真空的方式，使鋼包內的鋼液處于真空的環境條件下，以此打破鋼液原有的碳氧平衡，促使鋼液中的氧與碳發生反應，生成CO氣體逸出鋼液，從而達到脫氧效果。在真空脫氧過程中可以吹入一些惰性氣體，如氬氣等，對鋼液進行攪拌，促進鋼液中的碳氧反應和一氧化碳氣泡的生成。由于真空脫氧法的脫氧產物為CO，不會造成鋼液的污染，CO氣泡的逸出還可以加強對鋼液的攪拌，使反應充分，脫氧徹底，降低了脫氧劑和石灰的消耗，節省了成本。

2.3擴散脫氧法

擴散脫氧法是將脫氧劑加入到爐渣中，直接降低爐渣中的氧化鐵含量，借分配定律的作用使鋼液中的氧化鐵逐漸轉移到爐渣中來。如人為降低（Feo），則鋼液中的[FeO〕就會擴散進人爐渣。因此，決定熔池中氧含量的主要因素不是鋼液中的含碳量，而是爐渣中的氧化鐵含量。將含氧化鐵較低的合成渣置于盛鋼桶內與鋼液混合，也能得到相同效果。故擴散脫氧又分為爐內脫氧和盛鋼桶內脫氧。

（1）爐內的擴散脫氧在采用爐內擴散脫氧時，加人爐渣中的脫氧劑一般為硅鐵或鋁、硅、碳等配合使用。爐內的擴散脫氧的優點是鋼液被脫氧產物沽污的機會較少，而且加人的合金元素和脫氧劑的燒損也較少。此方法的缺點是擴散速度慢，生產率低；爐襯壽命短；用強脫氧劑時，易造成回磷，同時增加了脫氧劑的損耗量，而且必須將脫氧劑粉碎。

（2）盛鋼桶內的擴散脫氧由于熔池內的鋼液與爐渣的接觸面積不大，限制了擴散脫氧的速度，因而可以采用合成渣洗的方法，使鋼液與合成渣發生攪拌作用而增加接觸面積，提高反應速度。國內外的許多鋼鐵廠采用合成渣洗的辦法，取得了較好的脫硫、脫氧效果。

結語

煉鋼企業應根據企業的實際生產情況，充分考慮各脫氧方法的優缺點，對各方法加以完善和進行有機結合，進一步提高脫氧效果、效率，降低脫氧成本，對當前處于激烈市場競爭中的鋼鐵企業具有重要的意義，為企業生產的提質保量、降本增效創造了有利條件。

【參考文獻】

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