轉爐-精煉-連鑄過程鋼中氧的控制

文/王文才，河鋼集團邯鋼公司三煉鋼廠

鋼材生產對于整個國家全面建設有著決定性影響，是我國重要的戰略重工業生產內容。對于鋼鐵企業來說，轉爐-精煉-連鑄是鋼材生產過程中最重要的工藝流程，對于該工藝流程的技術控制，需要從多個方面進行針對性的研究，尤其是對氧含量的精確掌控，這是直接關系到最終產品質量和機械性能的關鍵環節。為達到氧含量控制在最佳程度的目標，需要從源頭開始，對整個工藝流程的各個環節進行嚴格的程序管理，引入先進的生產工藝，確保產品質量。

1 轉爐-精煉-連鑄工藝氧含量控制工藝概述

對于鋼鐵生產而言，其煉制的操作流程環節可以看做是還原和氧化反應的過程，具體而言，就是對高爐內的高溫礦石加入各種還原劑使得礦石中鐵的氧化物中的氧被有效脫除，變為含有很多元素雜質的生鐵。這個過程就是還原生成生鐵的工藝流程，因為生鐵的雜質過多且性能較差，需要消除其中的雜質以提升產品的性能質量。因此，必須對生鐵進行高溫加熱，使其成為融化態的鋼水。此時，需要對融化的鋼水內吹入純凈的氧氣，將鋼液中的C、Mn、Si等元素進行氧化消除，形成新的溶解了一定氧氣的較為純凈的合金鋼。通過吹煉等流程，出鋼的成分中，氧含量比較高，需要進行除氧處理，以將氧含量降低到適宜的程度。這種除氧處理的工藝就是脫氧合金化的過程，通過該過程，將鋼水中的氧含量控制在適宜的范圍，進而促進產品總體性能的提升。

2 轉爐-精煉-連鑄過程鋼中氧的控制方法

本文研究的主要課題為轉爐-精煉-連鑄過程中有效控制氧含量的方法和工藝內容，涉及的核心環節就是對鋼水進行脫氧處理的具體操作流程，以及相應的一些基本因素和注意事項。因此，對于鋼鐵生產的前期和后期環節并不做深入的探討，而對鋼水脫氧內容進行詳細的闡述。

2.1 轉爐終點氧含量的控制

在進行轉爐吹煉的過程中，吹入了大量的純凈氧氣，因此在整個工藝的最終生產環節，氧含量非常高。在出鋼生產環節，要對鋼包采取脫氧合金化處理，該處理的目標主要包括兩個：一是確保合金內的鋼產品成分滿足標準要求；二是確保留存的雜質在鋼產品中的構成和分布滿足標準要求。按照脫氧的程度對整個鋼模進行鑄造時，基本包括三個形態：沸騰鋼、半鎮靜鋼、鎮靜鋼。在進行連鑄工藝時，針對的都是鎮靜鋼，按照這些鋼種以及產品的品質和數量。其脫氧工藝主要采用3種常用的模式：一是硅鎮靜劑鋼，主要是采用硅和錳進行脫氧處理；二是硅鋁鎮靜劑，脫氧處理的成分主要選擇硅、錳以及少量的鋁等；三是鋁鎮靜劑，就是采用超量鋁進行脫氧處理。

2.1.1 硅鎮靜鋼

采用硅和錳進行深度脫氧處理，實際形成的產物比較復雜，主要包括二氧化硅固體、二氧化硅和氧化錳的融合液體、氧化錳和氧化亞鐵的固溶物。針對這些雜質物質的處理措施，可以采用硅鎮靜劑進行脫氧處理。經過這種處理的鋼水在可澆性方面有很好的表現，其在解決氧含量高造成的凝固氣泡等問題時有一定的缺陷，因此，硅鎮靜鋼的性能存在較大的缺陷。

2.1.2 硅鋁鎮靜鋼

針對硅錳鎮靜劑導致的孔洞問題，可以采用硅鋁鎮靜劑進行脫氧處理。在該工藝處理的整個過程當中，少量添加了鋁元素，通過硅鋁鎮靜劑的脫氧工藝，可以將雜質物有效析出，而其表面并沒有三氧化二鋁的析出。這種進行脫氧處理的方法可以避免孔洞問題的同時，還可以保證鋼水的可澆性得到很好的保障。

2.1.3 鋁鎮靜鋼

鋁鎮靜劑主要用于中低碳細晶粒鋼的生產工藝，在生產的過程中為了有效改善所生產的鋼板的深沖加工性能，需要采用加入過剩鋁含量的鎮靜劑。一是要解決鋁回收率問題，通過對鋁鎮靜劑含量進行有效控制，達到設定的標準數值，要保證鋁元素的回收率盡可能高。二是要通過控制加鋁鎮靜劑的方式，避免其有害作用的影響。加鋁較少的情況，可以采用輕鈣進行工藝處理，輕鈣處理可以產生鈣長石或鈣黃長石，這些生成物會在鋼渣表面漂浮，可澆性表現良好。對于加鋁較多的情況，則選用重鈣進行處理，處理的結果是鋁酸鈣等物質，但整個處理過程中，要確保鈣雜質的有效控制。

2.2 鋼水夾雜物的去除流程

經過前期的處理，鋼水已經完成了脫氧合金化的整個過程，此時鋼水中的氧元素都以雜質的氧化物形式存在。在這種情況下，如果想要降低鋼水中的氧含量，必須通過三個工序完成脫氧任務。

2.2.1 生成氧化夾雜物

就是對鋼水中的雜質元素進行脫氧溶解，其所采用的方法主要是化學方式進行，氧化反應會發生在雜質元素與吹入的純凈氧氣之間，整個過程中要注重強化化學反應的徹底性，盡量將所有的雜質氧化物全部進行氧化溶解。因為其熔點相對而言更高一些，因此也可以更方便在鋼水中的處理。同時，必須有效促成脫氧產物的主要構成形核的生成可長大，以達到更優化的處理效果。

2.2.2 鋼水夾雜物輸運到鋼渣表面

此時在煉鋼生成的具體條件下，鋼水中的各種雜質經過脫氧處理而形成的尺寸滿足1-5μm，夾雜物呈現固態或者液態。為確保收集的便利性，要確保這些雜質浮在鋼渣表面，同時熔池呈現穩定的靜止狀態或者勻速流動狀態。

2.2.3 雜質收集

采用適宜的渣相對各種雜質進行收集，為確保收集整體質量，渣相在其具體的構成成分、實際溫度以及使用數量上，都要進行嚴格的試驗，既要保證雜質能夠很好地溶于渣相中，同時還要確保其整體的成本控制在相對適宜的程度上。

3 結語

綜上所述，鋼鐵生產轉爐-精煉-連鑄過程中氧含量的控制，這是對鋼鐵性能的一項非常重要的指標性工藝，其具體實施的程度直接決定了最終產品的質量和價格，也是企業高度關注的重要工藝內容。強化相關環節的控制，使得氧在鋼鐵產品中的含量控制在一個恰當的標準范圍，這是生產中需要通過各種先進技術手段認真加以解決的現實問題。為達到這一目標，必須從源頭有效控制，包括鋼水中雜質和氧的具體含量，以及產品在性能方面的具體要求。