高純凈鋼冶煉工藝優(yōu)化探討

趙大同

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們對鋼的需求量也在不斷上升，同時對于鋼的質量和純凈度的要求也越來越高。為了滿足這種社會需求，世界各國都在設法提高鋼的純凈度。在當前的鋼冶煉水平條件下，通常把鋼材成品中磷、硫、氧、氮、氫的總含量小于0.01%的鋼材為高純凈鋼。但是，在煉鋼技術的快速發(fā)展中，人們對于鋼的純凈度水平要求也在不斷提高。為了適應社會的發(fā)展需求，各生產(chǎn)廠商不斷改善冶煉工藝和設備來提高鋼的純凈度，在冶煉過程中降低鋼質中的雜質是提高鋼純凈度的有效措施。

一、高純凈鋼的涵義

高純凈鋼是指在鋼質中含有極少的磷、硫、氧、氮、氫元素的鋼。非金屬雜質對鋼鐵的質量會產(chǎn)生很大的影響，同時非金屬雜質的含量及其形態(tài)特征也是鋼鐵冶煉水平的重要標志。鋼材中的磷、硫、氧、氮、氫元素的殘留，通常是在冶煉過程中鋼液凝固時有害氣體雜質偏析濃縮后與金屬元素結合產(chǎn)生的。雖然說鋼材中非金屬雜質含量的高低反應了鋼的純凈度，但純凈鋼又是一個相對的概念，不同材質的鋼對純凈度的要求也有所不同。提高鋼材的純凈度，就是要在冶煉過程中降低非金屬元素的含量，并對于非金屬元素形態(tài)進行控制。

二、高純凈鋼冶煉工藝

高純凈鋼的生產(chǎn)過程是通過先進的冶煉工藝和設備對鋼材進行不斷優(yōu)化提煉的過程。其基本理念是控制非金屬雜質的含量、形態(tài)和尺寸，以得到生產(chǎn)所需的優(yōu)質鋼材。其中，主要是控制氧氣冶煉、脫硫和二次精煉，此外，還需采取必要的措施防止外來雜質入侵，如防止保護渣的再次氧化等。

1.高純凈鋼冶煉過程中對氧含量的控制

在高純凈鋼的精煉過程中可采用頂?shù)讖痛缔D爐來降低氧的含量，之后可采用無渣出鋼和利用鋁或結晶器保護渣來降低鋼水脫氧后爐渣的氧位，避免二次氧化。

2.高純凈鋼冶煉過程中對硫含量的控制

硫在鋼質中通常以硫化物的形式存在，容易導致鑄坯裂紋現(xiàn)象的出現(xiàn)，同時，還會影響鋼質的抗腐性能，并導致沖擊韌性降低。對硫含量進行控制：一是在冶煉過程中要對鐵水進行脫硫處理，在此需注意金屬液和爐渣中的氧含量要低；二是在冶煉過程中要對鋼水進行脫硫處理，這個過程包含轉爐鋼水脫硫和二次鋼水的精煉，轉爐鋼水脫硫可采用加入合成渣脫硫，二次精煉可采用噴粉、加熱造渣和吹氬攪拌等形式脫硫。

三、高純凈鋼冶煉工藝的優(yōu)化

對鋼冶煉工藝過程優(yōu)化的目的是提高鋼的性能，降低鋼中磷、硫、氧、氮、氫元素的含量，提高鋼材的強韌性。而對高純凈鋼冶煉工藝的優(yōu)化，是提高鋼水純凈度最直接、有效的措施。優(yōu)化純凈鋼的冶煉工藝：一是加強在鋼冶煉過程中對氧含量的控制，以增強鋼材的疲勞強度；二是降低碳氮含量，以改善鋼的深沖性能；三是增加鋼在冶煉過程中的除硫量，提升鋼的熱加工性能。

1.在高純凈鋼冶煉過程中對氮的控制

（1）采用轉爐的控氮方式。利用活動煙罩，通過變頻風機和固定煙罩微正壓檢測裝置，對兌鐵、吹煉升溫、吹煉結束等進行微正壓檢測，在根據(jù)檢測結果對轉爐的分機轉速以及爐口壓力進行調整。其中，爐口壓力必須保持在0～50 mbar，防止碳氧反應的減弱導致爐中一氧化碳氣氛減弱，而再次吸入空氣導致后期氮含量的增加。在操作過程中還要加強對底吹系統(tǒng)的維護，使吹流量達到0.015～0.05m3/(min·t)，最后根據(jù)鋼材的種類，選擇合理的底吹模式。此外，還可通過提高礦石加入量與鐵水比來降低氮含量。在轉爐鋼材出鋼時，要求出鋼口的形狀要合理，以減少出鋼過程中氮的吸入。在轉爐出站環(huán)節(jié)，在鋼水流入鋼包1/3時，迅速向鋼包中添加堿性精煉渣，以防止鋼水和外界空氣接觸增加氮含量。

（2）采用RH爐精煉的控氮方式。在此過程中進行去氮處理要滿足蒸汽機的壓力要保持高于10bar，溫度高于190℃，蒸汽要處于平穩(wěn)狀態(tài)且爐中真空槽要嚴密。在RH爐中完成合金化的精煉處理之后，鋼中界面的活性元素氧含量較低，利于快速脫氮。另外，還必須在RH浸液管周圍進行氫封處理，這是因為當RH下降管的外部壓力大于內部壓力時，其耐材內主要是氮氣，而氫封處理能夠抑制鋼液對氮氣的吸收。

（3）進行連鑄控制氮氣的吸收。在長水口進行澆注保護處理，通過吹氬氣進行保護，其中氬氣要滿足氣流量30L/min、壓力2.0bar的條件。

2.加強對轉爐中進行脫硫、除磷和含氧夾雜物的控制

（1）對于高純凈鋼在冶煉過程中對于磷的控制主要在轉爐中，通過加入高堿度渣和雙渣的形式使成品鋼中的磷含量平均達到0.0077%，需注意的是，在出鋼時應使用擋渣鏢來防止下渣回磷現(xiàn)象。

（2）純凈鋼中脫硫的處理，首先要滿足其高溫、較低的氧化性、高堿度的熱力學條件。為滿足這些條件，在進行脫硫操作時要控制鋼液中的氧含量，使用混合均勻的堿性渣和鋼渣。但是在轉爐過程中的氧化氣氛使鋼液的脫硫能力減弱，為此可以采用鋼水預處理的方法降低鋼材中的硫含量（可降至0.001%），在扒渣后將其兌入轉爐，以降低水渣中硫對鐵水的影響。

（3）對于夾雜物的控制。主要是控制夾雜物含量和性質，首先，要創(chuàng)造一個良好的純凈鋼冶煉環(huán)境；其次，對于爐渣成分進行控制，以便于爐渣隨雜質的吸收；最后，做好空氣、爐渣和設備耐材氧化對鋼水影響的控制。需要完成以下幾點：一是合理提高碳含量及加強轉爐時復吹的有效性，同時還要注意終點鋼水中氧化物的含量；二是在出鋼過程中，為防止二次氧化要及時加入頂渣；三是保證出鋼口的良好狀態(tài)以及擋渣鏢的正確安裝；四是保證出鋼鋼包的清潔。

3.二次精煉處理

（1）鋼包頂渣改質。鋼包精煉中的渣洗方式，主要是增加全鋁的含量，從而迅速降低頂渣氧化程度，同時降低鋁的耗用量，提高鋼的質量。

（2）對二次精煉造渣的優(yōu)化控制。二次精煉中的除硫主要是利用加熱造渣、喂線、吹氣攪拌等方法來實現(xiàn)的，分為防止氧化反應，在進行此操作時必須在深度脫氧的情況下進行。最精煉造渣的優(yōu)化主要有以下幾個環(huán)節(jié)：一是對于進站造渣的厚度進行測量，并根據(jù)相應的要求添加適當?shù)匿X；二是對于造渣工藝進行合理設置，通常造渣的pH值為11時脫硫的效果最佳，因此應對造渣成分合理配置，以達到脫硫的最佳效果；三是在精煉過程中要對正壓操作和底吹流量進行合理控制，一般是控制增氮15ppm、增氧30 ppm。

四、結束語

通過優(yōu)化純凈鋼的冶煉工藝，在很大程度上改善了冶煉過程中對于非金屬雜質（磷、硫、氧、氮、氫等）的去除效果，滿足了現(xiàn)代高純凈鋼的冶煉工藝要求，可大幅提高鋼的純凈度，滿足市場對于高純凈鋼的需求。同時，純凈鋼冶煉工藝的優(yōu)化還能夠縮短鋼材精煉周期，提高勞動生產(chǎn)率，進而增加企業(yè)的市場競爭力。

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