炼钢生产中转炉炼钢脱氧工艺的探讨

利强

【摘要】：在转炉冶炼过程中，由于钢水中溶解氧含量高，转炉终点氧质量分数可达到0.16%甚至更高，随着钢水温度降低，钢水中氧的溶解能力下降，钢中的溶解氧基本上全部与钢中合金元素发生反应，生成非金属夹杂物，而非金属夹杂物是钢的主要破坏源，对钢材的疲劳强度、加工性能、延展性、韧性、焊接性能、抗HIC性能、耐腐蚀性能等都有显著的不良影响。因此在精炼过程中对钢水进行脱氧是所有钢种都必须进行的工艺。因此，如何降低脱氧成本，实现经济型炼钢，是炼钢工作者一直追求的目标。

【关键词】：炼钢生产；炼钢脱氧；脱氧工艺

【引言】：转炉炼钢吹炼终点“碳低、氧高”，出钢合金化时增碳剂、脱氧剂、合金消耗大，严重影响生产成本，制约了成本降低。所以，迫使我们必须优化脱氧合金化工艺，降低炼钢合金成本，才能立足市场，在竞争中立于不败之地。

1氧的产生与危害

在钢液中，氧通常以非金属夹杂物和溶解氧的形式存在，主要来自原料和吹氧炼钢等生产过程中。无论哪种炼钢方法，为除去钢中的碳、磷、硅、锰等杂质元素，都需要用氧气与其进行氧化反应，使氧与杂质相结合，产生氧化合物，以使杂质析出。因此，钢液中的氧是难以避免的。在吹氧炼钢过程中，随着钢液中其他元素的氧化和杂质含量的降低，钢液中的氧含量开始升高，如果钢液未经脱氧处理，那么这种含氧量较高的钢液在进行冷凝固的时候，其中的氧便会与钢液产生反应，在晶界上析出FeO，夹杂在钢液中，连铸坯都无法得到正确的凝固组织结构，影响了钢产品的质量，使钢的塑形降低、产生热脆，且容易造成钢铁的进一步氧化。钢液中较多的氧还会加剧硫的危害作用以及与其他物质继续发生反应，生成氧化物杂质，夹杂在钢体中，从而降低钢产品的各项力学性能。在钢液冷凝过程中，钢液中的溶解氧会与钢液中的碳发生反应，形成CO气泡，析出的CO气泡会使钢液产生沸腾现象。钢液中含氧量越多，形成的CO气泡则越多，钢液的沸腾现象越明显。根据钢液中脱氧程度不同而造成的钢液沸腾状态的不同，可分为镇静钢、半镇静钢和沸腾钢。钢液中CO气泡的形成，使钢锭中饱含气泡，造成钢锭内部组织疏松，密度下降，钢强度下降。因此，必须采取有效的脱氧措施，对钢液进行脱氧处理，降低钢液含氧量（镇静钢氧含量小于0.005%，沸腾钢氧含量在0.025%～0.030%之间），控制和避免钢液的沸腾，才能使钢坯或钢锭的成分和组织达到要求，从而保证钢产品的质量。

2炼钢生产中转炉炼钢脱氧工艺

2.1普碳钢脱氧工艺

从现行的脱氧工艺看，普碳钢采用硅钙钡和铝铁脱氧成本较高，根据各脱氧材料的脱氧性能，对普碳钢的脱氧工艺进行了优化：首先在转炉出钢过程加入便宜的增碳剂进行预脱氧，再加硅铁脱氧及硅锰合金进行脱氧合金化处理，最后在吹氩站喂铝线深脱氧，具体方案如下：（1）转炉终点w（O）≤600×10-6或w（C）≥0.05%时，出钢1/5时（即钢水铺满罐底）直接加入增碳剂，视其钢包翻腾状况和增碳剂熔化情况加入硅铁和硅锰等合金进行脱氧合金化。（2）终点w（O）≥600×10-6或终点w（C）≤0.05%时，出钢1/5先加入部分合金（0.2～0.9kg/t铝铁或0.66～2.27kg/t的硅锰合金）进行预脱氧再加入增碳剂，然后再加入剩余材料进行脱氧合金化。（3）吹氩站全程吹氩操作，吹氩时间、吹氩强度和补喂铝线量按现行专规执行。优化后的方案，主要是根据转炉终点钢水中C、O含量控制情况，采用了更为经济的脱氧工艺。当转炉终点w（C）高时，直接采用增碳剂预脱氧处理；在转炉深吹的情况下，由于钢水w（O）较高，需要大量的脱氧材料，故选择相对便宜的铝铁，这样既保证了安全，稳定了质量，又降低了成本。

2.2真空脱氧法

真空脱氧法是通过抽真空的方式，使钢包内的钢液处于真空的环境条件下，以此打破钢液原有的碳氧平衡，促使钢液中的氧与碳发生反应，生成CO气体逸出钢液，从而达到脱氧效果。在真空脱氧过程中可以吹入一些惰性气体，如氩气等，对钢液进行搅拌，促进钢液中的碳氧反应和一氧化碳气泡的生成。由于真空脱氧法的脱氧产物为CO，不会造成钢液的污染，CO气泡的逸出还可以加强对钢液的搅拌，使反应充分，脱氧彻底，降低了脱氧剂和石灰的消耗，节省了成本。

2.3扩散脱氧法

扩散脱氧法是将脱氧剂加入到炉渣中，直接降低炉渣中的氧化铁含量，借分配定律的作用使钢液中的氧化铁逐渐转移到炉渣中来。如人为降低（Feo），则钢液中的[FeO〕就会扩散进人炉渣。因此，决定熔池中氧含量的主要因素不是钢液中的含碳量，而是炉渣中的氧化铁含量。将含氧化铁较低的合成渣置于盛钢桶内与钢液混合，也能得到相同效果。故扩散脱氧又分为炉内脱氧和盛钢桶内脱氧。

（1）炉内的扩散脱氧在采用炉内扩散脱氧时，加人炉渣中的脱氧剂一般为硅铁或铝、硅、碳等配合使用。炉内的扩散脱氧的优点是钢液被脱氧产物沽污的机会较少，而且加人的合金元素和脱氧剂的烧损也较少。此方法的缺点是扩散速度慢，生产率低；炉衬寿命短；用强脱氧剂时，易造成回磷，同时增加了脱氧剂的损耗量，而且必须将脱氧剂粉碎。

（2）盛钢桶内的扩散脱氧由于熔池内的钢液与炉渣的接触面积不大，限制了扩散脱氧的速度，因而可以采用合成渣洗的方法，使钢液与合成渣发生搅拌作用而增加接触面积，提高反应速度。国内外的许多钢铁厂采用合成渣洗的办法，取得了较好的脱硫、脱氧效果。

结语

炼钢企业应根据企业的实际生产情况，充分考虑各脱氧方法的优缺点，对各方法加以完善和进行有机结合，进一步提高脱氧效果、效率，降低脱氧成本，对当前处于激烈市场竞争中的钢铁企业具有重要的意义，为企业生产的提质保量、降本增效创造了有利条件。

【参考文献】

[1]王荣，李伟东，孙群.转炉炼钢脱氧工艺的优化[J].鞍钢技术，2010，（5）：47-50.

[2]郭汉杰.冶金物理化学教程[M].2版.北京：冶金工业出版社，2006：258-264.