探究爐渣堿度對(duì)304純凈不銹鋼冶煉的影響

莫冰洋

（江蘇德龍鎳業(yè)有限公司，江蘇 鹽城 224631）

304純凈不銹鋼憑借其優(yōu)良的耐腐蝕、耐高溫、耐磨損等特性，在石油開(kāi)發(fā)、石油化工、汽車(chē)、建筑裝潢等行業(yè)，有著比較廣泛的應(yīng)用。典型的304不銹鋼液當(dāng)中的氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)，需要添加一定量的硅氧來(lái)進(jìn)行控制，在對(duì)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(jìn)行，如果爐渣的堿性較低，不銹鋼液當(dāng)中的主要夾雜物是硅酸鹽系的夾雜物，且會(huì)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(duì)304不銹鋼進(jìn)行初期還原的過(guò)程中，主要是采用Al元素來(lái)進(jìn)行脫氧的，其中Al2O3是最為常見(jiàn)的氧化物夾雜，該化合物的脆性較大，會(huì)對(duì)鋼材的性能造成直接的影響，如果其量過(guò)大就容易在澆筑口產(chǎn)生較為嚴(yán)重的堵塞現(xiàn)象。通過(guò)大量試驗(yàn)表明，鋼種夾雜物會(huì)對(duì)鋼的質(zhì)量造成非常直接的影響，其中的Al脫氧不銹鋼中，還會(huì)直接生成MgO和Al2O3尖晶石雜，其會(huì)對(duì)鋼材表面質(zhì)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(shí)驗(yàn)，綜合考慮了精煉渣堿度對(duì)304不銹鋼夾雜物類(lèi)型、形貌、尺寸分布的影響，可以為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)提供有效的依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)

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

2 實(shí)驗(yàn)步驟

在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，考慮到原料在不同條件狀況下，需要采用不同的供養(yǎng)方式，在本次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中分別進(jìn)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(duì)鋼液中全氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)組成、形態(tài)、大小的影響。為了保證實(shí)驗(yàn)溫度的溫度性，在電爐的環(huán)境中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，直接采用電熔鎂坩堝來(lái)盛裝鋼料，然后使用雙鉑姥熱電偶進(jìn)行了測(cè)溫處理，在具體的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，其具體的實(shí)驗(yàn)步驟如下所示：將標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)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(guò)600℃之后，開(kāi)始通過(guò)保護(hù)氣體，實(shí)驗(yàn)中使用的氬氣，并將其流量穩(wěn)定在1NL/min，在坩堝中的料超過(guò)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(huán)境中保持10min左右，然后及時(shí)將試樣取出，在其熔清之后加入10g的硅鐵，并開(kāi)始計(jì)時(shí)，在10min的時(shí)候取出2號(hào)、3號(hào)鋼試樣，然后分別在20min、30min、40min的時(shí)候，將4號(hào)、5號(hào)和6號(hào)鋼樣取出，并在低供氧的條件下，繼續(xù)保溫60min、90min和120min，在這個(gè)過(guò)程中需要對(duì)試驗(yàn)中的平衡條件進(jìn)行考察。此后，應(yīng)該及時(shí)采用氮氧聯(lián)合分析儀來(lái)測(cè)定其全氧和氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并通過(guò)電鏡對(duì)金相組織進(jìn)行觀察，觀察金相當(dāng)中夾雜物的分布情況、性質(zhì)等。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論

通過(guò)對(duì)高供氧條件下試樣質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化分析可知。如果選擇使用堿度較大的渣系進(jìn)行第三爐實(shí)驗(yàn)，在爐溫保持10min之后，鋼液當(dāng)中的氧元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)就已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)比較低的水平，然后開(kāi)始逐漸緩慢下降，而第一爐和第二爐當(dāng)中的全氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)在20min之后才開(kāi)始出現(xiàn)比較明顯的下降。從這些地方可以看出，通過(guò)一定程度上提高精煉渣的堿度，能夠有效降低鋼液當(dāng)中的全氧含量[2]。此外，從整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程可以看出，鋼液當(dāng)中的全氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)和精煉渣堿度的含量是成反比的關(guān)系，隨著礦渣堿度的增加，其含氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低很快。在實(shí)驗(yàn)超過(guò)10min之后，第一爐實(shí)驗(yàn)的全氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)已經(jīng)開(kāi)始小于第二爐實(shí)驗(yàn)的全氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)，在對(duì)2號(hào)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(qiáng)度精煉過(guò)程中全氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)。從不同試樣測(cè)得的全氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布來(lái)看，其變化趨勢(shì)和氧元素的變化規(guī)律是非常相似的。在實(shí)驗(yàn)超過(guò)20min之后，其中全氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)得到了有效的降低，然后變化趨勢(shì)不斷得到緩和，實(shí)驗(yàn)超過(guò)20min之后，脫氧反應(yīng)就達(dá)到了基本平衡的狀態(tài)。

精煉過(guò)程中夾雜物尺寸變化的實(shí)際情況。在保持低的供養(yǎng)條件下，有效對(duì)爐試樣進(jìn)行了打磨和拋光工作，并使用光學(xué)顯微鏡對(duì)試樣的表面進(jìn)行了觀察，對(duì)放大倍數(shù)被200倍的情況下對(duì)試樣進(jìn)行了觀察，并利用圖像處理系統(tǒng)對(duì)夾雜物的視場(chǎng)進(jìn)行了自動(dòng)化的處理。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以看出，在不同精煉度的情況下，隨著精煉時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，夾雜物當(dāng)中的尺寸大部分會(huì)小于5μm。通過(guò)進(jìn)一步觀察可知，隨著還原實(shí)驗(yàn)的不斷進(jìn)行，爐中尺寸小于5μm的夾雜物質(zhì)量分?jǐn)?shù)是呈增加的態(tài)勢(shì)，這表明隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，通過(guò)不斷精煉能夠有效減少夾雜物的含量。

精煉夾雜物的形態(tài)和成分變化。通過(guò)在低供氧的狀態(tài)下用電鏡和能譜儀對(duì)夾雜物的形貌和成分進(jìn)行有效分析，就可以有效掌握各種典型夾雜物和成分的實(shí)際分布情況。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比來(lái)看，4爐在持續(xù)低供氧的條件下，試樣當(dāng)中夾雜物的類(lèi)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(qū)別。

因此，在實(shí)際開(kāi)展精煉的過(guò)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(fā)現(xiàn)了不少的Al2O3，相關(guān)學(xué)者在研究中指出，硅酸鹽夾雜的含量和形態(tài)會(huì)對(duì)鋼的橫向冷彎曲性能有直接的影響，如果試樣當(dāng)中的氧化鈣的含量過(guò)高，就會(huì)導(dǎo)致試樣的脆性過(guò)大，對(duì)304鋼材的沖壓、彎曲等性能，會(huì)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(huì)不斷減少，并隨著精煉渣堿度的增加，還原期同一時(shí)刻尺寸小于5μm的夾雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本是呈逐漸增大趨勢(shì)的，這表明生成各種細(xì)小夾雜物對(duì)試樣是非常有好處的。

通過(guò)對(duì)試樣當(dāng)中夾雜物小于5μm成分含量的對(duì)比來(lái)看，在堿度為2的試樣當(dāng)中，其中夾雜物小于5μm的成分比例比較大，會(huì)明顯大于1.5的實(shí)驗(yàn)，這表明堿度大于2對(duì)細(xì)小夾雜物的生成會(huì)產(chǎn)生非常有利的影響。因此，在實(shí)際生產(chǎn)的過(guò)程中，應(yīng)該使用堿度大于2的精煉渣系來(lái)對(duì)鋼液進(jìn)行處理[3]。

在本次實(shí)際實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，隨著精煉中煉渣堿度的不斷提高，鋼試樣當(dāng)中的全氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。在本次實(shí)驗(yàn)條件下，鋼中的夾雜物主要是CaO-Al2O3-SiO2-MgO-CaF2。伴隨著精煉過(guò)程的不斷進(jìn)行，夾雜物的尺寸不斷減少，且形狀大多為球形，對(duì)304不銹鋼性能的影響相對(duì)較低。如果采用堿度為2的精煉渣進(jìn)行精煉，會(huì)直接得到尺寸明顯低于堿度為1.5的實(shí)驗(yàn)渣系。因此，在實(shí)際開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，應(yīng)該盡量采用堿度大于2的精煉渣系進(jìn)行處理。在實(shí)際開(kāi)展高爐冶煉的過(guò)程中，應(yīng)該遵循以下的要求：①應(yīng)該盡量將爐溫保持在1350～1550的溫度的范圍之內(nèi)，這樣才能保證爐渣的熔化效果，并讓其保持良好的流動(dòng)性，并具有渣-鐵、渣-氣的界面性能，讓其很好與鐵水、氣體分開(kāi)，保證爐渣可以順利從爐中釋放出來(lái)。②為了保證爐渣的性能，就需要及時(shí)去除其中的有害雜質(zhì)，并根據(jù)反應(yīng)的實(shí)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(huán)境之中，應(yīng)該讓其由軟化到自由流動(dòng)的區(qū)間盡量要小，這樣才能有效降低空氣流動(dòng)的阻力，這樣更加有利于對(duì)高爐爐料的順行和強(qiáng)化冶煉。④爐渣的穩(wěn)定性。爐渣的穩(wěn)定性應(yīng)該盡可能好，這樣其才不會(huì)因?yàn)闋t溫和爐渣成分的波動(dòng)，對(duì)爐渣的物理性能造成嚴(yán)重的影響。⑤渣量應(yīng)該盡量少。通過(guò)較少的渣料使用，才能有效減少對(duì)溶劑和燃料的消耗，及時(shí)改善柱下部的透氣性，進(jìn)一步將高爐當(dāng)中每噸生鐵的渣量降低到300公斤以下，這樣可以對(duì)爐襯進(jìn)行更好的反應(yīng)。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，對(duì)高性能鋼材的需要量不斷增加。為了進(jìn)一步提升對(duì)鋼304的生產(chǎn)效果，就需要我們認(rèn)真開(kāi)展相關(guān)的試驗(yàn)，努力掌握爐渣堿度對(duì)不銹鋼304冶煉所產(chǎn)生的影響，然后及時(shí)對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化，最大程度保證鋼材的生產(chǎn)質(zhì)量。