碳化硅对转炉炼钢脱氧合金化的影响分析

杨怀春，马进国，姜国才

（新疆八一钢铁股份有限公司）

1 前言

碳化硅是一种人工合成的化合物，分子式为SiC，分子量为40.07，密度为3.20g/cm3。碳化硅是用优质石英砂和石油焦在电阻炉内炼制，其用途广泛，作为冶金材料可用作脱氧剂。碳化硅是一种新型的强复合脱氧剂，取代了传统的硅粉碳粉进行脱氧，和原工艺相比，各项理化性能更加稳定，脱氧效果好，降低原材料消耗具有成本优势。为此，新疆八钢第一炼钢厂在45t 转炉上进行了碳化硅代替脱氧剂的试验，以探索采用碳化硅脱氧效果以及对钢材质量及成本的影响。

2 碳化硅脱氧的理论分析

在转炉出钢过程中加入一定量的碳化硅，对钢水中的氧进行脱除，在脱氧的同时碳化硅将会起到增碳、增硅的效果，脱氧反应式如下：

根据SiO2、SiC、FeO、CO、[O]的标准吉布斯自由能计算反应式（1）、（2）、（3）的自由能与温度的关系分别为：

根据最小自由能原理进行Gibbs判据[1]可以得出：在炼钢环境下碳化硅分解、脱氧反应向正方向进行；且SiC分解的产物部分与钢液中的氧作用，部分融入钢液达到合金化增碳增硅的目的。

3 试验方法及分析

3.1 试验条件

试验在HRB400E钢种进行，碳化硅技术条件及45t转炉钢水条件见表1、表2。

表1 碳化硅理化指标

3.2 碳化硅试验方案

在现场生产中45t转炉脱氧合金化工艺采用复合脱氧剂、硅铁、硅锰铁、硅钙钡。试验采用碳化硅、硅锰铁合金、硅钙钡。以增硅为基点配加碳化硅量，碳化硅在出钢过程随钢流一起加入，考虑碳化硅中硅元素收得率为80%～85%，与硅铁相当，需要配加碳化硅2.67kg/t，代替硅铁加入量1.79kg/t，试验炉数50炉，根据钢中化学成分验证对硅、锰、碳元素收得率的影响，如表3所示。

表2 钢水条件

表3 HRB400E钢化学成分控制要求

3.3 碳化硅的脱氧效果

（1）钢包自由氧含量。

针对试验炉次脱氧合金化后的钢包钢液进行钢包自由氧含量的测定，并与现状钢包钢液氧含量进行比对，见图1。

通过图1钢包自由氧含量的比对可以看出，使用碳化硅试验炉次的脱氧效果较好，试验炉次钢包自由氧含量：15×10-6～30×10-6，比目前脱氧合金化钢包自由氧含量低5×10-6～10×10-6。

图1 钢包自由氧含量对比图

表4 试验冶炼数据统计

（2）碳化硅对合金元素的影响。

表4数据表明：试验炉次硅元素回收率较现状提高3.32%，锰元素回收与现状基本持平，碳元素回收率较现状提高了6.91%，试验炉次增碳剂碳粉用量较现状用量降低了0.7kg/t。

通过对合金元素的分析，进一步证明了碳化硅代替硅铁合金是可行的，碳化硅的脱氧产物为低熔点的SiO2和溶解度较低的CO气体，CO气体在钢液上浮的过程中加速钢液搅拌，并利于脱氧产物扩散和夹渣物上浮，使反应更为彻底，碳化硅起到了增碳增硅作用。

3.4 力学性能分析

新的国家标准GB 1499.2-2007规定：抗震钢筋除了满足一般热轧带肋钢筋的各项要求外，同时还应满足以下三个方面要求：

（3）钢筋在最大应力下的总伸长率≥9%。

力学性能符合HRB400E钢的力学性能要求。

3.5 碳化硅对合金成本的影响

加入碳化硅与未加碳化硅成本对比见表6。

通过试验获得试验钢的力学性能指标，如表5所示。

表5 试验钢力学性能统计

表6 成本核算

通过成本核算，利用碳化硅代替硅铁、碳粉、复合脱氧剂的脱氧合金化工艺，可以降低合金成本2.36元/t。

4 结论

通过对碳化硅的脱氧能力分析及试验，碳化硅作为如脱氧剂比硅铁脱氧剂效果好，硅元素收得率提高3.32%，锰元素回收基本持平，碳元素回收提高6.91%，增碳剂碳粉加入量由1.16kg/t降低到0.46kg/t，碳化硅起到了增碳增硅效果，并降低生产成本2.36元/t。碳化硅作为预脱氧剂是可行的。

[1]张朝晖.转炉石灰化硅脱氧试验研究.四川冶金.2001,(3)：13.