轉(zhuǎn)爐煉鋼脫氧工藝的優(yōu)化方法分析

于文浩

摘 要 近幾年來，我國鋼鐵行業(yè)發(fā)展十分迅速，轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)有了顯著提升，不過對于產(chǎn)品的質(zhì)量要求也在提高。目前來看轉(zhuǎn)爐煉鋼作為核心生產(chǎn)方法，在煉鋼過程中必須使用脫氧工藝，這也是整個生產(chǎn)流程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，雖然可選擇的脫氧工藝逐漸多樣化、多元化，不過都是為了降低鋼水中氧的溶解能力，提高轉(zhuǎn)爐煉鋼效率和質(zhì)量，總體來看脫氧工藝仍然具有發(fā)展空間，通過適當(dāng)優(yōu)化有利于促進(jìn)我國煉鋼水平的提高。本文對轉(zhuǎn)爐煉鋼脫氧工藝的優(yōu)化方法展開分析，借助工藝優(yōu)化節(jié)約煉鋼成本，切實(shí)增強(qiáng)轉(zhuǎn)爐煉鋼的質(zhì)量與水平。

關(guān)鍵詞 轉(zhuǎn)爐煉鋼 脫氧工藝 擴(kuò)散脫氧

中圖分類號：TF713.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）04-0067-03

當(dāng)下我國鋼鐵行業(yè)應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)創(chuàng)新，對傳統(tǒng)工藝進(jìn)行優(yōu)化改良，從而達(dá)到控制成本強(qiáng)化煉鋼質(zhì)量的目標(biāo)。盡管氧在固態(tài)鐵中的溶解度非常小，但仍然會由此形成夾雜物，對鋼材的性能與質(zhì)量造成直接影響，所以需要借助脫氧工藝，降低煉鋼過程中的氧含量。目前可選擇的脫氧工藝種類較多，而每種工藝的使用方法不同，為了提高脫氧效果應(yīng)注重改良優(yōu)化，根據(jù)實(shí)際情況選擇脫氧工藝，并按照鋼種、要求制定優(yōu)化方案，對煉鋼成本進(jìn)行有效控制，促使產(chǎn)品質(zhì)量逐步提高，為鋼鐵企業(yè)的發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

1 轉(zhuǎn)爐煉鋼脫氧工藝分析

轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中生鐵中含有的碳元素，往往會形成氧化現(xiàn)象，并因此精煉出質(zhì)量較高的鋼。不過鋼液中存在溶解氧屬于相對常見的現(xiàn)象，大多來自于吹氧煉鋼與原材料等因素，如果想要將鋼液中的硫、磷等元素控制在合理范圍內(nèi)，必須利用大量氧氣并產(chǎn)生氧化反應(yīng)，也可以借助氧化合物分析出更多雜質(zhì)。在轉(zhuǎn)爐煉鋼中使用脫氧工藝，是減少含氧量的重要途徑，避免鋼液中氧的生成，若不及時處理必然會對連鑄坯凝固組織結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性造成影響。其次鋼塑性也會有所降低，最終引發(fā)熱脆促使鋼產(chǎn)品進(jìn)入氧化物，自身的力學(xué)性能將會因此大大降低，并且還會造成一氧化碳?xì)馀?，同樣會影響密度、?qiáng)度。由此可見脫氧工藝具有非常關(guān)鍵性的作用，轉(zhuǎn)爐煉鋼也不得不借助脫氧劑來提高生產(chǎn)質(zhì)量，脫氧劑在使用過程中能夠與鋼液形成化學(xué)反應(yīng)，讓鋼液與含有的氧進(jìn)行分離。

當(dāng)下我國在脫氧工藝上有很多種類，如擴(kuò)散脫氧、沉淀脫氧等，都能達(dá)到不俗的脫氧作用，主要根據(jù)實(shí)際情況選擇針對性的方法，尤其是鋼產(chǎn)品的種類，會作為脫氧工藝選擇的基礎(chǔ)條件，以此來達(dá)到預(yù)期的脫氧效果。

2 轉(zhuǎn)爐煉鋼脫氧工藝問題與氧的產(chǎn)生

2.1 轉(zhuǎn)爐煉鋼脫氧工藝問題

目前，我國轉(zhuǎn)爐煉鋼水平有了很大提高，不過脫氧工藝的使用仍然不夠完善，存在影響生產(chǎn)質(zhì)量的問題和缺陷，導(dǎo)致鋼產(chǎn)品強(qiáng)度與硬度達(dá)不到要求。比如在普通碳鋼脫氧時，大多會通過加入硅鐵、錳鐵等，實(shí)現(xiàn)脫氧合金化目標(biāo)，在這個過程中必須要與鋼液結(jié)合，同時在精煉前應(yīng)適當(dāng)使用鋁粒，確保達(dá)到脫氧效果。傳統(tǒng)脫氧工藝的合金收得率為80%～90%，并且會在過程中消耗大量鋁合金材料，同時采取了一部脫氧方法，導(dǎo)致錳、鋁無法做到循環(huán)利用，因此很多企業(yè)不得不進(jìn)行調(diào)整，在提高土壤效果的同時增強(qiáng)合金回收效率。從實(shí)踐來看每種脫氧工藝都有不同缺陷，應(yīng)采取針對性的優(yōu)化措施，這樣才能提高脫氧工藝的經(jīng)濟(jì)性，最大程度保障煉鋼效率和質(zhì)量，因此必須基于精煉的角度，對脫氧工藝展開優(yōu)化完善。

2.2 轉(zhuǎn)爐煉鋼中氧的產(chǎn)生與危害

溶解氧、非金屬雜物是氧的兩種主要存在形式，在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中氧的形成與原材料、吹氧環(huán)節(jié)有關(guān)，由于煉鋼過程中必須清除碳、硅元素，因此會使用吹氧的方法，借助氧化反應(yīng)清除雜質(zhì)。由此可見氧的作用非常顯著，尤其是吹氧這個步驟必不可少，在氧化雜物含量高的條件下，必然會消耗大量氧氣才能達(dá)到清除效果，這也會引起鋼液含氧量增加的副作用。如果沒能及時處理減少含氧量，在鋼液凝固時就會產(chǎn)生氧化反應(yīng)，形成氧化亞鐵造成質(zhì)量問題。

其次需要注意氧氣、硫元素能夠產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致鋼液中出現(xiàn)氧化硫物質(zhì)，降低鋼產(chǎn)品的力學(xué)性能，而氧同樣會與碳出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，并形成一氧化碳造成鋼產(chǎn)品物質(zhì)疏松化的情況，成品鋼的密度、強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求，因此轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中氧的危害很大，并且會影響經(jīng)濟(jì)效益。

3 轉(zhuǎn)爐煉鋼脫氧工藝的優(yōu)化方法

3.1 沉淀脫氧工藝優(yōu)化

在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中即使接近結(jié)束，鋼水之中仍然會留有氧，因為轉(zhuǎn)爐煉鋼本身就屬于氧化過程，而其中的氧也被稱為溶解氧。這是轉(zhuǎn)爐煉鋼比較常見的問題之一，大多數(shù)脫氧工藝都會留有不同的溶解氧，所以需要對土壤工藝進(jìn)行優(yōu)化，從而達(dá)到最佳的脫氧效果。在沉淀脫氧工藝中，應(yīng)利用鈣系脫氧劑作為優(yōu)化方法，因此要對鈣系脫氧劑進(jìn)行有效分析，鈣其實(shí)屬于第二主族元素，可以和很多其他元素進(jìn)行結(jié)合，而鋇與鈣屬于同族元素，若在硅鋁鐵前使用適量鋇，就會形成硅鋁鋇，促使轉(zhuǎn)爐煉鋼脫氧能力大大增強(qiáng)。

當(dāng)然與之相比鈣的脫氧能力會更高，兩者的摩爾質(zhì)量為1：3.43，從比值上就能看出兩者存在巨大的差距，如果想要達(dá)到1kg蓋的使用效果，那必須加入3.43kg的鋇。不過鈣在應(yīng)用過程中溶解度存在限制問題，比如即使鐵液達(dá)到1600℃的高溫，其溶解度仍然不高大多為0.03%，同時固態(tài)鐵中鈣無法被順利溶解，另外鈣的蒸汽壓力非常高，這也是相對關(guān)鍵的因素，如果直接以鈣作為脫氧劑，必然會造成消耗量大的問題，提高轉(zhuǎn)爐煉鋼脫氧成本。

由此可見鈣是比較好的優(yōu)化元素，不過應(yīng)解決溶解問題，通過研究可以在添加鈣之前，使用碳、硅、鋁等，大多數(shù)情況下1%的碳，就能增強(qiáng)1倍鈣溶解度，在使用過程中應(yīng)將鈣合金制作成不大于15mm的顆粒狀態(tài)，若體積太大溶解過程中會受到邊界擴(kuò)散影響，無法達(dá)到預(yù)期的溶解狀態(tài)，并且浪費(fèi)大量鈣元素，因此要通過減小體積的形式，增強(qiáng)鈣的溶解度。

3.2 脫氧劑工藝優(yōu)化

通過實(shí)驗研究在轉(zhuǎn)入煉鋼過程中，每1t鋼材量必須要加入1.2kg鈣系脫氧劑，使用時應(yīng)該在出鋼前加入到鋼包內(nèi)。以往大多采用一步脫氧的方法，按照提前制定好的順序依次放入各類元素包括鋁合金、硅鐵等，就能達(dá)到脫氧效果。不過傳統(tǒng)一步脫氧仍然存在諸多問題，比如各類元素回收率較低，同時無法循環(huán)利用所以大大降低了脫氧效率。為了優(yōu)化脫氧劑的使用，當(dāng)下應(yīng)采取兩步式脫氧，第一出鋼時添加焦炭與鈣系脫氧劑，第二介入錳、硅等合金，以此來實(shí)現(xiàn)優(yōu)化脫氧效果的目標(biāo)。在實(shí)踐生產(chǎn)中可以看出，兩步式的脫氧劑使用方法，有利于增強(qiáng)合金回收率，同時能夠大大降低三氧化二鋁的形成率，出水口堵塞的問題將會得到改善[1]。

3.3 真空脫氧工藝優(yōu)化

真空脫氧也是比較常見的工藝，在應(yīng)用過程中通過抽真空的方式，促使鋼包內(nèi)形成顯著的真空狀態(tài)，這樣鋼液就會產(chǎn)生碳氧失衡現(xiàn)象，并因此產(chǎn)生CO促使鋼液中原本的CO溢出，最終達(dá)到良好的脫氧效果。另外在真空脫氧工藝中，需要利用氬氣處理的方法，通過吹入鋼液借助攪拌增強(qiáng)碳氧失衡速度，這樣就能快速形成CO。

由于CO屬于脫氧產(chǎn)物，并不會對鋼液造成污染問題，還會起到適當(dāng)?shù)膹?qiáng)化效果，大大提高了轉(zhuǎn)爐煉鋼脫氧能力，而真空脫氧工藝的優(yōu)化，減少了石灰、脫氧劑的使用，對煉鋼成本進(jìn)行有效控制[2]。

3.4 擴(kuò)散脫氧工藝優(yōu)化

擴(kuò)散脫氧劑目前在轉(zhuǎn)爐煉鋼中使用較為廣泛，主要借助脫氧劑起到脫氧效果，大大減少氧化鐵含量，另外借助分配定律將氧化鐵從鋼液中有效轉(zhuǎn)移。在脫氧過程中人為降低Feo，就會起到Feo擴(kuò)散到爐渣內(nèi)的效果，由此可見熔池內(nèi)含氧量和鋼液碳含量并沒有太多關(guān)聯(lián)，反而與爐渣氧化鐵含量息息相關(guān)[3]。當(dāng)下擴(kuò)散脫氧工藝主要采用了硅鐵脫氧劑，同時搭配碳、硅、鋁，在使用效果方面具有很多優(yōu)勢，例如鋼液不會輕易被脫氧產(chǎn)物造成污染，另外脫氧劑、合金元素的消耗也會因此降低，缺點(diǎn)則為擴(kuò)散速度有限，無法保證生產(chǎn)效率，若更改為強(qiáng)脫氧劑進(jìn)行優(yōu)化，不僅會出現(xiàn)回鱗等現(xiàn)象，還會造成脫氧劑的浪費(fèi)。因此可以替換為鋼桶采取擴(kuò)散脫氧工藝的形式，雖然這個方法同樣對鋼液、爐渣接觸面積有所限制，同時會影響擴(kuò)散速度，但通過攪拌作用就能得到改善，有利于提高脫氧反應(yīng)，目前該優(yōu)化方法在很多鋼鐵廠中運(yùn)用，具有非常好的脫硫與脫氧效果[4]。

3.5 普碳脫氧工藝優(yōu)化

為了能夠改善脫氧工藝的缺陷，降低脫氧合金消耗問題，可以針對普碳脫氧工藝展開優(yōu)化，傳統(tǒng)工藝在應(yīng)用過程中，大多出鋼時添加FeMn、FeSi、AlMnFe等，以此來展開脫氧合金化，在晶面處理過程中需要注意根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行改進(jìn)，在脫氧沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求時應(yīng)加入鋁粒，精煉搬出前再次利用鋁粒對脫氧效果進(jìn)行調(diào)整，促使脫氧度滿足煉鋼需求。該方法的缺陷就在于Mn與Si等合金的收得率非常低，Al消耗量得到增加，Al2O3生成量明顯加大。

在優(yōu)化過程中需要按照順序添加焦炭、CaC2、FeMn等保證達(dá)到脫氧合金化效果，另外通過使用鋁?？梢詫γ撗醵?、Als含量進(jìn)行控制，并且避免了脫氧

過程中鋁合金消耗超標(biāo)的現(xiàn)象，其次對各個合金的添加順序進(jìn)行更換，可以看到合金收得率有所增加，并且Al2O的生成量有所降低，在節(jié)約成本方面具有顯著優(yōu)勢[5]。

3.6 低碳脫氧工藝優(yōu)化

該工藝需要依次添加AlMnFe、FeMn，從而達(dá)到脫氧的目標(biāo)，在其他成分合金化處理過程中，可以適當(dāng)調(diào)整脫氧度、Als含量，精煉時需要注意按照脫氧情況展開優(yōu)化處理，比如在脫氧度無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)時，應(yīng)適當(dāng)添加鋁粒。該方法的缺陷在于Mn系合金收得率相對較低，AlMnF合金利用率低，并且有著較大的消耗量，同時Al2O3生成量大，連鑄注澆時Als損失大，最終存在較高的氮含量。

在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中，必須改變以往的添加順序，如焦炭或CaC2、AlMnFe等以此來達(dá)到更好的脫氧效果，脫氧劑的使用應(yīng)參考出鋼后罐內(nèi)含氧量，大多數(shù)情況下200×10-6～400×10-6之間應(yīng)加強(qiáng)控制，出鋼后喂鋁線并吹氬3分鐘，C、Mn、Nb等合金化處理，需要注意在首次脫氧調(diào)整后進(jìn)行，從而達(dá)到減少合金消耗的效果，合金收得率必然會有所提升，同時避免了鋼包渣的氧化性，有效減少了Als的損失。

3.7 RH低處理脫氧工藝優(yōu)化

在RH低處理脫氧工藝中，出鋼時按照順序加入鋁錠、FeMn進(jìn)行脫氧處理，隨后進(jìn)行Cr等成分的合金化。鋼方法的缺點(diǎn)在鋁錠消耗量非常大，并且出鋼過程中脫氧度強(qiáng)，導(dǎo)致鋼液中氮含量有所增加，連鑄澆筑過程中鋼水的Als損失明顯。優(yōu)化后將工藝更改為，轉(zhuǎn)爐出鋼時按照順序添加焦炭或CaC2，脫氧合金添加量按照400×10-6～600×10-6之間展開控制，根據(jù)鋼種進(jìn)行喂鋁線處理，將其中的含氧量控制在合力范圍內(nèi)，結(jié)束后應(yīng)吹氬3分鐘左右，添加適當(dāng)?shù)匿X制球渣、還原劑。通過優(yōu)化整個工藝流程，大大減少了鋼包頂渣氧化性的問題，并且連鑄坯澆注時Als的損失得到控制。

3.8 超低碳脫氧工藝優(yōu)化

該工藝的優(yōu)化需要按照順序加入焦炭、CaC2等，再進(jìn)行后續(xù)的脫氧，需要注意脫氧合金的使用量，必須根據(jù)出鋼后罐內(nèi)含氧量來決定，大多數(shù)情況下會以600×10-6～800×10-6之間的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整。為了調(diào)整出鋼后的含氧量應(yīng)及時喂鋁線，按照鋼種要求即可，喂鋁線結(jié)束后應(yīng)吹氬3分鐘左右，并加入由鋁制作的球渣以及脫氧劑。

4 結(jié)語

轉(zhuǎn)爐煉鋼需要使用鐵水、廢鋼等材料，在不依靠任何外加能源的條件下，通過鋼液本身的物理熱特點(diǎn)，包括組分間化學(xué)反應(yīng)形成的熱量最終完成煉鋼過程。不過轉(zhuǎn)爐煉鋼中脫氧工藝的使用非常重要，目前有很多脫氧工藝方法可以選擇，除了要使用針對性的脫氧工藝以外，必須進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化提高煉鋼質(zhì)量。脫氧工藝的使用能夠有效清除煉鋼中形成的雜質(zhì)，同時改善鋼水流動性，因此企業(yè)必須加強(qiáng)脫氧工藝設(shè)計，采取更加可靠的工藝提高精煉能力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉棟，許英飛，王剛.轉(zhuǎn)爐煉鋼脫氧工藝的優(yōu)化[J].冶金經(jīng)濟(jì)與管理，2012（02）：22-23.

[2] 夏雪生.煉鋼生產(chǎn)中轉(zhuǎn)爐煉鋼脫氧工藝的分析[J].中國金屬通報，2019（09）：23-24.

[3] 杜家恩，吳春璟.轉(zhuǎn)爐煉鋼脫氧工藝的優(yōu)化研究[J].中國金屬通報，2018（09）：88-90.

[4] 張振杰.轉(zhuǎn)爐煉鋼脫氧工藝的優(yōu)化淺析[J].冶金與材料，2021，41（03）：49-50.

[5] 張亞云.探究轉(zhuǎn)爐煉鋼脫氧工藝的優(yōu)化及發(fā)展[J].名城繪，2020（08）：236.