煉鋼生產中轉爐煉鋼脫氧工藝的探討

楊其敏，馮 寶，馬 超

（廣東省韶關市寶武集團韶關鋼鐵有限公司， 廣東 韶關 512123）

由于鋼鐵行業之間的競爭越發激烈，使得各個鋼鐵企業逐漸增強了對生產成本以及產品質量的控制，怎樣運用先進技術工藝來提升產品質量，減少投入成本成為了現階段鋼鐵企業提升行業競爭力的重點。在轉爐煉鋼的實際生產過程中，氧氣的產生是必然的，因此我們需要先了解氧對煉鋼生產以及鋼產品帶來的危害，并掌握脫氧的有效方式，再對脫氧工藝予以有效運用與完善，以此來提升鋼液脫氧處理的實際效果。這樣就能夠在確保鋼產品質量的基礎上，減少投入成本，讓煉鋼生產能夠安全、高效地進行。

1 轉爐冶煉概述

轉爐冶煉指的是把生鐵當中的碳等相關雜質氧化，制造出化學與物理性能均高于鐵的鋼。生鐵和鋼之間存在的主要差別為碳的含量，碳的質量分數不超過2.11%的被稱為鋼，其熔點在1450～1500℃之間，1100～1200℃則為生鐵的熔點[1]。其次，在鋼當中鐵、碳元素會生成Fe3C固溶體，這樣其硬度與強度會隨著碳含量的增多不斷上升，但其韌性與塑造性會隨之降低。鋼具有很好的物理、化學性能與力學性能，可進行拉、壓、軋、沖、拔等深加工，用途十分廣泛。

低碳鋼屬于轉爐煉鋼的主要產品，并且由于其具有轉爐脫碳快、鋼中氣體含量低等相關優點，鋼的塑性效果較好，擁有較強的焊接與深沖性能，使得其通常被用來制造低碳軟鋼絲、熱軋和冷軋薄板、冷彎型鋼以及鍍鋅板等等，由此可以看出轉爐鋼制造的各類硬鋼絲、結構鋼以及軸承鋼等得到了極其廣泛的運用。在實際冶煉的過程中制造高碳鋼雖然存在著一定的困難，但也可以確保鋼的質量。其中困難點在于拉碳與脫磷。比如在w（C）＞0.2%時，通過經驗來控制拉碳，準確性得不到保障，若存在副槍，則必須運用副槍來予以控制，若不存在則需在爐前進行迅速分析，這樣就會花費較多的時間。又或者是高碳鋼終點低以及脫磷時間短，需采取雙渣操作，其主要指的是將初期渣在脫碳的初始環節就其放掉，并將前期進入到渣當中的磷放走，但雙渣操作會導致較多的熱量以及鐵的損失，所以一般不會采用。

2 氧的產生與危害

在鋼液當中，溶解氧以及非金屬雜物是氧存在的主要形式，其產生于吹氧煉鋼以及原料等生產環節之中。不管采取何種煉鋼方式，要想有效地去除鋼當中所包含的錳、碳以及磷等相關雜質元素，均需和氧進行氧化反應，讓雜質能夠和氧結合，產生氧化合物，進而將雜質析出[2]。所以，氧存在于鋼液當中是無法避免的。在進行吹氧煉鋼時，由于鋼液當中其他元素雜質的逐漸降低以及氧化，會使得鋼液當中的含氧量慢慢上升，若沒有對鋼液予以脫氧處理，就會導致鋼液在冷凝固的過程中氧和鋼液出現化學反應，在晶界上析出氧化亞鐵混合在鋼液當中，使得連鑄坯凝固組織結構并不標準，不利于鋼產品質量的提升，進而出現鋼塑形降低以及熱脆的情況，同時還會使鋼鐵產生氧化的情況。其次，若鋼液當中存在的氧過多，還會使硫的危害加重，并不斷和其他物質產生反應，進而生成氧化物雜質混入到鋼體之中，不利于鋼產品相關力學性能的發揮。另外，鋼液在冷凝時，其中包含的溶解氧和碳會發生化學反應，生成一氧化碳氣泡，會使鋼液出現沸騰的情況。并且，鋼液當中的含氧量與一氧化碳氣泡的形成成正比。鋼液脫氧程度的不同，引起的沸騰狀態也會存在著差別，具體可以劃分為沸騰鋼、鎮靜鋼以及半鎮靜鋼。若鋼液當中出現一氧化碳氣泡，會導致鋼錠當中也存在氣泡，進而使鋼錠內部組織出現疏松的情況，密度與鋼強也會受到影響。所以，就需要運用科學合理的脫氧方式，來對鋼液予以脫氧處理，降低其中所包含的含氧量，防止鋼液出現沸騰的情況，進而確保鋼錠與鋼胚的組織及成分能夠滿足生產要求，促進鋼產品質量的提升。

3 脫氧技術的現狀

在煉鋼的過程中，硅是最早的脫氧物質，硅的產生造就了鎮靜鋼[3]。而運用硅來脫氧的缺點在于其脫氧能力較低，容易產生脫氧不完全以及鋼材皮下氣泡過多的情況；通過硅來脫氧，鋼當中會夾雜大量的大型硅鹽酸，進而會對鋼材的運用性能造成不良影響；而脫氧所生成的SiO2屬于一種酸性物質，會導致鋼水出現回磷以及回硫的情況。在20世紀30年代，電解鋁技術等相關工藝逐漸成熟，且鋁價較低，因此出現了鋁脫氧技術，掀起了煉鋼脫氧的一場技術革命。美國是最早應用鋁來作為脫氧劑的國家，主要得益于鋁在脫氧方面的能力較強，能夠讓鋼水當中的氧脫至到極低的水平[4]。鋁脫氧和硅脫氧相比之下，前者除了能夠有效提升脫氧效率之外，還能夠減少鋼中所包含的SiO2，同時由于氧化鋁屬于中性物質，所以不會降低鋼渣堿度，也不易引發鋼水回磷以及回硫的情況。當前，鋁依然是國內外煉鋼廠所運用的主要脫氧劑。但因為鋁的比重較低，且在回收率方面也不高（約為10%～25%左右），使得煉鋼成本偏高，為了能夠有效提升鋁的利用效率，鋼廠先后研制出了硅鋁鐵、鋁錳鐵、硅鋁鋇等鋁系復合脫氧劑。其中，鋁系符合脫氧劑在密度方面要比純鋁的密度高，將其倒入鋼液當中上浮時間較為充足，進而有利于提升利用效率，并且脫氧產物所構成的低熔點復合氧化物，為脫氧產物的有效清除創造了有利條件。其次，鋁脫氧所形成的氧化鋁會對鋼材的性能造成不良影響，尤其是對其疲勞性能等的影響較大。為了能夠有效解決這一問題，逐漸產生了可以對夾雜物形態予以改變與控制的非鋁系復合脫氧劑。非鋁系脫氧劑主要為硅和鈣，鋇和鈣以及鈣、硅、鋇的綜合運用等。主要是由于鈣的蒸氣壓高、沸點低，在鐵液中的溶解度小，難以在高溫鋼液中發揮有效作用，因而常常與硅，鋇等元素一起使用。

4 煉鋼生產中轉爐煉鋼脫氧工藝

4.1 真空脫氧法

真空脫氧法主要是指通過讓鋼包當中的鋼液處在真空下，進而破壞鋼液碳氧的固有平衡，并讓碳和氧進行反應，生成一氧化碳氣體析出鋼液，以此來實現脫氧[5]。在進行真空脫氧時，可以適量地吹入惰性氣體，例如氬氣等，然后攪拌鋼液，促進碳氧反應的發生。由于一氧化碳為真空脫氧的主要產物，所以不會對鋼液產生污染，析出一氧化碳氣泡還能夠增強對鋼液的攪拌，進而讓反應更加充分以及脫氧更加徹底，有效減少了石灰與脫氧劑的消耗，這樣就能夠降低生產成本。

4.2 沉淀脫氧法

沉淀脫氧法的具體操作簡單直接，即在鋼液當中混入脫氧劑，讓其和氧發生化學反應，生成氧化物，以此來實現氧和鋼液分離的脫氧還原目的。沉淀脫氧法擁有速度快以及效率高的特點，同時也不會對冶煉時間造成影響。不足的是對脫氧產物排除以及脫氧劑脫氧能力的相關要求極高，若無法實現對脫氧產物的有效上浮與排除，那么就會讓鋼液在氧化亞鐵的還原下，生成其他氧化物，這樣就會對鋼液造成污染。

4.3 擴散脫氧法

擴散脫氧法指的是在爐渣當中添加脫氧劑，以此來降低爐渣當中所包含的氧化鐵含量，通過分配定律的作用來讓鋼液當中的氧化鐵轉移到爐渣當中[6]。例如，人為降低氧化亞鐵，那么鋼液當中所包含的氧化亞鐵就會擴散到爐渣當中。所以，鋼液的含碳量并非是決定熔池當中含氧量的主要因素，而是爐渣當中所包含的氧化鐵含量。將氧化鐵含量不高的合成渣放入盛鋼桶當中和鋼液進行混合，也可以達到相同的效果。因此擴散脫氧又可以分為爐內脫氧以及盛鋼桶內脫氧。其中，爐內脫氧指的是，在爐渣當中增添脫氧劑時，通常會和碳、鋁以及硅等配合運用。爐內脫氧的主要優點在于能夠減少脫氧產物對鋼液的污染，同時能夠減少對合金元素以及脫氧劑的燒損。但這一方法存在著擴散速度以及生產效率較低、爐襯壽命不長的缺點，而在運用強脫氧劑的過程中，則容易出現回磷的情況，進而損耗更多的脫氧劑，且必須粉碎脫氧劑；在盛鋼桶內進行擴散脫氧時，由于熔池內爐渣和鋼液接觸面積較小，所以會降低擴散脫氧的速度，這就需要采取合成渣洗的方式，讓合成渣和鋼液產生攪拌作用，使接觸面積能夠得到增加，以此來提升反應速度。

5 結語

真空脫氧法效果好，但對技術與設備的要求較高；沉淀脫氧法工藝流程以及設備極為簡單，可脫氧效果不強；擴散脫氧法較為徹底，但脫氧速度較慢。因此每一種方式都各有優缺點，相關企業在生產過程中需結合實際情況，運用適合自身的脫氧工藝，并不斷對工藝予以創新與完善，以此來為企業生產的提質保量、降本增效創造有利條件，同時這對當前處于激烈市場競爭中的鋼鐵企業具有重要的意義。

[1]杜增路.對煉鋼生產中轉爐煉鋼脫氧工藝的探討[J].世界有色金屬，2017（4）：35-36.

[2]徐偉.轉爐煉鋼脫氧工藝的優化研究[J].工程技術，2016（11）：49.

[3]趙家七，鄒長東，耿濤，等.爐渣脫氧改質工藝對鋁鎮靜硅鋼總氧含量的影響[J].煉鋼，2016，32（2）：12-17.

[4]孟慶龍，汪紅有，楊麗.煉鋼脫氧新材料鋼砂鋁的應用[J].河北冶金，2016（5）：48-49.

[5]尹文祥，王偉.對煉鋼生產中轉爐煉鋼脫氧工藝的探討[J].科技尚品，2016（1）：32.

[6]杜增路.對煉鋼生產中轉爐煉鋼脫氧工藝的探討[J].世界有色金屬，2017（4）：35-36.