炼钢生产中转炉炼钢脱氧工艺的探讨

杨其敏，冯 宝，马 超

（广东省韶关市宝武集团韶关钢铁有限公司， 广东 韶关 512123）

由于钢铁行业之间的竞争越发激烈，使得各个钢铁企业逐渐增强了对生产成本以及产品质量的控制，怎样运用先进技术工艺来提升产品质量，减少投入成本成为了现阶段钢铁企业提升行业竞争力的重点。在转炉炼钢的实际生产过程中，氧气的产生是必然的，因此我们需要先了解氧对炼钢生产以及钢产品带来的危害，并掌握脱氧的有效方式，再对脱氧工艺予以有效运用与完善，以此来提升钢液脱氧处理的实际效果。这样就能够在确保钢产品质量的基础上，减少投入成本，让炼钢生产能够安全、高效地进行。

1 转炉冶炼概述

转炉冶炼指的是把生铁当中的碳等相关杂质氧化，制造出化学与物理性能均高于铁的钢。生铁和钢之间存在的主要差别为碳的含量，碳的质量分数不超过2.11%的被称为钢，其熔点在1450～1500℃之间，1100～1200℃则为生铁的熔点[1]。其次，在钢当中铁、碳元素会生成Fe3C固溶体，这样其硬度与强度会随着碳含量的增多不断上升，但其韧性与塑造性会随之降低。钢具有很好的物理、化学性能与力学性能，可进行拉、压、轧、冲、拔等深加工，用途十分广泛。

低碳钢属于转炉炼钢的主要产品，并且由于其具有转炉脱碳快、钢中气体含量低等相关优点，钢的塑性效果较好，拥有较强的焊接与深冲性能，使得其通常被用来制造低碳软钢丝、热轧和冷轧薄板、冷弯型钢以及镀锌板等等，由此可以看出转炉钢制造的各类硬钢丝、结构钢以及轴承钢等得到了极其广泛的运用。在实际冶炼的过程中制造高碳钢虽然存在着一定的困难，但也可以确保钢的质量。其中困难点在于拉碳与脱磷。比如在w（C）＞0.2%时，通过经验来控制拉碳，准确性得不到保障，若存在副枪，则必须运用副枪来予以控制，若不存在则需在炉前进行迅速分析，这样就会花费较多的时间。又或者是高碳钢终点低以及脱磷时间短，需采取双渣操作，其主要指的是将初期渣在脱碳的初始环节就其放掉，并将前期进入到渣当中的磷放走，但双渣操作会导致较多的热量以及铁的损失，所以一般不会采用。

2 氧的产生与危害

在钢液当中，溶解氧以及非金属杂物是氧存在的主要形式，其产生于吹氧炼钢以及原料等生产环节之中。不管采取何种炼钢方式，要想有效地去除钢当中所包含的锰、碳以及磷等相关杂质元素，均需和氧进行氧化反应，让杂质能够和氧结合，产生氧化合物，进而将杂质析出[2]。所以，氧存在于钢液当中是无法避免的。在进行吹氧炼钢时，由于钢液当中其他元素杂质的逐渐降低以及氧化，会使得钢液当中的含氧量慢慢上升，若没有对钢液予以脱氧处理，就会导致钢液在冷凝固的过程中氧和钢液出现化学反应，在晶界上析出氧化亚铁混合在钢液当中，使得连铸坯凝固组织结构并不标准，不利于钢产品质量的提升，进而出现钢塑形降低以及热脆的情况，同时还会使钢铁产生氧化的情况。其次，若钢液当中存在的氧过多，还会使硫的危害加重，并不断和其他物质产生反应，进而生成氧化物杂质混入到钢体之中，不利于钢产品相关力学性能的发挥。另外，钢液在冷凝时，其中包含的溶解氧和碳会发生化学反应，生成一氧化碳气泡，会使钢液出现沸腾的情况。并且，钢液当中的含氧量与一氧化碳气泡的形成成正比。钢液脱氧程度的不同，引起的沸腾状态也会存在着差别，具体可以划分为沸腾钢、镇静钢以及半镇静钢。若钢液当中出现一氧化碳气泡，会导致钢锭当中也存在气泡，进而使钢锭内部组织出现疏松的情况，密度与钢强也会受到影响。所以，就需要运用科学合理的脱氧方式，来对钢液予以脱氧处理，降低其中所包含的含氧量，防止钢液出现沸腾的情况，进而确保钢锭与钢胚的组织及成分能够满足生产要求，促进钢产品质量的提升。

3 脱氧技术的现状

在炼钢的过程中，硅是最早的脱氧物质，硅的产生造就了镇静钢[3]。而运用硅来脱氧的缺点在于其脱氧能力较低，容易产生脱氧不完全以及钢材皮下气泡过多的情况；通过硅来脱氧，钢当中会夹杂大量的大型硅盐酸，进而会对钢材的运用性能造成不良影响；而脱氧所生成的SiO2属于一种酸性物质，会导致钢水出现回磷以及回硫的情况。在20世纪30年代，电解铝技术等相关工艺逐渐成熟，且铝价较低，因此出现了铝脱氧技术，掀起了炼钢脱氧的一场技术革命。美国是最早应用铝来作为脱氧剂的国家，主要得益于铝在脱氧方面的能力较强，能够让钢水当中的氧脱至到极低的水平[4]。铝脱氧和硅脱氧相比之下，前者除了能够有效提升脱氧效率之外，还能够减少钢中所包含的SiO2，同时由于氧化铝属于中性物质，所以不会降低钢渣碱度，也不易引发钢水回磷以及回硫的情况。当前，铝依然是国内外炼钢厂所运用的主要脱氧剂。但因为铝的比重较低，且在回收率方面也不高（约为10%～25%左右），使得炼钢成本偏高，为了能够有效提升铝的利用效率，钢厂先后研制出了硅铝铁、铝锰铁、硅铝钡等铝系复合脱氧剂。其中，铝系符合脱氧剂在密度方面要比纯铝的密度高，将其倒入钢液当中上浮时间较为充足，进而有利于提升利用效率，并且脱氧产物所构成的低熔点复合氧化物，为脱氧产物的有效清除创造了有利条件。其次，铝脱氧所形成的氧化铝会对钢材的性能造成不良影响，尤其是对其疲劳性能等的影响较大。为了能够有效解决这一问题，逐渐产生了可以对夹杂物形态予以改变与控制的非铝系复合脱氧剂。非铝系脱氧剂主要为硅和钙，钡和钙以及钙、硅、钡的综合运用等。主要是由于钙的蒸气压高、沸点低，在铁液中的溶解度小，难以在高温钢液中发挥有效作用，因而常常与硅，钡等元素一起使用。

4 炼钢生产中转炉炼钢脱氧工艺

4.1 真空脱氧法

真空脱氧法主要是指通过让钢包当中的钢液处在真空下，进而破坏钢液碳氧的固有平衡，并让碳和氧进行反应，生成一氧化碳气体析出钢液，以此来实现脱氧[5]。在进行真空脱氧时，可以适量地吹入惰性气体，例如氩气等，然后搅拌钢液，促进碳氧反应的发生。由于一氧化碳为真空脱氧的主要产物，所以不会对钢液产生污染，析出一氧化碳气泡还能够增强对钢液的搅拌，进而让反应更加充分以及脱氧更加彻底，有效减少了石灰与脱氧剂的消耗，这样就能够降低生产成本。

4.2 沉淀脱氧法

沉淀脱氧法的具体操作简单直接，即在钢液当中混入脱氧剂，让其和氧发生化学反应，生成氧化物，以此来实现氧和钢液分离的脱氧还原目的。沉淀脱氧法拥有速度快以及效率高的特点，同时也不会对冶炼时间造成影响。不足的是对脱氧产物排除以及脱氧剂脱氧能力的相关要求极高，若无法实现对脱氧产物的有效上浮与排除，那么就会让钢液在氧化亚铁的还原下，生成其他氧化物，这样就会对钢液造成污染。

4.3 扩散脱氧法

扩散脱氧法指的是在炉渣当中添加脱氧剂，以此来降低炉渣当中所包含的氧化铁含量，通过分配定律的作用来让钢液当中的氧化铁转移到炉渣当中[6]。例如，人为降低氧化亚铁，那么钢液当中所包含的氧化亚铁就会扩散到炉渣当中。所以，钢液的含碳量并非是决定熔池当中含氧量的主要因素，而是炉渣当中所包含的氧化铁含量。将氧化铁含量不高的合成渣放入盛钢桶当中和钢液进行混合，也可以达到相同的效果。因此扩散脱氧又可以分为炉内脱氧以及盛钢桶内脱氧。其中，炉内脱氧指的是，在炉渣当中增添脱氧剂时，通常会和碳、铝以及硅等配合运用。炉内脱氧的主要优点在于能够减少脱氧产物对钢液的污染，同时能够减少对合金元素以及脱氧剂的烧损。但这一方法存在着扩散速度以及生产效率较低、炉衬寿命不长的缺点，而在运用强脱氧剂的过程中，则容易出现回磷的情况，进而损耗更多的脱氧剂，且必须粉碎脱氧剂；在盛钢桶内进行扩散脱氧时，由于熔池内炉渣和钢液接触面积较小，所以会降低扩散脱氧的速度，这就需要采取合成渣洗的方式，让合成渣和钢液产生搅拌作用，使接触面积能够得到增加，以此来提升反应速度。

5 结语

真空脱氧法效果好，但对技术与设备的要求较高；沉淀脱氧法工艺流程以及设备极为简单，可脱氧效果不强；扩散脱氧法较为彻底，但脱氧速度较慢。因此每一种方式都各有优缺点，相关企业在生产过程中需结合实际情况，运用适合自身的脱氧工艺，并不断对工艺予以创新与完善，以此来为企业生产的提质保量、降本增效创造有利条件，同时这对当前处于激烈市场竞争中的钢铁企业具有重要的意义。

[1]杜增路.对炼钢生产中转炉炼钢脱氧工艺的探讨[J].世界有色金属，2017（4）：35-36.

[2]徐伟.转炉炼钢脱氧工艺的优化研究[J].工程技术，2016（11）：49.

[3]赵家七，邹长东，耿涛，等.炉渣脱氧改质工艺对铝镇静硅钢总氧含量的影响[J].炼钢，2016，32（2）：12-17.

[4]孟庆龙，汪红有，杨丽.炼钢脱氧新材料钢砂铝的应用[J].河北冶金，2016（5）：48-49.

[5]尹文祥，王伟.对炼钢生产中转炉炼钢脱氧工艺的探讨[J].科技尚品，2016（1）：32.

[6]杜增路.对炼钢生产中转炉炼钢脱氧工艺的探讨[J].世界有色金属，2017（4）：35-36.