鋼鐵產(chǎn)品冶煉中砷含量的控制措施探析

李淑清

（遼寧冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 本溪 117022）

砷在自然界的存在是十分廣泛的，相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的礦物質(zhì)中，含有砷元素的礦物質(zhì)已有數(shù)百種。由于砷元素中含有較大的毒性，常常被用于殺蟲劑，除草劑等化合物中。而對于鋼鐵產(chǎn)品中存在的砷元素則多來源于鐵礦石，再生鐵和廢鋼，屬于鋼鐵產(chǎn)品中十分常見的有害殘留元素。不僅如此，砷在鋼鐵產(chǎn)品中的殘留量超過一定標準后，將嚴重影響鋼鐵產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，特別是鋼產(chǎn)品，由于存在砷，鋼的抗拉強度和硬度增加，韌性和鍛造特性降低，并且鋼的脆性降低，增加鋼中的砷含量會降低鋼的韌性，增加鋼的脆性，并形成強烈的偏析，因此，降低砷在鋼鐵產(chǎn)品冶煉中的含量是十分重要的[1]。

1 砷含量對鋼鐵性能的影響

為了對鋼鐵產(chǎn)品冶煉中砷含量的有效控制措施進行探究，首先需要對砷含量的多少對于鋼鐵的性能的影響有所了解，下文將對砷對鋼鐵產(chǎn)品機械性能的影響和砷對鋼鐵產(chǎn)品金相組織的影響進行分析。

1.1 砷對鋼鐵產(chǎn)品機械性能的影響

首先，在砷對鋼鐵產(chǎn)品機械性能的影響方面，通常狀況下在一定范圍內(nèi)，鋼鐵產(chǎn)品中殘留一定含量的砷，可以適當(dāng)?shù)奶岣咪撹F產(chǎn)品的抗拉強度，提高屈服強度，對提高鋼鐵產(chǎn)品的延伸程度具有一定的效果。除此之外，還能夠改變鋼鐵產(chǎn)品應(yīng)變實效敏感性的傾向，對室溫下的低沖擊韌性和鋼粘度影響小。

1.2 砷對鋼鐵產(chǎn)品金相組織的影響

在砷對鋼鐵產(chǎn)品機械性能的影響方面，砷是一種鐵素體形成元素，可溶于鐵素體。當(dāng)砷含量相對較高時，砷的摻入顯著降低了鐵素體中的碳。與此同時，砷也會促使合金結(jié)構(gòu)中碳化物的組成產(chǎn)生。當(dāng)砷含量約為0.144%時，鋼的金相組織將產(chǎn)生一定的改變。

綜上所述，首先由于砷在鋼鐵產(chǎn)品中殘留的含量能夠?qū)︿撹F的性能產(chǎn)生一定的影響，因此在冶煉的過程中則需要對其進行相應(yīng)的控制。現(xiàn)階段，砷含量對鋼鐵產(chǎn)品相關(guān)性能的影響的研究相對較少，砷含量監(jiān)測也較為簡單，因此，對砷含量在鋼鐵產(chǎn)品中的控制仍需要進行進一步的分析和探究。

2 鋼中砷對鋼材性能的影響

2.1 砷在鋼材中的富集行為及其對裂紋缺陷的影響

砷具有較低的熔點，當(dāng)溫度達到800℃時砷開始出現(xiàn)熔化，它的氧化電位低于鐵的氧化電位，很容易在晶界處將其隔離。它在鐵氧化之前溶解在鋼基體中。在連續(xù)冷卻連續(xù)鑄造期間，砷在γ-晶粒界面處釋放，并且鐵的優(yōu)選氧化速率顯著高于砷向基質(zhì)中的擴散速率。砷沉積在一層氧化鐵和一層鋼基體之間，在連續(xù)鑄造的鑄錠表面逐漸富集，形成具有低熔點的富集相。影響坯料和連鑄材料中砷產(chǎn)生富集行為的原因是各種各樣的，例如，鋼基體中的砷含量，爐內(nèi)加熱的溫度等等。鋼中的砷降低了所得熔融相的熔點，導(dǎo)致熔融相在晶界方向上擴散并破壞了晶界的連續(xù)性。在實際生產(chǎn)過程中，在冷態(tài)下連續(xù)鑄造工件的生產(chǎn)過程基本上可以避免砷和銅的高溫富集范圍，并顯著降低熱軋板上微裂紋的發(fā)生頻率[2,3]。

2.2 對鋼熱塑性的影響

數(shù)據(jù)顯示，在35Mn鋼中加入砷。利用具有拉伸應(yīng)力和30MPa的壓縮應(yīng)力的Gleeble試驗機檢查砷對試驗鋼的熱塑性的影響，可以知道當(dāng)w（As）為0.029%～0.098%，當(dāng)溫度保持在1100 ℃以下時，砷對待測鋼的熱塑性幾乎沒有影響。但是，當(dāng)溫度達到1100℃以上時，所研究的鋼的熱塑性隨著砷含量的增加而顯著降低。由此可以證明，鋼材中殘留的砷含量超過鐵中的標準的溶解度時，在氧化物層和金屬界面之間形成液相。在熱加工過程中拉伸應(yīng)力的作用下，這些液相將潤濕晶界并形成熱表面脆性裂紋。

2.3 對鋼材其它性能的影響

一些專家使用線性回歸分析了砷對60Si2MnA鋼力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果顯示，砷含量與抗拉強度，屈服強度和破壞后的伸長率之間具有規(guī)律性的線性關(guān)系。隨著砷含量的增加，拉伸強度和屈服強度有所增加，但在失效后的伸長率降低。數(shù)據(jù)表明，鋼中砷濃度梯度不同的樣品經(jīng)過熱加工和沖擊拉伸試驗，砷對提高9Cr2Mo鋼的強度不是很有效，但對鋼的韌性有顯著影響，回火溫度越高，下降越明顯。

3 鋼鐵產(chǎn)品冶煉中砷含量的有效控制措施

在冶金和鋼鐵生產(chǎn)的現(xiàn)代條件下，砷大多沒有被去除，并且在冶煉過程中富集，特別是在二次鋼加工過程中，這降低了鋼的性能特征。因此，研究砷對鋼的性能的影響，找出鋼中砷含量的允許范圍，避免鋼的性能惡化，具有重要的現(xiàn)實意義。下文中將對鋼鐵產(chǎn)品冶煉中砷含量的有效控制措施進行詳細的分析和介紹：

3.1 控制原鐵礦中的含砷量

首先，為了對鋼鐵產(chǎn)品冶煉中砷含量進行有效控制，在進行鋼鐵產(chǎn)品冶煉之前，應(yīng)當(dāng)掌握并依據(jù)鋼鐵冶煉的具體工藝和經(jīng)濟條件，最好是能夠選擇含砷量較低的原鐵礦石，以便更加有效減少冶煉過程中砷在鋼鐵產(chǎn)品的殘留量，從源頭上，降低高砷含量對鋼鐵產(chǎn)品性能產(chǎn)生影響的可能性。

3.2 對高砷礦進行燒結(jié)工藝處理

為了對鋼鐵產(chǎn)品冶煉中砷含量進行有效控制，可以選擇對高砷礦進行燒結(jié)工藝處理。這一方法采用燒結(jié)工藝，可以在鋼鐵冶煉過程中有效地減少砷的殘留，控制鋼鐵冶煉過程中的砷含量，采用適當(dāng)?shù)臒Y(jié)工藝，嚴格控制燒結(jié)工藝的環(huán)節(jié)，具有十分重要的意義。鋼的燒結(jié)過程如下：首先，通過添加各種粉狀鐵礦石及適量的助熔劑和燃料進行燒結(jié)制備，在燒結(jié)過程中可以選擇添加一定量的白云石，有助于保證燒結(jié)過程的質(zhì)量。除此之外，適量的混合水能夠幫助獲得中等尺寸的燒結(jié)混合物，對確保燒結(jié)礦的質(zhì)量和提高產(chǎn)量起著重要作用；其次，在燒結(jié)操作中，燒結(jié)操作分為織物，點火，燒結(jié)等環(huán)節(jié)，該混合物用作另外的底部材料，按照20mm～25mm厚的小塊燒結(jié)礦。現(xiàn)階段，用于分配圓輥的機器的織物是最常見的，并且容易進行點火，操作較為簡單。在操作期間，確保足夠的點火溫度，并且通常將點火溫度調(diào)節(jié)在1250℃±50℃。

3.3 嚴格的控制冶煉條件

為了對鋼鐵產(chǎn)品冶煉中砷含量進行有效控制措施，還需要嚴格的控制冶煉條件。在進行鋼鐵冶煉的實際操作工程中，在鋼鐵冶煉過程中，每批廢鋼和還原劑含量略有變化，砷含量相對固定，但在冶煉過程中，鋼中砷含量較高。在控制鋼中的砷方面起著重要作用。為了嚴格控制熔化條件，必須從以下幾個方面進行操作：首先，要合理控制能耗：在成型電爐中，變壓器的輸入功率越大，反應(yīng)熱量越低，電路的熱效率越低。熔點可以通過增加每單位電荷的功率輸入提供，并增加在低壓變壓器熔化操作時間的功率因數(shù)必須被降低盡可能的，即熔融速度應(yīng)增加和鋼熔融和精煉加強最早階段。第二，省去熔煉爐的種類，盡量減少爐渣的表面積，采取適當(dāng)?shù)拇胧┨钛a爐壁深度侵蝕的區(qū)域，然后盡量減少套管，確保冶煉效率。第三，降低電弧引起的熱量損失和停止加熱的時間，確保適當(dāng)?shù)碾姌O插入深度，最大限度的利用泡沫渣的阻力特性，在鐵生產(chǎn)期間保持活性爐渣表面，以便能夠更好的保證鋼鐵產(chǎn)品的質(zhì)量。

4 結(jié)語

關(guān)于砷含量對特定鋼種相關(guān)性能的影響，在已知范圍內(nèi)，很大一部分大鋼種的w（As）按GB700-88規(guī)定的0.08%的最高標準進行控制，同時還存在一部分的鋼鐵產(chǎn)品對砷含量進行單獨控制，因此，有必要對砷含量對鋼的性質(zhì)的影響進行系統(tǒng)研究，以確定各類鋼鐵產(chǎn)品中的適當(dāng)砷元素的含量的控制。相關(guān)人員在進行冶煉鋼鐵產(chǎn)品的實際操作過程中，砷元素的含量存在對鋼鐵產(chǎn)品的特性產(chǎn)生一定影響的可能性，因此，監(jiān)測冶煉過程中砷的含量對確保鋼鐵產(chǎn)品的特性起著重要作用。分析冶煉鋼鐵產(chǎn)品中砷的趨勢，能夠為更加有效地控制鋼鐵冶煉過程中的砷含量提供依據(jù)，并采用適當(dāng)?shù)目刂拼胧_保冶煉鋼鐵產(chǎn)品中的砷含量。在鋼鐵產(chǎn)品進行冶煉的實際操作過程中，每批廢鋼和還原劑的變化很小，因此，其中砷元素的含量的數(shù)值相對穩(wěn)定，但在冶煉過程中，鋼中砷含量頻繁變化，通過穩(wěn)定冶煉操作和設(shè)備操作條件，控制冶煉條件對控制鋼中砷含量起著重要作用。由此可以采用控制原鐵礦中的含砷量，對高砷礦進行燒結(jié)工藝處理，嚴格的控制冶煉條件，富渣操作， 控制鋼鐵產(chǎn)品中的硅含量等方法進行具體的操作。