H08A脱氧工艺探讨*

郝 忠

(宣化钢铁集团有限责任公司)

H08A脱氧工艺探讨*

郝 忠

(宣化钢铁集团有限责任公司)

论述了转炉炼钢生产H08A焊条钢脱氧工艺优化的原理，H08A焊条钢脱氧的必要性，并结合实际对脱氧剂使用工艺进行了探索，确定了H08A脱氧的工艺优化路线;使H08A的产品质量满足了用户要求，并成功地在炼钢生产中推广应用。

脱氧 炼钢 焊条钢

0 前言

H08A钢是典型的低碳低硅系列的钢种，所以出钢过程中钢液内必然含有过剩的氧，如果脱氧不充分，高氧含量的钢水浇注后容易引起连铸坯气泡，高线轧制过程中易产生结疤、折叠等产品缺陷。为改善组织结构，消除皮下气泡，通常要求其有适量铝含量。生产中若采用大量的铝进行脱氧，钢水中过剩的氧和铝反应势必产生大量的Al2O3，Al2O3悬浮于钢液中，若未能及时排除，将造成氧化铝夹杂集聚形成大颗粒夹杂，在浇鋳过程中，导致水口结瘤，中断浇注。因此，选择合适的脱氧工艺，执行正确的脱氧工艺路线是生产低硅、低碳铝镇静钢的重要环节。

1 H08A钢成分要求及工艺路线

H08A钢企业成分内控标准及国标要求见表1。

表1 H08A钢成分控制范围 %

由表1可以看出，碳和硅的含量控制得很低，根据C－O平衡原理和硅氧化的特点可知，碳和硅的含量越低，钢液中氧含量就越高，气泡产生的几率就愈大。脱氧工艺若采用转炉铝锰预脱氧与吹氩站喂铝线辅助降氧，后喂钙线变性处理的方式，此工艺到氩站控氧极其不稳定，氩站喂线量较大，而且从工艺上

实际炼钢生产中钢液的溶解氧含量［O］低于［O］饱和;钢液［O］含量除与温度有关外，还与钢液其它组元含量、炉渣氧化性、氧气炼钢供氧参数等有关;冶炼结束时［O］含量存在一波动范围;以氧气顶吹转炉为例，当终点［C］含量在0.02%～0.10%之间时，［O］含量在0.08%～0.01%之间。钢中碳和看钙包芯线的喂入点、喂入深度、喂线速度、喂线量不尽相同，对钢水中变性产物，变性量及时间要求不易控制，稍有处理不当易造成铸机钢水可浇性差，导致浇注时中包水口发生絮流，严重时断流、停机。

经过近几年的生产实践，宣钢按照生产精品焊条钢的工艺原则，现使用脱氧工艺路线为:混铁炉铁水→110 t转炉(合金为Al－Mn铁、低碳锰铁)→炉后(铝镁钙脱氧)→吹氩站(吹氩搅拌、喂丝、定氧、Al－Mn－Ti脱氧、定氧、喂丝、软吹)→连铸(保护浇注、中包覆盖剂、专用保护渣)。

2 脱氧的必要性

在氧气炼钢过程均采用向金属熔池供氧以氧化去除铁液中碳、硅、磷等杂质，为获得高的反应效率，必须供入充足的氧，在冶炼临近结束时，钢液实际上处于“过度氧化”状态。氧的关系如图1所示。

图1 钢中碳和氧的关系

固体钢中氧的溶解度变化如下:

1)铁凝固后氧在固体铁中的溶解度显著降低;

2)δ铁中氧的溶解度最多约为80×10－6g/100g;

3)γ铁中氧的溶解度最多约为25×10－6g/100g;

4)α铁中氧的溶解度仅约为3～4 ×10－6g/100g;钢中氧的溶解度如图2所示。

图2 钢中氧的溶解度

由图2可以看出，铁液在凝固以及随后的冷却过程中，溶解氧几乎全部从Fe中析出。高氧含量的钢水浇注后容易引起连铸坯产生气泡，高线轧制过程中易产生结疤、折叠等产品缺陷。

2.1 炉后使用铝镁钙的脱氧

含有碱土元素的各种铁合金，对提高钢的物理机械性能、工艺性能和使用性能卓有成效。这类铁合金用于钢液的脱氧，不仅有较强的脱氧能力，而且由于熔点低、比重大，对钢液有较强的穿透能力，具有较强的去除气体和非金属夹杂物的精炼作用，以及脱硫、夹杂物球化和细化晶粒的作用，能使钢水流动性更好，促进钢水中非金属夹杂物上浮，使夹杂物清除更彻底、钢水更纯净。

钢水中元素脱氧能力从强到弱可以排序为:Ca，Mg，Al，Ti，Si，V，Mn，Cr。Ca 作为第二主族元素，反应性很强，有相当强的脱氧能力，这点与同族元素Ba相比较可知Ca脱氧比Ba更有优势:两者摩尔质量比MCa∶MBa=1∶3.426，即都脱除一定量的氧，若需要1 kg的Ca，就需要3.426 kg的Ba。

Al脱氧能力较强，其脱氧产物Al2O3熔点很高(2050℃)形成很细的固体颗粒，但Al2O3颗粒表面与钢液间界面张力大，易于上浮，所以Al常用来做终脱氧剂。铝在脱氧合金化过程中，有一部分与空气、炉渣接触被氧化烧损，有一部分与钢中O和N反应，即参与脱氧反应。这两部分反应产物大部分进入到罐内渣中，少部分残留在钢中以［Als］形式存在，［Als］含量过低不能满足品种要求，而太高的酸熔铝含量不仅增加生产成本，而且［Als］在吹氩和浇铸过程中保护不当易二次氧化形成Al2O3导致中间包水口堵塞。

为了克服Al2O3夹杂带来的上述种种缺点，必须改变Al2O3夹杂物的形态，将固态的Al2O3夹杂转变为液态低熔点的钙铝酸盐夹杂。以便夹杂物聚集上浮，减少水口堵塞和钢液中的夹杂物数量。当钙、铝复合脱氧时，活度积比单独用铝的活度积小，其脱氧能力大(约为190倍)，钙的存在提高了铝的脱氧能力，即在达到同样的脱氧效果时，减少铝在钢中的消耗量，同时铝的存在也减少了强氧化剂钙的脱氧消耗和钙的挥发损失，避免二次氧化时产生更多的Al2O3夹杂堵塞水口;镁和其它强脱氧剂如铝做成合金形式不仅可以降低其蒸汽压，提高其利用率，脱氧时相互作用生成复合脱氧产物，在钢中更易上浮排除。

使用钙镁脱氧剂，可以进一步地降低钢中的氧和硫、改善夹杂物的形态、大小和分布;经过钙处理后，钢中仍然会存在大颗粒的钙铝酸盐。经过铝脱氧后的钢进行钙处理后，氧化物的面积增加了大概六倍，镁处理后的钢中氧化物夹杂的面积几乎没什么变化，并且细小，镁与钙一样，镁脱氧产生的Mg0也能与A12O3生成镁铝尖晶石在钢中不容易聚集长大，高度弥散分布在钢中;镁处理后钢中非金属夹杂物的尺寸分布也发生明显变化。所以使用铝镁钙使钢液中夹杂物的量显著减少，残留在钢中的少量钙铝酸盐夹杂在轧制中也不变形，不会形成Al2O3夹杂物那种尖角链状分布，能提高钢的同向性，有很好的加工性能及机械性能。

2.2 氩后使用铝锰钛脱氧

由于铝镁钙比重较轻，后由铝锰替代其作为后补降氧及炉渣改质;铝锰钛合金熔点低、比重大，块度适宜，对钢液有较强的穿透能力，具有较强的去除气体和非金属夹杂物的精炼作用，是有效脱硫、夹杂物球化和细化晶粒作用的复合脱氧剂，它能进一步提高合金收得率，完善脱氧合金化工艺，进一步提高脱氧效果，达到减少钢中铝夹杂物和降低轧后废品，降低炼钢成本，提高钢材质量的目的，具有显著的社会效益和经济效益。

3 H08A脱氧工艺在生产中的应用

3.1 转炉终点控制

拉碳按w(C)=0.10%～0.20%控制，终点碳按w(c)=0.05%～0.08%控制，终点 w(S)≤0.025%，终点w(P)≤O.018%，终点温度1660℃～1680℃。

3.2 脱氧合金化

铝镁钙铁合金按1.3 kg/t钢加入;其它合金及渣料加入量执行原有工艺。出钢1/3后，加入1/3铝镁钙合金，再加入其它合金，然后加入剩余的铝镁钙。

3.3 挡渣操作

采用挡渣帽和挡渣锥挡渣，尽可能减少下渣，钢包渣层厚度控制在80 mm以内。为减少钢渣对钢水氧化性的影响，转炉出钢过程采用挡渣帽挡前期渣、挡渣锥挡后期渣。为提高挡渣效果，对挡渣锥定位进行了优化并加强了对出钢口的维护，在个别炉次出钢口状况不好和挡渣锥定位不当的情况下，增加铝镁钙的加入量和在氩站采取相应补救措施。

3.4 氩站操作

钢水进站后，吹氩，喂入50 m钙铁线确保成份、温度均匀后测温，镇静后定氧，根据定氧仪所测得的钢中氧含量加铝锰钛进行调整;强吹氩喂丝后镇静定氧，如氧活度不在目标值内补加脱氧剂后再进行二次定氧。氧活度达到要求后，钢包内喂钙铁线，使Al2O3夹杂变性，易于上浮。完成喂丝后进行软吹氩，保证软吹时间并控制好氩气流量。足够的软吹时间可以使钢中的夹杂物充分上浮，从而减少钢中夹杂物的含量，提高钢水的洁净度，同时也可以避免连铸结流事故的发生。钢水处理后加保温剂上连铸平台。

4 脱氧后H08A氧活度指标

随机抽查50炉转炉焊条钢，其出钢碳、到氩站氧、方坯硅含量见表2。

由表2可以看出，使用铝镁钙与铝锰钛复合脱氧剂能有效的脱除钢中多余的氧，能达到该钢种的技术要求，且性能比较稳定。减少了气泡产生的可能性，满足了成品钢的要求。脱氧后H08A钢连铸方坯皮下气泡低倍组织如图3所示。

表2 焊条钢出钢碳、到氩站氧、方坯硅含量

图3 脱氧后H08A钢连铸方坯皮下气泡低倍组织

5 结论

1)镁铝钙铁有很强的脱氧能力、且脱氧速度比较快;钢中的氧活度值低且比较稳定，钢中残余的非金属夹杂物大幅度减少;

2)采用铝镁钙铁合金脱氧，不但脱氧剂用量少，脱氧充分，而且该脱氧剂有改变夹杂物形态，促进夹杂物上浮的功能，使钢中夹杂物量减少;

3)采用铝镁钙铁合金脱氧，减少了氩站大量补铝线降氧的操作，降低了成本;

4)成功开发了转炉炼钢生产H08A焊条钢优化脱氧工艺。

［1］何东颖，吴振刚，张宇思.H08钢连铸生产中Si含量的控制［J］.河北冶金，2000(1):5 －6.

［2］李江等.复合脱氧剂铝锰铁代替纯铝预脱氧工艺试验.炼钢，1998(4):16－19.

［3］余志详.转炉炼钢技术.中国冶金，2001(1):17－23.

INVESTIGATION ON H08A DEOXIDIZATION PROCESS

Hao Zhong
(Xuanhua Iron and Steel group Co.，Ltd)

The article briefly discusses principle of process optimization of H08A welding steel produced by converter and the necessity of H08A welding steel deoxidization，investigates deoxidation reagent application situation，determines the optimum deoxidization process which makes H08A product meet customer’s requirement and successfully spread.

deoxidization steel－making welding steel

*联系人:郝忠，高级工程师，副厂长，河北.宣化(075100)，河北钢铁集团宣化钢铁公司炼钢厂;

2012—2—1