煉鋼生產(chǎn)中轉(zhuǎn)爐煉鋼脫氧工藝的分析

夏雪生

（新余鋼鐵集團有限公司，江西 新余 338001）

由于在固態(tài)鐵中氧的溶解度非常低，最后形成的氧化物夾雜會導致鋼材的機械性能降低，尤其是會導致鋼材的沖擊韌性以及疲勞強度下降，所以必須要采取有效的工藝方法來進行轉(zhuǎn)爐煉鋼的脫氧。

1 轉(zhuǎn)爐煉鋼中氧的產(chǎn)生及其危害

氧氣在鋼液中的存在方式主要包括非金屬夾雜物形式與溶解氧氣形式兩種，煉鋼原料與吹氧煉鋼環(huán)節(jié)是產(chǎn)生氧的主要來源。在實際煉鋼過程中，碳、錳、磷、硅等元素以及其他一些化學雜質(zhì)的去除，都離不開對大量氧氣的使用，借助氧化反應(yīng)使氧氣與雜質(zhì)有效結(jié)合形成氧化物析出，進而獲得高純度的鋼。

可見，氧在鋼液中存在是必然的，實際吹氧煉鋼時，鋼液中需要氧化的雜質(zhì)含量越大，所需的氧氣量也就越大，同時鋼液中的氧含量也會有所增加。若是沒有對鋼液中的氧進行有效處理，導致鋼液中的氧含量過高，就會在鋼液凝固時有充足的氧氣與鋼液中的鐵發(fā)生氧化反應(yīng)。形成氧化亞鐵結(jié)晶析出。鋼液中的氧化亞鐵會對鑄坯造成極大破壞，直接影響鋼產(chǎn)品質(zhì)量響，甚至還會導致鑄坯變形，嚴重時產(chǎn)生熱脆反應(yīng)進一步催生鋼鐵的氧化現(xiàn)象，導致鋼液報廢。

鋼液中氧氣含量越高，硫所產(chǎn)生的危害也就越嚴重，硫與氧發(fā)生化學反應(yīng)產(chǎn)生氧化硫等雜質(zhì)。這些雜質(zhì)在鋼液中難以分離出來，對鋼成品的質(zhì)量產(chǎn)生了極大影響，尤其是會大大降低鋼產(chǎn)品的力學性能。

在對鋼液進行冷凝環(huán)節(jié)中，鋼液中的氧與碳也會產(chǎn)生一定的化學反應(yīng)，不充分的氧化反應(yīng)下形成一氧化碳氣泡的物質(zhì)，使鋼液在冷凝過程中出現(xiàn)沸騰現(xiàn)象，并且鋼液中的氧氣含量越高，所產(chǎn)生的一氧化碳氣泡量也就越多，因此而導致的鋼液沸騰現(xiàn)象也就越明顯。

在對鋼液進行脫氧時，隨著脫氧程度不同，其所導致的沸騰現(xiàn)象也不同，根據(jù)沸騰的基本程度，可以將相應(yīng)的鋼型劃分為鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼與沸騰鋼。如果早鋼液存在一氧化碳氣泡，將會導致鋼錠內(nèi)部組成中的各種物質(zhì)疏松化，大大降低鋼成品密度，鋼的強度也會遭到嚴重破壞。

由于氧氣的存在會對轉(zhuǎn)爐煉鋼質(zhì)量產(chǎn)生極大的不良影響，因此必須采取有效措施進行脫氧處理，有效降低鋼液氧含量，才能確保鋼成品的較好質(zhì)量。

2 煉鋼生產(chǎn)中轉(zhuǎn)爐煉鋼脫氧工藝應(yīng)用分析

2.1 沉淀脫氧法

在沉淀脫氧法的應(yīng)用過程中，對于脫氧效果發(fā)揮決定作用的是脫氧劑的選擇與使用。隨著轉(zhuǎn)爐煉鋼脫氧相關(guān)研究與實踐的不斷深入，在實際生產(chǎn)過程中實現(xiàn)了對脫氧工藝的有效優(yōu)化，尤其是以鈣系脫氧劑作為基礎(chǔ)的沉淀脫氧工藝，取得了較為明顯的脫氧效果。

（1）鈣系脫氧劑成分分析。鈣系脫氧劑的主要成分包括有鈣、碳、硅、鋇、錸、鋁等，結(jié)合鋼的類別，對鈣系脫氧劑的成分進行合理配比，能夠大大提升脫氧劑與氧結(jié)合程度，進而獲得較好的脫氧效果。

（2）鈣系脫氧劑工作原理分析。作為第二主族元素，鈣相較于其他元素有著較強的結(jié)合能力。鋇是鈣的同族元素當中具備較好脫氧效果的一種元素，通過把鋇混合到硅鋁鐵中而形成硅鋁鋇，可以大大提升其脫氧性能。然而與鈣相比，鋇的脫氧能力則相對較弱，1:3.43是鈣與鋇的摩爾質(zhì)量比,表明了脫除同等數(shù)量的氧，要獲得與加入1kg鈣產(chǎn)生相同脫氧效果，則需要3.43kg的鋇。然而，在鋼液中鈣溶解度較小，在1600℃鋼液中鈣僅僅具備0.03%的溶解度，而且鈣幾乎是無法溶解于固態(tài)鐵中。此外，在1600℃鋼液中，鈣的蒸汽壓可能是大氣壓的2倍，可見鈣也具備較大的蒸氣壓，若是僅僅以鈣來充當脫氧劑使用，其消耗了是極大的，成本大，不利于煉鋼效益的提升。所以，為了獲得更高的脫氧劑使用效益，確保較好的脫氧質(zhì)量，必須想方設(shè)法提高鈣在鋼液中的溶解度?？山Y(jié)合實際分析往鈣劑中加入合適比例的硅、碳、鋁等元素，以此提高鈣在鋼液中的溶解度。

2.2 擴散脫氧法

擴散脫氧法，指的是通過往爐渣內(nèi)加入脫氧劑，使其與鋼液中的氧化鐵進行反應(yīng)，使其變?yōu)殇撘籂t渣，降低了鋼液氧化鐵含量進而實現(xiàn)鋼液脫氧目的，通常是在爐外精煉過程，或者是在電爐還原期進行使用。在具體操作過程中，氧向鋼液中的爐渣進行轉(zhuǎn)移、融合，大大增加爐渣中氧化鐵含量,實現(xiàn)爐渣脫氧能力的較好可持續(xù)性，而要確保氧化鐵能夠不斷地往爐渣擴散，則需要將脫氧劑不斷地添加到爐渣當中。擴散脫氧法，具備較高程度的脫氧效率，對于降低鋼液氧含量，提升鋼的品質(zhì)。然而，脫氧速度較為緩慢以及需要消耗大量時間，這是之一方法的主要缺陷。在實際脫氧時，可利用吹氬攪拌的形式來提升脫氧速度。

2.3 真空脫氧法

真空脫氧法，主要是借助抽真空方式，將鋼包內(nèi)鋼液置于真空環(huán)境條件下，借此打破鋼液碳氧固有平衡，讓鋼液中氧與碳發(fā)生化學反應(yīng)產(chǎn)生CO氣體脫離鋼液，實現(xiàn)煉鋼脫氧。在進行真空脫氧時，可借助吹入一定量的氬氣等惰性氣體，均勻攪拌鋼液，進一步是鋼液中碳、氧發(fā)生反應(yīng)，生成一氧化碳氣泡。在真空環(huán)境下，脫氧法產(chǎn)生的CO不會對鋼液形成污染，并且CO氣泡逸出，加強鋼液攪拌，讓脫氧反應(yīng)更加充分、徹底，大大節(jié)約了脫氧劑與石灰使用成本。真空脫氧法具備脫氧效果明顯，以及投入成本低的優(yōu)勢在轉(zhuǎn)爐煉鋼脫氧過程中獲得了較為普遍的使用。3脫氧工藝的優(yōu)化

3.1 普碳鋼脫氧工藝的優(yōu)化

優(yōu)化以后此類鋼的脫氧工藝是在轉(zhuǎn)爐出鋼環(huán)節(jié)，根據(jù)特定順序?qū)⒔固?、CaC2、SiC、AIMnFe、FeMn、FeSi等逐一添加發(fā)生脫氧合金化，隨后再進行其他成分的合金化，出鋼后，進氫站通過喂鋁線來對Als含量與脫氧度來進行調(diào)節(jié)。在精練搬出前調(diào)節(jié)脫氧度可以采取增加鋁粒的方式來實現(xiàn)。實現(xiàn)普碳鋼脫氧工藝的優(yōu)化后其特征在于使用廉價的脫氧劑，如CaC2、焦炭等，減少了脫氧鋁合金的損耗量。不僅如此，因為添加AIMnFe、FeMn、FeSi等合金的順序發(fā)生改變，能夠?qū)崿F(xiàn)各類合金的收得率大幅提升，減少了脫氧用鋁合金的使用量，進而大大減小了生成Al2O3的數(shù)量。

3.2 低碳鋼脫氧工藝的優(yōu)化

優(yōu)化低碳鋼脫氧工藝后在轉(zhuǎn)爐出鋼時將焦炭、CaC2、A1MnFe等脫氧劑逐一添加，并且需要根據(jù)轉(zhuǎn)爐出鋼后罐內(nèi)的含氧量的0.02%～0.04%來控制各脫氧合金的總添加量。出鋼后進氬站利用喂鋁線來進行完全脫氧，同時對鋼水中的Als含量進行調(diào)整，喂鋁線結(jié)束后需要保持吹氬時間不少于3min，隨后將擴散脫氧劑如熔渣還原劑、鋁造渣球等添加其中。在進行精煉過程中，要求結(jié)合鋼水具體脫氧度來實時調(diào)整，如若脫氧不足，那么需要將鋁粒在開始經(jīng)立案前就進行添加。在精煉搬出前要求將鋁粒添加其中來調(diào)節(jié)脫氧度。若轉(zhuǎn)爐脫氧度滿足鋼種要求，在精煉開始時可不調(diào)整脫氧度，C、Mn、Nb、Ti等成分的合金化在精煉第一次脫氧度調(diào)整后進行。

4 結(jié)束語

綜上所述，基于對轉(zhuǎn)爐煉鋼中氧氣對于煉鋼質(zhì)量的影響分析，對沉淀脫氧法、擴散脫氧法以及真空脫氧法這三種較為常用的脫氧工藝進行了介紹、分析。就總體而言，沉淀脫氧法具備工藝流程簡單，設(shè)備操作便捷的優(yōu)勢，但所獲得的脫氧效果往往差強人意。擴散脫氧法的應(yīng)用則比較系統(tǒng)性，具備較高的完整度，脫氧效果較好，然而使用的時間通常較長，速度較慢。再者，真空脫氧法的脫氧效果雖然較為突出，但在設(shè)備使用與操作流程控制方面有著較高要求。可見，每一種脫氧方法都有其應(yīng)用優(yōu)勢與不足，因此各種方法的應(yīng)用還必須結(jié)合實際，加強對脫氧工藝的應(yīng)用研究，改善，使轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝的質(zhì)量與效率得到進一步提升，減少煉鋼成本，提升鋼鐵的產(chǎn)出效益。