轉(zhuǎn)爐煉鋼過程脫氧工藝的探討

周 云

（南京鋼鐵聯(lián)合有限公司特鋼事業(yè)部研發(fā)處，江蘇 南京210035）

當(dāng)前，鋼鐵行業(yè)的競爭愈發(fā)激烈，大多數(shù)鋼鐵企業(yè)對于產(chǎn)品的質(zhì)量效果、生產(chǎn)成長展開有效管控的同時(shí)，還使生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)技術(shù)不斷改善，確保產(chǎn)品生產(chǎn)的質(zhì)量效果，減少產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，使鋼鐵企業(yè)可以在行業(yè)中處于顯著的優(yōu)勢地位。然而，在煉鋼生產(chǎn)中，轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)會(huì)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(chǎn)的危害性，促進(jìn)鋼液脫氧處理方式的合理應(yīng)用，強(qiáng)化鋼鐵的生產(chǎn)效果，壓縮生成成本，使鋼鐵生成可達(dá)到循環(huán)效果，促進(jìn)鋼鐵行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展。

1 轉(zhuǎn)爐冶煉的基本概述

轉(zhuǎn)爐冶煉主要把生鐵、鐵水置于轉(zhuǎn)爐高溫的狀況下，利用相互的氧化反應(yīng)，將生鐵、鐵水中碳元素等含量進(jìn)一步減少，使生產(chǎn)出的更高的化學(xué)性能、物理性能的鋼，達(dá)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(diǎn)也大于生鐵，一般為1 450~1 500℃范圍之內(nèi)[1]。轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)出的鋼材，主要以低碳鋼為主，此類鋼材的硬度、強(qiáng)度比較低，但是有著顯著的韌性與可塑性特征，因此主要應(yīng)用于構(gòu)建加工、焊接、工程機(jī)械等領(lǐng)域。

2 氧的生成與危害性

在煉鋼生產(chǎn)中轉(zhuǎn)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(shí)際的煉鋼時(shí)，鋼鐵內(nèi)部含有的碳、磷、硅等元素，脫除相關(guān)元素需要利用氧化反應(yīng)，才能去除干凈，把這些元素與氧展開實(shí)驗(yàn)反應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)脫出這些元素的效果，強(qiáng)化鋼材的基本性能。為此，鋼煉生產(chǎn)中轉(zhuǎn)爐煉鋼期間，生成的氧是難以有效規(guī)避的，但是在脫出碳、磷、硅元素與減少雜質(zhì)含量時(shí)，鋼液中含氧量勢必會(huì)進(jìn)一步升高，如若含氧量超出相應(yīng)的界限，在冷凝固環(huán)節(jié)中，鋼液與氧進(jìn)一步產(chǎn)生反應(yīng)，生成氧化鐵，對鋼材的質(zhì)量效果產(chǎn)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(shí)，如若鋼液中含有氧量比較高，還會(huì)和硫元素等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成相應(yīng)的有害物質(zhì)、氧化夾雜物等，降低鋼產(chǎn)品的質(zhì)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(yīng)，產(chǎn)生一氧化碳?xì)怏w，促使鋼液處于沸騰狀態(tài)。然而鋼液在沸騰狀態(tài)下，會(huì)由于氧濃度與含量成分的影響，使氧含量進(jìn)一步升高，此時(shí)鋼液沸騰愈發(fā)強(qiáng)烈，根據(jù)實(shí)際脫氧狀況、沸騰狀況，可以將其分為鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼以及沸騰鋼三種類型。一氧化碳?xì)怏w在鋼液當(dāng)中會(huì)導(dǎo)致鋼材內(nèi)部生成相應(yīng)的氣泡，導(dǎo)致鋼液在凝結(jié)后內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在空隙現(xiàn)象，降低鋼材的質(zhì)量效果與基本性能。由此可見，脫氧處理工藝對于煉鋼生產(chǎn)中轉(zhuǎn)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(tài)給予合理控制，使鋼鐵凝結(jié)后的基本性能、質(zhì)量效果符合相關(guān)的基本要求。因此在煉鋼過程中，工作人員必須對煉鋼的質(zhì)量以及設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格控制，針對煉鋼的各個(gè)環(huán)節(jié)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(dá)到相關(guān)的要求。

3 煉鋼生產(chǎn)中轉(zhuǎn)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(kuò)散脫氧法。在開展脫氧操作時(shí)，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(yīng)中與氧產(chǎn)生一定的反應(yīng)，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(shí)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(qiáng)脫氧劑，通常被用于鎮(zhèn)靜鋼的脫氧過程中；錳屬于一種弱脫氧劑，一般被應(yīng)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(jìn)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(huì)得到極大的提升，同時(shí)對于液態(tài)脫氧產(chǎn)物的形成有一定的促進(jìn)意義，有利于脫氧產(chǎn)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(yīng)的脫氧劑成分，對鋼液中的氧氣進(jìn)行脫除處理，隨后借助沉淀的方式，將脫出的氧化物進(jìn)行分離，是轉(zhuǎn)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(shí)脫氧效率十分快速，但是沉淀脫氧方法對脫氧劑、脫氧產(chǎn)物的質(zhì)量效果與基本性能要求比較高，在運(yùn)用脫氧沉淀方法，轉(zhuǎn)爐煉鋼脫氧過程中，如若脫氧產(chǎn)物難以上浮與分離，容易和鋼液產(chǎn)生進(jìn)一步化學(xué)反應(yīng)，生成相關(guān)鐵的氧化物物質(zhì)，導(dǎo)致鋼液的純度與質(zhì)量效果進(jìn)一步受損。

3.2 擴(kuò)散脫氧方法

擴(kuò)散脫氧方法主要把脫氧劑聯(lián)合爐渣，使其和鋼液中氧化鐵展開化學(xué)反應(yīng)，促使氧化鐵進(jìn)入到爐渣當(dāng)中，把鋼液中氧化鐵物質(zhì)進(jìn)行脫離，保障鋼液的純度與質(zhì)量效果。在利用擴(kuò)散脫氧方法過程中，鋼液內(nèi)氧逐步擴(kuò)散到爐渣當(dāng)中，進(jìn)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(chǎn)中轉(zhuǎn)爐煉鋼方式，爐渣中的脫氧劑會(huì)逐漸受消耗核反應(yīng)影響，為此在具體煉鋼生產(chǎn)期間，需要結(jié)合煉鋼基本要求，定期往爐渣中填充適當(dāng)?shù)孛撗鮿龠M(jìn)爐渣擴(kuò)散氧效果的發(fā)揮。擴(kuò)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(qiáng)化鋼鐵產(chǎn)品的質(zhì)量水平，擴(kuò)散脫氧方法比較契合運(yùn)用在現(xiàn)下轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)建設(shè)之中。但是，在實(shí)際的擴(kuò)散脫氧運(yùn)用期間，因反應(yīng)速率比較慢，需要利用攪拌等干預(yù)措施，使脫氧效率、脫氧效果進(jìn)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(huán)境下，確保鋼液內(nèi)部的碳氧達(dá)到失衡狀態(tài)，讓鋼液中碳、氧產(chǎn)生氧化反應(yīng)，把氧元素、碳元素以及一氧化碳從鋼液中合理脫出，達(dá)到鋼液脫氧的應(yīng)用效果。與此同時(shí)，借助真空脫氧方法，將鋼液中氧進(jìn)行合理脫出，為了強(qiáng)化碳氧反應(yīng)的效率，保障脫氧的實(shí)踐效果，通常會(huì)在使用真空脫氧方法的同時(shí)，適當(dāng)增加氬氣類惰性氣體等物質(zhì)。真空脫氧方法的應(yīng)用，可以生成脫氧產(chǎn)物為一氧化碳，對鋼液成分不會(huì)產(chǎn)生不良影響，同時(shí)生成的一氧化碳?xì)怏w，可促使鋼液進(jìn)一步攪拌，保障煉鋼的質(zhì)量效果，提高煉鋼的工作效率，還能減少煉鋼生產(chǎn)中脫氧劑、石灰石的消耗量，控制煉鋼的經(jīng)濟(jì)成本，使煉鋼企業(yè)的生產(chǎn)效率、經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益不斷升高。

4 結(jié)語

沉淀脫氧方法盡管對于工藝程序、技術(shù)設(shè)施有著較低的要求，但是脫氧效果并不十分顯著；擴(kuò)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(yīng)速率較慢的現(xiàn)實(shí)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(yōu)勢作用，但是需要采取必要的技術(shù)支持，做好相應(yīng)的設(shè)備支撐，這就需要煉鋼企業(yè)加大基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)力度，強(qiáng)化自身的技術(shù)水平；在煉鋼生產(chǎn)中轉(zhuǎn)爐煉鋼脫氧工藝的應(yīng)用中，需要結(jié)合煉鋼企業(yè)的具體需求，有效選取適合的脫氧工藝，根據(jù)用戶及產(chǎn)品品質(zhì)要求，選擇合適的脫氧方式，在高品質(zhì)品種的生產(chǎn)過程，是幾種脫氧方式聯(lián)合使用；并對轉(zhuǎn)爐煉鋼脫氧工藝展開進(jìn)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(dòng)煉鋼企業(yè)長足穩(wěn)定發(fā)展。