探究爐渣堿度對304純凈不銹鋼冶煉的影響

莫冰洋

（江蘇德龍鎳業有限公司，江蘇 鹽城 224631）

304純凈不銹鋼憑借其優良的耐腐蝕、耐高溫、耐磨損等特性，在石油開發、石油化工、汽車、建筑裝潢等行業，有著比較廣泛的應用。典型的304不銹鋼液當中的氧質量分數，需要添加一定量的硅氧來進行控制，在對這些材料采用FeSi和SiMn脫氧之后，就可以直接形成含Si和Cr的夾雜物，其主要的組成相為SiO2和Cr2O3，伴隨著冶煉的不斷進行，如果爐渣的堿性較低，不銹鋼液當中的主要夾雜物是硅酸鹽系的夾雜物，且會隨著硫元素含量增加而增加，但其中渣的組成成分往往是不同的[1]。

在對304不銹鋼進行初期還原的過程中，主要是采用Al元素來進行脫氧的，其中Al2O3是最為常見的氧化物夾雜，該化合物的脆性較大，會對鋼材的性能造成直接的影響，如果其量過大就容易在澆筑口產生較為嚴重的堵塞現象。通過大量試驗表明，鋼種夾雜物會對鋼的質量造成非常直接的影響，其中的Al脫氧不銹鋼中，還會直接生成MgO和Al2O3尖晶石雜，其會對鋼材表面質量造成非常直接的影響。本文在考慮304不銹鋼還原期和脫硫期的熱模擬實驗，綜合考慮了精煉渣堿度對304不銹鋼夾雜物類型、形貌、尺寸分布的影響，可以為現場實驗提供有效的依據。

1 實驗

在實驗的過程中使用的是生產條件下的304不銹鋼渣，渣料選擇的是CaO-Al2O3-SiO2-MgO-CaF2，是由化學試劑直接配置而成的，在整個試驗過程中總共進行了7爐的模擬試驗，渣系主要是分為兩批加入其中的，有效對還原期和脫硫期的渣系組成進行了模擬，其成分如下表所示。

2 實驗步驟

在實驗的過程中，考慮到原料在不同條件狀況下，需要采用不同的供養方式，在本次實驗過程中分別進行了高供氧條件和低供氧條件下的還原和脫硫模擬，有效考察了精煉渣系的堿度對鋼液中全氧質量分數組成、形態、大小的影響。為了保證實驗溫度的溫度性，在電爐的環境中進行了實驗，直接采用電熔鎂坩堝來盛裝鋼料，然后使用雙鉑姥熱電偶進行了測溫處理，在具體的實驗過程中，其具體的實驗步驟如下所示：將標準質量的304不銹鋼樣品放入到坩堝之中，然后在外邊直接套了石墨坩堝，然后放入到了MoSi2爐中，在爐溫超過600℃之后，開始通過保護氣體，實驗中使用的氬氣，并將其流量穩定在1NL/min，在坩堝中的料超過1400℃之后，將其流量提高到3NL/min～5NL/min，并通電將溫度升到1600℃左右，在恒溫的環境中保持10min左右，然后及時將試樣取出，在其熔清之后加入10g的硅鐵，并開始計時，在10min的時候取出2號、3號鋼試樣，然后分別在20min、30min、40min的時候，將4號、5號和6號鋼樣取出，并在低供氧的條件下，繼續保溫60min、90min和120min，在這個過程中需要對試驗中的平衡條件進行考察。此后，應該及時采用氮氧聯合分析儀來測定其全氧和氮的質量分數，并通過電鏡對金相組織進行觀察，觀察金相當中夾雜物的分布情況、性質等。

3 實驗結果和討論

通過對高供氧條件下試樣質量分數變化分析可知。如果選擇使用堿度較大的渣系進行第三爐實驗，在爐溫保持10min之后，鋼液當中的氧元素質量分數就已經達到了一個比較低的水平，然后開始逐漸緩慢下降，而第一爐和第二爐當中的全氧質量分數在20min之后才開始出現比較明顯的下降。從這些地方可以看出，通過一定程度上提高精煉渣的堿度，能夠有效降低鋼液當中的全氧含量[2]。此外，從整個實驗過程可以看出，鋼液當中的全氧質量分數和精煉渣堿度的含量是成反比的關系，隨著礦渣堿度的增加，其含氧質量分數降低很快。在實驗超過10min之后，第一爐實驗的全氧質量分數已經開始小于第二爐實驗的全氧質量分數，在對2號渣料加入氧化鈣之后，第一爐精煉礦渣的堿度要略微高于第二爐的煉渣的堿度。低供氧強度精煉過程中全氧質量分數。從不同試樣測得的全氧質量分數分布來看，其變化趨勢和氧元素的變化規律是非常相似的。在實驗超過20min之后，其中全氧的質量分數得到了有效的降低，然后變化趨勢不斷得到緩和，實驗超過20min之后，脫氧反應就達到了基本平衡的狀態。

精煉過程中夾雜物尺寸變化的實際情況。在保持低的供養條件下，有效對爐試樣進行了打磨和拋光工作，并使用光學顯微鏡對試樣的表面進行了觀察，對放大倍數被200倍的情況下對試樣進行了觀察，并利用圖像處理系統對夾雜物的視場進行了自動化的處理。通過實驗可以看出，在不同精煉度的情況下，隨著精煉時間的不斷延長，夾雜物當中的尺寸大部分會小于5μm。通過進一步觀察可知，隨著還原實驗的不斷進行，爐中尺寸小于5μm的夾雜物質量分數是呈增加的態勢，這表明隨著實驗的進行，通過不斷精煉能夠有效減少夾雜物的含量。

精煉夾雜物的形態和成分變化。通過在低供氧的狀態下用電鏡和能譜儀對夾雜物的形貌和成分進行有效分析，就可以有效掌握各種典型夾雜物和成分的實際分布情況。通過實驗結果對比來看，4爐在持續低供氧的條件下，試樣當中夾雜物的類型基本是一致的，其主要是CaO-Al2O3-SiO2-MgO-CaF2，但在具體成分含量上，往往有著比較大的區別。

因此，在實際開展精煉的過程中，其夾雜物的主要呈球狀，并包含一定的硅酸鹽夾雜物，并發現了不少的Al2O3，相關學者在研究中指出，硅酸鹽夾雜的含量和形態會對鋼的橫向冷彎曲性能有直接的影響，如果試樣當中的氧化鈣的含量過高，就會導致試樣的脆性過大，對304鋼材的沖壓、彎曲等性能，會有著直接的影響。隨著試樣不斷精煉，其中各種夾雜物的含量和尺寸會不斷減少，并隨著精煉渣堿度的增加，還原期同一時刻尺寸小于5μm的夾雜質量分數基本是呈逐漸增大趨勢的，這表明生成各種細小夾雜物對試樣是非常有好處的。

通過對試樣當中夾雜物小于5μm成分含量的對比來看，在堿度為2的試樣當中，其中夾雜物小于5μm的成分比例比較大，會明顯大于1.5的實驗，這表明堿度大于2對細小夾雜物的生成會產生非常有利的影響。因此，在實際生產的過程中，應該使用堿度大于2的精煉渣系來對鋼液進行處理[3]。

在本次實際實驗的過程中，隨著精煉中煉渣堿度的不斷提高，鋼試樣當中的全氧質量分數會呈現下降的趨勢。在本次實驗條件下，鋼中的夾雜物主要是CaO-Al2O3-SiO2-MgO-CaF2。伴隨著精煉過程的不斷進行，夾雜物的尺寸不斷減少，且形狀大多為球形，對304不銹鋼性能的影響相對較低。如果采用堿度為2的精煉渣進行精煉，會直接得到尺寸明顯低于堿度為1.5的實驗渣系。因此，在實際開展實驗的過程中，應該盡量采用堿度大于2的精煉渣系進行處理。在實際開展高爐冶煉的過程中，應該遵循以下的要求：①應該盡量將爐溫保持在1350～1550的溫度的范圍之內，這樣才能保證爐渣的熔化效果，并讓其保持良好的流動性，并具有渣-鐵、渣-氣的界面性能，讓其很好與鐵水、氣體分開，保證爐渣可以順利從爐中釋放出來。②為了保證爐渣的性能，就需要及時去除其中的有害雜質，并根據反應的實際程度，保證其中的有益元素如錳、釩鈮等更好還原到鐵之中。③在高爐的環境之中，應該讓其由軟化到自由流動的區間盡量要小，這樣才能有效降低空氣流動的阻力，這樣更加有利于對高爐爐料的順行和強化冶煉。④爐渣的穩定性。爐渣的穩定性應該盡可能好，這樣其才不會因為爐溫和爐渣成分的波動，對爐渣的物理性能造成嚴重的影響。⑤渣量應該盡量少。通過較少的渣料使用，才能有效減少對溶劑和燃料的消耗，及時改善柱下部的透氣性，進一步將高爐當中每噸生鐵的渣量降低到300公斤以下，這樣可以對爐襯進行更好的反應。

4 結語

隨著時代的不斷發展，對高性能鋼材的需要量不斷增加。為了進一步提升對鋼304的生產效果，就需要我們認真開展相關的試驗，努力掌握爐渣堿度對不銹鋼304冶煉所產生的影響，然后及時對生產工藝進行優化，最大程度保證鋼材的生產質量。