炼钢生产中脱氧工艺分析

2019-10-21梁金鹏

中国金属通报 2019年9期

梁金鹏

（甘肃酒钢集团宏兴钢铁股份有限公司安全环保处，甘肃嘉峪关 735100）

1 氧的产生与危害

在炼钢生产所产生的钢液中，氧一般以非金属夹杂物、溶解氧的形式存在，这种形式主要是由于炼钢生产中原料的特殊性与吹氧炼钢生产等造成的。在炼钢生产中，无论采用何种生产方式，在去除钢中杂质中，都需要借助于氧气与这些元素的反应来实现，通过氧气与杂质元素的反应，生成氧化反应物，析出杂质。在吹氧冶炼中，钢液中氧的含量是随着其他杂质元素的含量而变化的，二者成负向变化的关系，杂质含量低，钢液中氧的含量反而较高，一旦没有进行必要的脱氧处理，含氧量较高的钢液在冷凝固中，氧会与钢液产生化学反应，使得其析出FeO，这种反应现象大大降低了钢产品的质量，使得钢的塑性降低，极易出现热脆现象，还会加大其氧化的概率。如果钢液中含有的氧较多，还会加大硫的危害，使得氧可以与钢液中的其他物质连续发生反应，形成氧化产物，这些氧化产物的出现大大降低了钢产品的物理与化学性能。

2 脱氧技术的现状

近年来，炼钢生产中的转炉炼钢脱氧工艺中，铝依然是最常用到的脱氧剂，但是其回收利用率在10%～25%之间，利用效率低，因此，大大提高了炼钢生产企业的生产成本，有些炼钢企业为了有效解决此类问题，逐步研发了一些铝系的复合脱氧剂，比如硅铝铁、铝锰铁等。一般情况下，这些复合脱氧剂的密度要远远高于纯铝，将其倒入钢液以后，有足够的上浮时间，因此，能够大大提高其回收利用效率，脱氧以后会形成低熔点的复合氧化物，因此，可以达到理想的脱氧效果。铝脱氧以后，会产生大量的氧化铝，这种物质的存在会大大降低钢材的性能，尤其是钢材的抗疲劳性能。

3 炼钢生产中脱氧工艺

3.1 真空脱氧法

真空脱氧法需要使钢液处于真空状态下，打破原有钢液中的碳氧平衡，使得在此过程中，碳元素可以与氧充分反应，生成一氧化碳，析出钢液中，从而达到脱氧处理的目的。当RH炉真空度在1mbar时，理论上碳的脱氧能力大于铝的脱氧能力，但实际上，由于RH处理过程中，钢水与炉渣，及耐材等相接触，后者会不断向钢水中供氧，使[O]升高，此外达平衡值需要很长时间。鉴于此，实际生产中，采用在较高的压力下（低真空度），通过碳脱氧，将[O]降至一定水平后，再用铝进行终脱氧，这样既能节约了合金，又提高了质量。真空脱氧产物是一氧化碳，该物质对于钢液的污染较小，而此过程中所析出的一氧化碳气泡还可以使得反应更为充分，从而达到理想的脱氧效果。此种脱氧方式中，对于石灰与脱氧剂的使用较少，一定程度上实现了炼钢成本的控制。

3.2 沉淀脱氧法

沉淀脱氧法的操作较为简单，在钢液中加入脱氧剂，使得脱氧剂可以与钢液中的氧发生反应，从而达到脱氧的效果，在这种脱氧方式中，操作极为简单，具有高效的优点，并且此脱氧工艺应用中对于冶炼时间等的影响较小。但是，这种脱氧处理中，对于脱氧产物的排除等的技术性要求较高，如果脱氧产物不能有效排除，就会钢液继续反应，从而造成钢液的污染。沉淀脱氧法是指将脱氧剂直接加入钢水，脱氧剂与氧结合生成稳定的氧化物，氧化物和钢水分离不断的上浮，降低钢水的氧。钢中的氧可以看做是以FeO的形式存在，凡是与氧的亲和力大于FeO的元素，都能FeO中把氧置换出来，从而生成稳定的氧化物，从钢水中分离出来，上浮到渣中，起到脱氧的作用。

酒钢碳钢薄板厂120吨转炉生产过程采取沉淀脱氧的方法。卷板类产品一般采取Al脱氧的工艺，因为Al与氧的亲和力大于Fe与氧的亲和力，使用Al脱氧，可以将钢水中的氧置换出来，生成Al2O3并上浮。转炉出钢过程加入脱氧合金(成分如表1)，达到沉淀脱氧的目的，现场随机抽查100炉钢水，对脱氧相关数据进行统计分析，具体情况如表2。

表1 脱氧合金的成分表

表2 脱氧数据统计表

通过铝系合金的加入，可以计算出合金的收得率，反应出脱氧效果及脱氧深度。同时，对于转炉底吹参数的优化，也可以有效降低钢水的氧含量，降低脱氧合金的使用量，同时也可以根据转炉炉龄合理调整转炉底吹透气砖流量，降低冶炼终点自由氧控制水平，进一步降低钢终点氧含量，提高钢水纯净度。

表3 精炼炉扩散脱氧数据

3.3 扩散脱氧法

扩散脱氧法需要在炉渣中添加脱氧剂，通过此种方式来降低炉渣中氧化铁的含量，以实现氧化铁从钢液到炉渣中的转移。比如通过人为操作实现氧化亚铁含量的减少，从而使得钢液中的氧化亚铁的自动扩散。因此，从这个方面来讲，钢液中的碳含量并不是影响熔池中含氧量的主要因素，反而是炉渣中氧化铁的含量才是决定熔池中含氧量的主因。

具体来讲，可以将氧化铁含量较低的合成渣放入钢包中，使得其可以与钢液等加以混合，实现氧化铁的扩散。扩散脱氧又可以分为炉内与钢包脱氧两种。前者主要是指在炉渣中添加脱氧剂，这种脱氧方式的优势在于其对于钢液所产生的污染较小，避免了对合金元素、脱氧剂等的烧损现象，但是，该种脱氧方式的扩散慢、效率低、炉衬寿命短。

目前酒钢碳钢薄板厂精炼炉脱氧工艺主要采用复合脱氧工艺，即扩散脱氧和沉淀脱氧相结合的方式进行钢水精炼处理，通过采用：渣中氧化铁+钢渣改制剂/钢中Als的方式进行精炼脱氧。根据现场实际生产情况，通过优化脱氧工艺，低碳钢生产以沉淀脱氧为主，扩散脱氧为辅，中碳钢提高钢渣改制剂使用比例，扩散脱氧剂以改质剤为主，钢中Als为辅。对现场随机抽样100炉钢水进行数据统计分析，精炼炉通过采用扩散脱氧精炼方式，钢水质量满足要求。具体数据如表3。