煉鋼生產(chǎn)中轉(zhuǎn)爐煉鋼脫氧工藝的探討

楊其敏，馮 寶，馬 超

（廣東省韶關(guān)市寶武集團(tuán)韶關(guān)鋼鐵有限公司， 廣東 韶關(guān) 512123）

由于鋼鐵行業(yè)之間的競爭越發(fā)激烈，使得各個(gè)鋼鐵企業(yè)逐漸增強(qiáng)了對生產(chǎn)成本以及產(chǎn)品質(zhì)量的控制，怎樣運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)工藝來提升產(chǎn)品質(zhì)量，減少投入成本成為了現(xiàn)階段鋼鐵企業(yè)提升行業(yè)競爭力的重點(diǎn)。在轉(zhuǎn)爐煉鋼的實(shí)際生產(chǎn)過程中，氧氣的產(chǎn)生是必然的，因此我們需要先了解氧對煉鋼生產(chǎn)以及鋼產(chǎn)品帶來的危害，并掌握脫氧的有效方式，再對脫氧工藝予以有效運(yùn)用與完善，以此來提升鋼液脫氧處理的實(shí)際效果。這樣就能夠在確保鋼產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)上，減少投入成本，讓煉鋼生產(chǎn)能夠安全、高效地進(jìn)行。

1 轉(zhuǎn)爐冶煉概述

轉(zhuǎn)爐冶煉指的是把生鐵當(dāng)中的碳等相關(guān)雜質(zhì)氧化，制造出化學(xué)與物理性能均高于鐵的鋼。生鐵和鋼之間存在的主要差別為碳的含量，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過2.11%的被稱為鋼，其熔點(diǎn)在1450～1500℃之間，1100～1200℃則為生鐵的熔點(diǎn)[1]。其次，在鋼當(dāng)中鐵、碳元素會(huì)生成Fe3C固溶體，這樣其硬度與強(qiáng)度會(huì)隨著碳含量的增多不斷上升，但其韌性與塑造性會(huì)隨之降低。鋼具有很好的物理、化學(xué)性能與力學(xué)性能，可進(jìn)行拉、壓、軋、沖、拔等深加工，用途十分廣泛。

低碳鋼屬于轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要產(chǎn)品，并且由于其具有轉(zhuǎn)爐脫碳快、鋼中氣體含量低等相關(guān)優(yōu)點(diǎn)，鋼的塑性效果較好，擁有較強(qiáng)的焊接與深沖性能，使得其通常被用來制造低碳軟鋼絲、熱軋和冷軋薄板、冷彎型鋼以及鍍鋅板等等，由此可以看出轉(zhuǎn)爐鋼制造的各類硬鋼絲、結(jié)構(gòu)鋼以及軸承鋼等得到了極其廣泛的運(yùn)用。在實(shí)際冶煉的過程中制造高碳鋼雖然存在著一定的困難，但也可以確保鋼的質(zhì)量。其中困難點(diǎn)在于拉碳與脫磷。比如在w（C）＞0.2%時(shí)，通過經(jīng)驗(yàn)來控制拉碳，準(zhǔn)確性得不到保障，若存在副槍，則必須運(yùn)用副槍來予以控制，若不存在則需在爐前進(jìn)行迅速分析，這樣就會(huì)花費(fèi)較多的時(shí)間。又或者是高碳鋼終點(diǎn)低以及脫磷時(shí)間短，需采取雙渣操作，其主要指的是將初期渣在脫碳的初始環(huán)節(jié)就其放掉，并將前期進(jìn)入到渣當(dāng)中的磷放走，但雙渣操作會(huì)導(dǎo)致較多的熱量以及鐵的損失，所以一般不會(huì)采用。

2 氧的產(chǎn)生與危害

在鋼液當(dāng)中，溶解氧以及非金屬雜物是氧存在的主要形式，其產(chǎn)生于吹氧煉鋼以及原料等生產(chǎn)環(huán)節(jié)之中。不管采取何種煉鋼方式，要想有效地去除鋼當(dāng)中所包含的錳、碳以及磷等相關(guān)雜質(zhì)元素，均需和氧進(jìn)行氧化反應(yīng)，讓雜質(zhì)能夠和氧結(jié)合，產(chǎn)生氧化合物，進(jìn)而將雜質(zhì)析出[2]。所以，氧存在于鋼液當(dāng)中是無法避免的。在進(jìn)行吹氧煉鋼時(shí)，由于鋼液當(dāng)中其他元素雜質(zhì)的逐漸降低以及氧化，會(huì)使得鋼液當(dāng)中的含氧量慢慢上升，若沒有對鋼液予以脫氧處理，就會(huì)導(dǎo)致鋼液在冷凝固的過程中氧和鋼液出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，在晶界上析出氧化亞鐵混合在鋼液當(dāng)中，使得連鑄坯凝固組織結(jié)構(gòu)并不標(biāo)準(zhǔn)，不利于鋼產(chǎn)品質(zhì)量的提升，進(jìn)而出現(xiàn)鋼塑形降低以及熱脆的情況，同時(shí)還會(huì)使鋼鐵產(chǎn)生氧化的情況。其次，若鋼液當(dāng)中存在的氧過多，還會(huì)使硫的危害加重，并不斷和其他物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)，進(jìn)而生成氧化物雜質(zhì)混入到鋼體之中，不利于鋼產(chǎn)品相關(guān)力學(xué)性能的發(fā)揮。另外，鋼液在冷凝時(shí)，其中包含的溶解氧和碳會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成一氧化碳?xì)馀荩瑫?huì)使鋼液出現(xiàn)沸騰的情況。并且，鋼液當(dāng)中的含氧量與一氧化碳?xì)馀莸男纬沙烧?。鋼液脫氧程度的不同，引起的沸騰狀態(tài)也會(huì)存在著差別，具體可以劃分為沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼以及半鎮(zhèn)靜鋼。若鋼液當(dāng)中出現(xiàn)一氧化碳?xì)馀荩瑫?huì)導(dǎo)致鋼錠當(dāng)中也存在氣泡，進(jìn)而使鋼錠內(nèi)部組織出現(xiàn)疏松的情況，密度與鋼強(qiáng)也會(huì)受到影響。所以，就需要運(yùn)用科學(xué)合理的脫氧方式，來對鋼液予以脫氧處理，降低其中所包含的含氧量，防止鋼液出現(xiàn)沸騰的情況，進(jìn)而確保鋼錠與鋼胚的組織及成分能夠滿足生產(chǎn)要求，促進(jìn)鋼產(chǎn)品質(zhì)量的提升。

3 脫氧技術(shù)的現(xiàn)狀

在煉鋼的過程中，硅是最早的脫氧物質(zhì)，硅的產(chǎn)生造就了鎮(zhèn)靜鋼[3]。而運(yùn)用硅來脫氧的缺點(diǎn)在于其脫氧能力較低，容易產(chǎn)生脫氧不完全以及鋼材皮下氣泡過多的情況；通過硅來脫氧，鋼當(dāng)中會(huì)夾雜大量的大型硅鹽酸，進(jìn)而會(huì)對鋼材的運(yùn)用性能造成不良影響；而脫氧所生成的SiO2屬于一種酸性物質(zhì)，會(huì)導(dǎo)致鋼水出現(xiàn)回磷以及回硫的情況。在20世紀(jì)30年代，電解鋁技術(shù)等相關(guān)工藝逐漸成熟，且鋁價(jià)較低，因此出現(xiàn)了鋁脫氧技術(shù)，掀起了煉鋼脫氧的一場技術(shù)革命。美國是最早應(yīng)用鋁來作為脫氧劑的國家，主要得益于鋁在脫氧方面的能力較強(qiáng)，能夠讓鋼水當(dāng)中的氧脫至到極低的水平[4]。鋁脫氧和硅脫氧相比之下，前者除了能夠有效提升脫氧效率之外，還能夠減少鋼中所包含的SiO2，同時(shí)由于氧化鋁屬于中性物質(zhì)，所以不會(huì)降低鋼渣堿度，也不易引發(fā)鋼水回磷以及回硫的情況。當(dāng)前，鋁依然是國內(nèi)外煉鋼廠所運(yùn)用的主要脫氧劑。但因?yàn)殇X的比重較低，且在回收率方面也不高（約為10%～25%左右），使得煉鋼成本偏高，為了能夠有效提升鋁的利用效率，鋼廠先后研制出了硅鋁鐵、鋁錳鐵、硅鋁鋇等鋁系復(fù)合脫氧劑。其中，鋁系符合脫氧劑在密度方面要比純鋁的密度高，將其倒入鋼液當(dāng)中上浮時(shí)間較為充足，進(jìn)而有利于提升利用效率，并且脫氧產(chǎn)物所構(gòu)成的低熔點(diǎn)復(fù)合氧化物，為脫氧產(chǎn)物的有效清除創(chuàng)造了有利條件。其次，鋁脫氧所形成的氧化鋁會(huì)對鋼材的性能造成不良影響，尤其是對其疲勞性能等的影響較大。為了能夠有效解決這一問題，逐漸產(chǎn)生了可以對夾雜物形態(tài)予以改變與控制的非鋁系復(fù)合脫氧劑。非鋁系脫氧劑主要為硅和鈣，鋇和鈣以及鈣、硅、鋇的綜合運(yùn)用等。主要是由于鈣的蒸氣壓高、沸點(diǎn)低，在鐵液中的溶解度小，難以在高溫鋼液中發(fā)揮有效作用，因而常常與硅，鋇等元素一起使用。

4 煉鋼生產(chǎn)中轉(zhuǎn)爐煉鋼脫氧工藝

4.1 真空脫氧法

真空脫氧法主要是指通過讓鋼包當(dāng)中的鋼液處在真空下，進(jìn)而破壞鋼液碳氧的固有平衡，并讓碳和氧進(jìn)行反應(yīng)，生成一氧化碳?xì)怏w析出鋼液，以此來實(shí)現(xiàn)脫氧[5]。在進(jìn)行真空脫氧時(shí)，可以適量地吹入惰性氣體，例如氬氣等，然后攪拌鋼液，促進(jìn)碳氧反應(yīng)的發(fā)生。由于一氧化碳為真空脫氧的主要產(chǎn)物，所以不會(huì)對鋼液產(chǎn)生污染，析出一氧化碳?xì)馀葸€能夠增強(qiáng)對鋼液的攪拌，進(jìn)而讓反應(yīng)更加充分以及脫氧更加徹底，有效減少了石灰與脫氧劑的消耗，這樣就能夠降低生產(chǎn)成本。

4.2 沉淀脫氧法

沉淀脫氧法的具體操作簡單直接，即在鋼液當(dāng)中混入脫氧劑，讓其和氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氧化物，以此來實(shí)現(xiàn)氧和鋼液分離的脫氧還原目的。沉淀脫氧法擁有速度快以及效率高的特點(diǎn)，同時(shí)也不會(huì)對冶煉時(shí)間造成影響。不足的是對脫氧產(chǎn)物排除以及脫氧劑脫氧能力的相關(guān)要求極高，若無法實(shí)現(xiàn)對脫氧產(chǎn)物的有效上浮與排除，那么就會(huì)讓鋼液在氧化亞鐵的還原下，生成其他氧化物，這樣就會(huì)對鋼液造成污染。

4.3 擴(kuò)散脫氧法

擴(kuò)散脫氧法指的是在爐渣當(dāng)中添加脫氧劑，以此來降低爐渣當(dāng)中所包含的氧化鐵含量，通過分配定律的作用來讓鋼液當(dāng)中的氧化鐵轉(zhuǎn)移到爐渣當(dāng)中[6]。例如，人為降低氧化亞鐵，那么鋼液當(dāng)中所包含的氧化亞鐵就會(huì)擴(kuò)散到爐渣當(dāng)中。所以，鋼液的含碳量并非是決定熔池當(dāng)中含氧量的主要因素，而是爐渣當(dāng)中所包含的氧化鐵含量。將氧化鐵含量不高的合成渣放入盛鋼桶當(dāng)中和鋼液進(jìn)行混合，也可以達(dá)到相同的效果。因此擴(kuò)散脫氧又可以分為爐內(nèi)脫氧以及盛鋼桶內(nèi)脫氧。其中，爐內(nèi)脫氧指的是，在爐渣當(dāng)中增添脫氧劑時(shí)，通常會(huì)和碳、鋁以及硅等配合運(yùn)用。爐內(nèi)脫氧的主要優(yōu)點(diǎn)在于能夠減少脫氧產(chǎn)物對鋼液的污染，同時(shí)能夠減少對合金元素以及脫氧劑的燒損。但這一方法存在著擴(kuò)散速度以及生產(chǎn)效率較低、爐襯壽命不長的缺點(diǎn)，而在運(yùn)用強(qiáng)脫氧劑的過程中，則容易出現(xiàn)回磷的情況，進(jìn)而損耗更多的脫氧劑，且必須粉碎脫氧劑；在盛鋼桶內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)散脫氧時(shí)，由于熔池內(nèi)爐渣和鋼液接觸面積較小，所以會(huì)降低擴(kuò)散脫氧的速度，這就需要采取合成渣洗的方式，讓合成渣和鋼液產(chǎn)生攪拌作用，使接觸面積能夠得到增加，以此來提升反應(yīng)速度。

5 結(jié)語

真空脫氧法效果好，但對技術(shù)與設(shè)備的要求較高；沉淀脫氧法工藝流程以及設(shè)備極為簡單，可脫氧效果不強(qiáng)；擴(kuò)散脫氧法較為徹底，但脫氧速度較慢。因此每一種方式都各有優(yōu)缺點(diǎn)，相關(guān)企業(yè)在生產(chǎn)過程中需結(jié)合實(shí)際情況，運(yùn)用適合自身的脫氧工藝，并不斷對工藝予以創(chuàng)新與完善，以此來為企業(yè)生產(chǎn)的提質(zhì)保量、降本增效創(chuàng)造有利條件，同時(shí)這對當(dāng)前處于激烈市場競爭中的鋼鐵企業(yè)具有重要的意義。

[1]杜增路.對煉鋼生產(chǎn)中轉(zhuǎn)爐煉鋼脫氧工藝的探討[J].世界有色金屬，2017（4）：35-36.

[2]徐偉.轉(zhuǎn)爐煉鋼脫氧工藝的優(yōu)化研究[J].工程技術(shù)，2016（11）：49.

[3]趙家七，鄒長東，耿濤，等.爐渣脫氧改質(zhì)工藝對鋁鎮(zhèn)靜硅鋼總氧含量的影響[J].煉鋼，2016，32（2）：12-17.

[4]孟慶龍，汪紅有，楊麗.煉鋼脫氧新材料鋼砂鋁的應(yīng)用[J].河北冶金，2016（5）：48-49.

[5]尹文祥，王偉.對煉鋼生產(chǎn)中轉(zhuǎn)爐煉鋼脫氧工藝的探討[J].科技尚品，2016（1）：32.

[6]杜增路.對煉鋼生產(chǎn)中轉(zhuǎn)爐煉鋼脫氧工藝的探討[J].世界有色金屬，2017（4）：35-36.