關(guān)于轉(zhuǎn)爐煉鋼脫氧工藝研究

寶那木斯來

（天津榮程聯(lián)合鋼鐵集團(tuán)有限公司，天津 300350）

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和發(fā)展階段，鋼鐵工業(yè)也必須盡快實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)，引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，加強(qiáng)對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)成本的控制，促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的提高。在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中，脫氧過程一直存在問題，必須進(jìn)行工藝優(yōu)化分析，采取有效措施提高鋼液的脫氧效果，降低煉鋼脫氧成本，進(jìn)一步提高鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量。

1 轉(zhuǎn)爐煉鋼與脫氧工藝的相關(guān)概述

1.1 轉(zhuǎn)爐煉鋼的原理

轉(zhuǎn)爐煉鋼操作的主要工具為轉(zhuǎn)爐，轉(zhuǎn)爐的形狀像一個(gè)梨，內(nèi)襯的耐火磚在爐壁，爐體可旋轉(zhuǎn)360度角。煉鋼的主要任務(wù)是脫碳，脫磷，脫硫，除有害氣體和雜質(zhì)等等。吹煉過程按照熱平衡公式和輕燃燒公式進(jìn)行，使熔渣系統(tǒng)具有適當(dāng)?shù)膲A性和有效的氧化劑來實(shí)現(xiàn)C，P，S的去除。因?yàn)樵诖禑掃^程中發(fā)生著有關(guān)的強(qiáng)烈的化學(xué)氧化反應(yīng)，如：廢鋼、頂吹氧氣之間的反應(yīng)。在爐中使得最終產(chǎn)生的鋼水含氧量不符合鋼品種的質(zhì)量要求，因此，在鋼生產(chǎn)過程中必須進(jìn)行脫氧操作，以提高鋼的質(zhì)量并滿足鋼品種的要求。

1.2 脫氧工藝在煉鋼過程中的重要作用

煉鋼期間轉(zhuǎn)爐中的脫氧技術(shù)主要是為了減少鋼中的氧量，防止其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，在脫氧工作結(jié)束后，氧氣的比重約為千分之五，沸騰鋼中的氧氣約為千分之零點(diǎn)二五左右，并且脫氧也可改善鋼的質(zhì)量，減少煉鋼成本。目前，脫氧方法雖然多，但科學(xué)含量低，應(yīng)用脫氧技術(shù)需要不斷優(yōu)化能力，提高技術(shù)操作效率。改進(jìn)脫氧技術(shù)可以在一定程度上提高鋼的質(zhì)量，增加鋼市場(chǎng)的貿(mào)易量，由此可見，脫氧技術(shù)對(duì)煉鋼至關(guān)重要。

2 氧的產(chǎn)生與危害

溶解氧和非金屬雜質(zhì)是煉鋼水中氧氣的主要形式，溶解氧主要是在煉鋼管中形成的。然而，為了有效去除鋼中的錳，碳，磷和其他有關(guān)雜質(zhì)，無論哪種煉鋼方法，都需要與氧發(fā)生氧化反應(yīng)，以便雜質(zhì)與氧相結(jié)合，生成氧化化合物，然后從雜質(zhì)中分離出來。因此，其鋼水中是一定含有氧氣的。在鋼吹氧煉鋼過程中，鋼中的氧含量將因溫度升高而緩慢增加，逐步減少和氧化鋼中其他元素的雜質(zhì)。

如果鋼水不脫氧，它會(huì)在冷固化過程中引起氧氣和水的化學(xué)反應(yīng)，鐵的氧化在晶界中沉淀，并在鋼水中混合，導(dǎo)致鋼不可調(diào)節(jié)的固化組織不間斷鑄造過程出現(xiàn)問題，其次，它沒有提高鋼的質(zhì)量，從而降低鋼的形狀和熱脆性，并導(dǎo)致鋼的氧化。如果在鋼中有太多的氧，硫的危險(xiǎn)系數(shù)就會(huì)增加，而且與其他物質(zhì)的反應(yīng)也會(huì)繼續(xù)，從而產(chǎn)生混合氧化物雜質(zhì)。除此之外，在鋼凝結(jié)時(shí)溶解氧和其中所含碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成一個(gè)碳氧化物氣泡，除此之外，鋼中的氧含量與生成一氧化碳?xì)馀莩烧?。所引起的各種鋼的脫氧程度也各不相同，可以分為沸騰鋼，鎮(zhèn)靜鋼和半鎮(zhèn)靜鋼。如果鋼中形成一氧化碳?xì)馀?，然后在鋼錠中形成氣泡，進(jìn)一步松動(dòng)鋼錠的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并影響鋼的密度和強(qiáng)度。因此，必須采用科學(xué)上合理的脫氧法來脫氧，減少鋼中的氧含量，防止鋼沸騰，并繼續(xù)確保鋼錠和鋼坯的結(jié)構(gòu)和組成符合鋼的生產(chǎn)要求，并有助于提高鋼的質(zhì)量。

3 脫氧技術(shù)的現(xiàn)狀

在煉鋼過程中，首先是硅，也就是說，它形成了鎮(zhèn)靜鋼。然而，硅具有相對(duì)較低的除氧性能，這可能導(dǎo)致局部脫氧，硅的脫氧將導(dǎo)致硅大量混合成鋼，這在很大程度上影響鋼的性能。二氧化硅的脫氧性能傾向于酸性，到20世紀(jì)30年代，鋁電解等相關(guān)技術(shù)逐步發(fā)展，鋁價(jià)格相對(duì)較低。鋁的脫氧技術(shù)的出現(xiàn)在一定程度上促進(jìn)了鋼的脫氧工藝革命。美國是第一個(gè)發(fā)現(xiàn)鋁具有很高的脫氧能力的國家，這在很大程度上消除了鋼中的氧。與硅的脫氧相比，鋁的脫氧不僅大大提高了脫氧效率，但它也減少了鋼中的二氧化硅含量。同時(shí)，由于氧化鋁是中性的，它不會(huì)影響到酸堿的鋼渣水平，也不會(huì)輕易導(dǎo)致氧化-堿鋼渣水平的降低。在國內(nèi)外的鋼鐵廠主要使用的是脫氧劑或鋁。鋁的總比重不是很高，不能保證有效的回收，因此在很大程度上增加了煉鋼的總成本，所以有效提高鋁的利用效率，鋼鐵廠通過不斷地研究和實(shí)驗(yàn)獲得硅酸鋁鋼，鋁錳鐵，硅鋇等與鋁有關(guān)的復(fù)合除氧器。此外，鋁復(fù)合脫氧劑的總密度超過純鋁密度，將大大提高使用效率，在脫氧后，由于復(fù)合氧化物的誤差，熔點(diǎn)較低，也易于清洗。

4 轉(zhuǎn)爐煉鋼脫氧工藝分析

沉淀脫氧方式與擴(kuò)散脫氧方式作為轉(zhuǎn)爐煉鋼期間應(yīng)用頻次較高的脫氧方式，其均需要應(yīng)用脫氧劑展開脫氧生產(chǎn)，沉淀脫氧方式屬于直接脫氧，而擴(kuò)散脫氧是間接脫氧。此外，具體操作期間真空脫氧方式使用的頻次同樣較高，此種脫氧方式不需要借助脫氧劑，保證鋼液呈現(xiàn)真空情況，破壞碳氧的狀態(tài)，催化碳與氧出現(xiàn)化學(xué)變化，形成一氧化碳然后與鋼液分離。實(shí)際生產(chǎn)期間脫氧技術(shù)與脫氧物質(zhì)的選擇工作必須依據(jù)公司具體狀態(tài)與商品類型進(jìn)行判定。

4.1 沉淀脫氧法

在使用沉積物脫氧技術(shù)時(shí)，去污劑的選擇和使用在一定程度上影響了脫氧作業(yè)的質(zhì)量。在轉(zhuǎn)爐中與鋼脫氧有關(guān)的搜索和應(yīng)用強(qiáng)度繼續(xù)增加，在特定時(shí)期內(nèi)，除其他外，脫氧技術(shù)得到了改進(jìn)，主要的脫氧和鈣脫氧技術(shù)得到了改進(jìn)，其應(yīng)用效率更高。首先，在鈣脫氧劑的成分研究方面。根據(jù)鋼等級(jí)，從脫氧鈣中的成分進(jìn)行科學(xué)配置，有助于更好地整合脫氧物質(zhì)和氧，達(dá)到良好的脫氧工作質(zhì)量。其次，在鈣系脫氧物質(zhì)的生產(chǎn)原理方面。它有較高的融合能力。鋇和鈣一樣具有很高的脫氧能力，而鋇在硅鋁鐵中的合金化能生產(chǎn)出硅鋇并改善其還原作用。鈣的脫氧性質(zhì)比較好，鈣和鋇的摩爾質(zhì)量比為1比3.43，所以要分解同一氧就必須加入鈣的數(shù)量為1公斤，而鋇的數(shù)量為3.43公斤。但是，煉鋼過程液中鈣的溶解度很低，即使在煉鋼液溫度達(dá)到數(shù)千攝氏600度的情況下，鈣的溶解性也只達(dá)到了千分之零點(diǎn)三。在這種情況下，鈣蒸汽的壓力大約是大氣壓力的兩倍。因此，鈣蒸汽的壓力較高，如果使用鈣作為氧的減速劑，那么就會(huì)浪費(fèi)大量的鈣，這將導(dǎo)致更多的投資和降低生產(chǎn)成本。因此，為了提高效率地使用，脫氧劑，必須確保有效的脫氧，必須使用各種方法來提高鈣在液態(tài)鋼中的溶解性鈣物質(zhì)，提高其可溶性。

4.2 普碳鋼脫氧工藝優(yōu)化

在煉鋼過程中，應(yīng)注意以下操作：①在轉(zhuǎn)爐脫氧之前加入低成本的二氧化碳添加劑。②逐步進(jìn)行硅酸鐵和硅酸鈣合金的脫氧和脫氧作業(yè)。在實(shí)際工作中，煉鋼轉(zhuǎn)爐過程中，如果轉(zhuǎn)爐的最終位置超過0.5，在對(duì)滲碳物質(zhì)的溶解和再充電狀態(tài)進(jìn)行仔細(xì)檢查的情況下，可在爐鋼液充填時(shí)加入滲碳劑。加入硅酸鐵和硅錳合金，確保它們符合標(biāo)準(zhǔn)；如果轉(zhuǎn)爐的最終位置小于或等于千分之零點(diǎn)五，可以在煉鋼過程中添加20%的相應(yīng)數(shù)量的鋁鐵和硅質(zhì)錳合金，完成預(yù)脫氧作業(yè)后，按順序加入附加的炭素材料和其他材料加入爐內(nèi)，完成除氣過程。在吹氬時(shí)必須保證其完整性，并按照標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整交易的強(qiáng)度和時(shí)間。最大限度地提高脫氧技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益；如果液體鋼使用低成本的脫氧鋁鐵，可以提高全球碳鋼脫氧技術(shù)的安全性，它們的應(yīng)用和傳播是很有價(jià)值的。

4.3 真空脫氧法

真空脫氧法實(shí)際上就是抽成真空的形式，將鋼中的加工液置于真空條件下，毀壞碳與氧的狀態(tài)，催化碳和氧的化學(xué)反應(yīng)，將一氧化碳從液態(tài)鋼中分離出來并進(jìn)行脫氧操作，在氧的化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)過程中起到催化作用，這導(dǎo)致一氧化碳與液態(tài)鋼的分離，因此，減少對(duì)鋼鐵溶液的破壞，當(dāng)一氧化碳的升高，可以同時(shí)分離非金屬物質(zhì)，進(jìn)行脫碳操作。完成脫氧操作，在低碳鋼生產(chǎn)過程中廣泛應(yīng)用的一氧化碳分離可促進(jìn)鋼液的混合，注意到聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署執(zhí)行主任關(guān)于持久性有機(jī)污染物審查委員會(huì)第三次會(huì)議的報(bào)告；減少脫氧作業(yè)費(fèi)用。在特定生產(chǎn)期內(nèi)，技術(shù)應(yīng)用比較簡(jiǎn)單，能保證鋼的質(zhì)量，使得轉(zhuǎn)爐及爐外操作環(huán)節(jié)成為提高鋼質(zhì)量的好方法。

4.4 擴(kuò)散脫氧工藝

擴(kuò)散脫氧技術(shù)主要是通過脫氧物質(zhì)控制的，以確定煉鋼過程中的氧量。這種方法可以減少氧氣的濃度和鋼的損傷程度，確保鋼生產(chǎn)的質(zhì)量。缺點(diǎn)在于擴(kuò)散效率低，使用凈化時(shí)間長(zhǎng)，這會(huì)導(dǎo)致時(shí)間的損失，并導(dǎo)致反磷現(xiàn)象。如果脫氧技術(shù)相對(duì)清潔，他們可以降低脫氧效率，因此，擴(kuò)散脫氧的應(yīng)用具有很大的價(jià)值。

5 轉(zhuǎn)爐煉鋼脫氧工藝優(yōu)化

5.1 工藝優(yōu)化方案

從轉(zhuǎn)爐中脫氧工藝過程來看，主要是通過脫氧劑來進(jìn)行脫氧。為了優(yōu)化流程，可以嘗試使用鈣脫氧劑，其中包括鈣，碳，硅，錸，鋇，鋁等成分，鈣，碳分別為33%~40%和13%~23%，硅11%~20%，鋁2%~4%，其他元素必須是相稱的，所以通過組合，更好地結(jié)合脫氧劑與氧。同時(shí)，可以使用鈣等元素來實(shí)現(xiàn)脫氧。鋇是鈣的同族元素，其質(zhì)量高于3.43:1，鈣具有很大的脫氧作用。然而，在鑄鐵液中，鈣的溶解度較低，在1600°C溫度下只能達(dá)到0.03%，而蒸汽壓力可達(dá)到1.98個(gè)大氣壓，鈣在硬質(zhì)鐵中幾乎不能溶解。簡(jiǎn)單地使用鈣需要花費(fèi)很多錢，這會(huì)產(chǎn)生高成本的脫氧過程。增加碳，硅等元素可以增加鈣在鐵中的溶解度，例如，增加1%的碳可能增加鈣的可溶性1倍。根據(jù)還原的主要成分，包括電石、硅酸鈣等?？梢杂免}合金制成不超過15mm顆粒。在鈣溶解過程中，根據(jù)邊界層擴(kuò)散的限制，大型脫氧劑將導(dǎo)致局部鈣溶解到飽和，從而導(dǎo)致大量的鈣蒸發(fā)，因此必須完成小顆粒生產(chǎn)，為了使鈣與液態(tài)鐵完全接觸。在實(shí)際應(yīng)用中，可以在1t煉鋼過程中加入1.2kg的鈣脫氧系統(tǒng)，可以添加到在鋼出鋼前一次。在鋼出鋼前1/4可以加入脫氧合金，加強(qiáng)對(duì)鋼和渣的氧化性控制。

5.2 具體優(yōu)化措施

轉(zhuǎn)爐除氣過程實(shí)際上是優(yōu)化，在特殊鋼品種的配合下，加入了脫氧添加劑。對(duì)于碳素鋼，可以加入焦炭，CAS2，SiC，相比較來看，諸如焦炭和KEC-2等除氧劑相對(duì)便宜，這有助于減少鋁合金的消耗和實(shí)現(xiàn)更高的合金提取率氧化鋁：對(duì)于低碳鋼，在優(yōu)化除氣過程中，可使用焦炭，CAC2，AMmFe等，氬含量超過3分鐘，在必要時(shí)，應(yīng)在鋁渣球等擴(kuò)散脫氧劑中添加校正的Als成分，進(jìn)一步調(diào)整鋁粒。完成第一次脫氧調(diào)整后，可將碳合金化，這種優(yōu)化方法還將減少鋁合金的消費(fèi)，使用廉價(jià)的脫氧劑這種合金的產(chǎn)量，像錳一樣。擴(kuò)散脫氧劑的使用可降低爐渣的氧化性，并能有效地控制鋁的損耗。根據(jù)氧氣含量標(biāo)準(zhǔn)，將焦炭、CAC2、MnFe等脫氧添加劑添加到0.06%~0.08%，用鋁線調(diào)整氧含量，增加氬的數(shù)量超過3分鐘；與實(shí)際脫碳氧相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)真空精煉RH-TB，用低碳硅實(shí)現(xiàn)初始脫氧，硅含量不應(yīng)超過對(duì)煉鋼組件的要求在這個(gè)基礎(chǔ)上，可以優(yōu)化鋁的使用，使鋼中的氧含量低于0.002%。最后，可以實(shí)現(xiàn)鈦鐵的脫氧以及調(diào)整鈦鐵含量和完成三階段脫氧?？梢杂娩X渣球來覆蓋鋼包表面，優(yōu)化方案將降低鋁合金的脫氧費(fèi)用和消耗。擴(kuò)散脫氧劑的三倍使用可降低沉淀物和氧化物的氧化性。

5.3 工藝優(yōu)化效果

為了確定工藝優(yōu)化效果，必須對(duì)優(yōu)化前后的合金消耗量進(jìn)行比較，通過優(yōu)化脫氧工藝，可以有效控制脫氧合金消耗量。提高錳、硅等元素的回收率，同時(shí)減少酸溶性鋁的損失，從而有效降低脫氧成本，提高連鑄坯的質(zhì)量。

6 結(jié)語

最后，鋼的質(zhì)量與控制煉鋼過程中的氧氣密切相關(guān)，因此，在實(shí)踐中，煉鋼廠必須根據(jù)氧的危害具體調(diào)節(jié)氧氣的含量。該條明確了煉鋼過程中的質(zhì)量控制因素，對(duì)煉鋼過程中氧的形成和氧的危險(xiǎn)進(jìn)行具體分析，并描述了煉鋼機(jī)的脫氧方法以及具體的操作，以提供科學(xué)指導(dǎo)和支持，在轉(zhuǎn)爐操作中的脫氧過程，從而促使轉(zhuǎn)爐鋼質(zhì)量全面提高。