浅析炼钢生产中转炉炼钢脱氧工艺

李彦杰，付春才

（河钢股份有限公司邯郸分公司，河北 邯郸 056000）

转炉炼钢生产实际时常会产生一些氧气，这些氧气的存在会对钢产品质量造成一定影响，更会影响钢厂生产效益，阻碍钢厂持续健康发展。为此，了解和掌握转炉冶炼以及炼钢生产实际，氧气产生的危害，并采用科学合理的脱氧工艺，对提高钢产品质量，提高钢厂生产产能，从推动钢厂持续健康发展有着非常重要的现实意义[1]。

1 转炉冶炼概述

转炉冶炼是在高炉高温条件下将生铁进行相应的氧化处理，来控制和降低生铁内碳元素含量，来有效保证刚钢材质量。在熔点上生铁和钢材有所不同，同时含碳量也存在很大差异，钢材含碳量在2%以下，同时相较于生铁熔点更高，大约为1450℃～1500℃。转炉炼钢生产的钢材属于低碳钢，这种钢材强度和硬度相对不高，但在可塑性以及韧性方面具有较好的优越性，在焊接、锻造、加工各种构件中应用广泛。

2 氧在炼钢中的产生以及危害分析

氧气在钢液中通常以非金属夹杂物和溶解氧气方式存在，在原料以及吹氧炼钢过程中会产生氧基本，但无论采用何种方法进行炼钢，主要目的是将其中的化学杂质清除，特别是锰、硅、磷、碳等化学杂质清除过程当中，会应用其中的氧气，引发氧化反应，让杂质和氧气共同结合在一起，形成一种新的氧化合物，并析出其中的杂质。

氧在钢液中是不可避免而存在的，所以吹氧炼钢时，由于钢液氧化以及杂质含量不断下降，氧气在钢液中的含量也会不断提升，氧气在钢液中如果未得到全面的处理，钢液中含氧量较高，待其凝固时，便会和钢液产生反应，形成结晶，同时也会生成氧化亚铁，由于钢液当中氧化亚铁的存在，会破坏掉铸坯，从而影响钢产品质量，更甚者引发变形问题，出现热脆情况，还会造成钢铁氧化问题。如果氧含量在钢液当中非常多，为进一步加重硫的危害，并不断出现化学反应，在化学反应过程当中产生各类氧化杂质，在钢体中夹杂，危害钢材质量，导致其力学性能出现改变。冷凝阶段的钢液，钢液中含有的碳元素也会和溶解氧产生反应，并在反应过程当中生成一氧化碳气泡类的物质，气泡析出之后和钢液发生化学反应，引发沸腾情况。特别是氧含量较高时，造成的沸腾现象更为突出，由于钢液当中存在不同程度的脱氧过程，造成的沸腾现象也存在很大的不同，根据不同的沸腾情况，有以下几种不同的钢，如沸腾钢、镇静钢和半镇静钢，如果有一氧化碳的气泡存在于钢液当中，会导致铸坯内部密度密度出现下降，破坏钢的强度。由于上述问题存在，就应当通过脱氧方法应用进行处理，提高钢液中的脱氧效果，降低钢液中的氧含量[2]。

3 脱氧工艺的应用

目前转炉炼钢过程中，主要的脱氧工艺包括沉淀脱氧法、扩散脱氧法以及真空脱氧法。脱氧剂是重要的脱氧原材料，主要是通过铝、硅、锰等材料所制成，在实际的生产实际，能和钢液内的氧气产生化学反应，固定氧气，并实现脱氧的效果。脱氧剂材料不通过，脱氧效果也存在很大不同，与猛相比铝脱氧剂效果更好，因此常常采用锰脱氧剂来处理沸腾钢，而铝脱氧剂主要应用于镇静钢脱氧。另外在实际应用时，应当与实际脱氧要求对符合脱氧剂进行配置，来有效提升脱氧作用，确保钢材质量。

3.1 沉淀脱氧法

沉淀脱氧过程中，脱氧效果受脱氧剂的影响较大，在不断研究以及实践的过程中，采用一些优化措施对原有脱氧工艺进行优化，在原来脱氧剂的基础上，进行钙系脱氧剂为前提的沉淀脱氧工艺研究，大大提升了脱氧效果。

（1）钙系脱氧剂所具有的理化成分，在这类脱氧剂中，包含的主要成分为钙、碳、硅、钡、铼、铝等，通过科学的配比下，能够大大提升钙系脱氧剂的脱氧效果[3]。

（2）钙系脱氧剂的工作原理。

钙胃第二主族元素，相较于其他其他元素具有更好结核性，钡是钙的同族元素，具有更好的脱氧作用，在硅铝铁内加入钡，能够生成硅铝钡，可以大大的增强其脱氧能力。然而相较于钙，在脱氧能力方面，钡的脱氧能力相对较弱。在摩尔质量上钙和钡比为1：3.43，这显示出在脱氧过程中，倘若将钙加入1kg能够达到良好的脱氧效果，那么加入钡时则需要加入3.43kg。但钙在铁液体内则具有较小的溶解度，铁液达到1600℃时，在溶解度上只有0.03%，同时固态的钙没有溶解性。另外钙具有较大的蒸气压，炼钢液达到1600℃时，其中的钙可以达到1.98个大气压。倘若仅仅利用钙作为脱氧剂，对于钙的消耗量非常的大，也会造成成本大大增加，影响经济效益的提升。所以，为了有效的保证脱氧剂效果，增加经济效益，则需要有效的提升铁液内钙的溶解度，将硅、碳、铝等适当的加入到钙剂当中，促进铁液钙溶解度不断加大。

3.2 扩散脱氧法

这种脱氧方法，是将脱氧剂加入到炉渣内，和钢液内的FeO产生反应，并使钢液中的FeO扩散到炉渣中，来有效控制和降低钢液中的FeO含量水平，提升脱氧效果，通常而言这种脱氧方法，在炉外精炼以及电炉还原期应用比较普遍。实际应用过程中，氧在钢液中不断转移扩散至炉渣内，导致炉渣中FeO不断增高，为了进一步提升炉渣扩散能力，增强其脱氧效果，增强其脱氧效果FeO持续的扩散到炉渣中，就需要将脱氧剂不断的添加到炉渣内。这种脱氧方法具有较好的脱氧程度，对控制钢液中氧含量发挥着非常重要的作用，还能有效提升钢产品的质量，然而这种脱氧方法，在脱氧速度上存在一定不足，需要较长的时间，同时在脱氧实际，还需要利用吹氩搅拌手段来提高脱氧速度。

3.3 真空脱氧法

这种脱氧方式是利用抽真空的手段，创造一种真空环境，使钢包内的钢液位于真空条件下，将钢液中碳氧平衡有效打破，增加氧和碳的反应，并形成CO气体，像钢液之外溢出，提高其脱氧作用，通过真空脱氧方法进行钢液脱氧，实际操作时，可将一些惰性的氩气吹入其中，并和钢液充分搅拌，提升钢液内碳氧反应水平，并生成一氧化碳。钢液利用真空脱氧法脱氧时，会产生CO，钢液不会受其污染，逸出的CO气泡对增强钢液搅拌具有重要的作用，提升反应效果，增强脱氧作用，还能控制石灰和脱氧剂的消耗减少成本投入。如钢液脱氧过程当中，非过氧化炉每次可以减少2229元的成本，而过氧化炉可以减少3000元的成本，这种脱氧手段具有较好的效果，而且还能有效减少成本投入，因此，转炉炼钢过程当中这种方法应用比较普遍。

总之，在炼钢生产中转炉炼钢脱氧方面，每种脱氧方法都有一定的优缺点，在工作实践中，应当充分结合实际全面考虑，采用有效的方法进行脱氧方法，提高脱氧效果，控制成本投入，推动炼钢生产工作效率的不断提升，创造更大的经济价值。