轉爐煉鋼過程脫氧工藝的探討

周 云

（南京鋼鐵聯合有限公司特鋼事業部研發處，江蘇 南京210035）

當前，鋼鐵行業的競爭愈發激烈，大多數鋼鐵企業對于產品的質量效果、生產成長展開有效管控的同時，還使生產工藝、生產技術不斷改善，確保產品生產的質量效果，減少產品的生產成本，使鋼鐵企業可以在行業中處于顯著的優勢地位。然而，在煉鋼生產中，轉爐煉鋼生產會生成一部分氧，需要對此問題展開深入了解，掌握氧對煉鋼生產的危害性，促進鋼液脫氧處理方式的合理應用，強化鋼鐵的生產效果，壓縮生成成本，使鋼鐵生成可達到循環效果，促進鋼鐵行業穩定發展。

1 轉爐冶煉的基本概述

轉爐冶煉主要把生鐵、鐵水置于轉爐高溫的狀況下，利用相互的氧化反應，將生鐵、鐵水中碳元素等含量進一步減少，使生產出的更高的化學性能、物理性能的鋼，達到鋼材性能良好、顯著。鋼材與生鐵的碳含量并不相同，鋼材w(C)＜2%，且熔點也大于生鐵，一般為1 450~1 500℃范圍之內[1]。轉爐煉鋼生產出的鋼材，主要以低碳鋼為主，此類鋼材的硬度、強度比較低，但是有著顯著的韌性與可塑性特征，因此主要應用于構建加工、焊接、工程機械等領域。

2 氧的生成與危害性

在煉鋼生產中轉爐煉鋼期間，鋼液含有氧的存在方式通常為非金屬夾雜物、溶解氧為主。在實際的煉鋼時，鋼鐵內部含有的碳、磷、硅等元素，脫除相關元素需要利用氧化反應，才能去除干凈，把這些元素與氧展開實驗反應，可以實現脫出這些元素的效果，強化鋼材的基本性能。為此，鋼煉生產中轉爐煉鋼期間，生成的氧是難以有效規避的，但是在脫出碳、磷、硅元素與減少雜質含量時，鋼液中含氧量勢必會進一步升高，如若含氧量超出相應的界限，在冷凝固環節中，鋼液與氧進一步產生反應，生成氧化鐵，對鋼材的質量效果產生不良影響，使鋼材的塑性與韌性得不到有效保障[2]。與此同時，如若鋼液中含有氧量比較高，還會和硫元素等發生化學反應，生成相應的有害物質、氧化夾雜物等，降低鋼產品的質量效果。在鋼液冷凝過程中，因鋼液溫度比較高，其中含有的氧元素容易與鋼液中碳元素，生成氧化反應，產生一氧化碳氣體，促使鋼液處于沸騰狀態。然而鋼液在沸騰狀態下，會由于氧濃度與含量成分的影響，使氧含量進一步升高，此時鋼液沸騰愈發強烈，根據實際脫氧狀況、沸騰狀況，可以將其分為鎮靜鋼、半鎮靜鋼以及沸騰鋼三種類型。一氧化碳氣體在鋼液當中會導致鋼材內部生成相應的氣泡，導致鋼液在凝結后內部結構存在空隙現象，降低鋼材的質量效果與基本性能。由此可見，脫氧處理工藝對于煉鋼生產中轉爐煉鋼而言意義十分重大，利用脫氧工藝可以減少鋼液中氧含量成分，對鋼液沸騰狀態給予合理控制，使鋼鐵凝結后的基本性能、質量效果符合相關的基本要求。因此在煉鋼過程中，工作人員必須對煉鋼的質量以及設備進行嚴格控制，針對煉鋼的各個環節對必須做好原料及組織操作等條件，從而確保煉鋼的基本要素能達到相關的要求。

3 煉鋼生產中轉爐煉鋼脫氧工藝的研究

在煉鋼脫氧工藝中，比較常見的兩種方法是沉淀脫氧法以及擴散脫氧法。在開展脫氧操作時，一般需要使用脫氧劑。一般狀況下，常用的脫氧元素主要有三種，分別是：硅、鋁、錳，這三者都能夠在脫氧反應中與氧產生一定的反應，從而生成各種氧化合物，最終使鋼液中的氧含量能夠得到有效的降低。同時也由于不同的脫氧劑，其脫氧能力也有所不同，鋁元素屬于強脫氧劑，通常被用于鎮靜鋼的脫氧過程中；錳屬于一種弱脫氧劑，一般被應用于沸騰鋼的脫氧；如果將鋁與錳或者鋁與錳以及其他元素進行混合，得到混合脫氧劑，其所具有的脫氧能力以及脫氧效率都會得到極大的提升，同時對于液態脫氧產物的形成有一定的促進意義，有利于脫氧產物的上浮以及去除。

3.1 沉淀脫氧方法

沉淀脫氧方法顧名思義，是利用增添相應的脫氧劑成分，對鋼液中的氧氣進行脫除處理，隨后借助沉淀的方式，將脫出的氧化物進行分離，是轉爐煉鋼脫氧中十分常見的方法之一。沉淀脫氧方法的效果較為理想，同時脫氧效率十分快速，但是沉淀脫氧方法對脫氧劑、脫氧產物的質量效果與基本性能要求比較高，在運用脫氧沉淀方法，轉爐煉鋼脫氧過程中，如若脫氧產物難以上浮與分離，容易和鋼液產生進一步化學反應，生成相關鐵的氧化物物質，導致鋼液的純度與質量效果進一步受損。

3.2 擴散脫氧方法

擴散脫氧方法主要把脫氧劑聯合爐渣，使其和鋼液中氧化鐵展開化學反應，促使氧化鐵進入到爐渣當中，把鋼液中氧化鐵物質進行脫離，保障鋼液的純度與質量效果。在利用擴散脫氧方法過程中，鋼液內氧逐步擴散到爐渣當中，進一步增加爐渣氧化鐵的成分含量，鋼液中所含氧量有所減少[3]。但是煉鋼生產中轉爐煉鋼方式，爐渣中的脫氧劑會逐漸受消耗核反應影響，為此在具體煉鋼生產期間，需要結合煉鋼基本要求，定期往爐渣中填充適當地脫氧劑，促進爐渣擴散氧效果的發揮。擴散脫氧的脫氧效果也十分理想，可以將鋼液中的氧有效脫除，強化鋼鐵產品的質量水平，擴散脫氧方法比較契合運用在現下轉爐煉鋼生產建設之中。但是，在實際的擴散脫氧運用期間，因反應速率比較慢，需要利用攪拌等干預措施，使脫氧效率、脫氧效果進一步提高。

3.3 真空脫氧方法

真空脫氧方法主要把鋼液放在真空環境下，確保鋼液內部的碳氧達到失衡狀態，讓鋼液中碳、氧產生氧化反應，把氧元素、碳元素以及一氧化碳從鋼液中合理脫出，達到鋼液脫氧的應用效果。與此同時，借助真空脫氧方法，將鋼液中氧進行合理脫出，為了強化碳氧反應的效率，保障脫氧的實踐效果，通常會在使用真空脫氧方法的同時，適當增加氬氣類惰性氣體等物質。真空脫氧方法的應用，可以生成脫氧產物為一氧化碳，對鋼液成分不會產生不良影響，同時生成的一氧化碳氣體，可促使鋼液進一步攪拌，保障煉鋼的質量效果，提高煉鋼的工作效率，還能減少煉鋼生產中脫氧劑、石灰石的消耗量，控制煉鋼的經濟成本，使煉鋼企業的生產效率、經濟效益、社會效益不斷升高。

4 結語

沉淀脫氧方法盡管對于工藝程序、技術設施有著較低的要求，但是脫氧效果并不十分顯著；擴散脫氧方法在脫氧效果方面有著顯著的作用效果，但是存在反應速率較慢的現實情況。真空脫氧方法不管在脫氧效率，還是脫氧效果方面有著十分顯著的優勢作用，但是需要采取必要的技術支持，做好相應的設備支撐，這就需要煉鋼企業加大基礎設施的建設力度，強化自身的技術水平；在煉鋼生產中轉爐煉鋼脫氧工藝的應用中，需要結合煉鋼企業的具體需求，有效選取適合的脫氧工藝，根據用戶及產品品質要求，選擇合適的脫氧方式，在高品質品種的生產過程，是幾種脫氧方式聯合使用；并對轉爐煉鋼脫氧工藝展開進一步探究，使脫氧工藝更加完善、有效，才能提高煉鋼水平、煉鋼效果，推動煉鋼企業長足穩定發展。