煉鋼生產中脫氧工藝分析

梁金鵬

（甘肅酒鋼集團宏興鋼鐵股份有限公司安全環保處，甘肅 嘉峪關 735100）

1 氧的產生與危害

在煉鋼生產所產生的鋼液中，氧一般以非金屬夾雜物、溶解氧的形式存在，這種形式主要是由于煉鋼生產中原料的特殊性與吹氧煉鋼生產等造成的。在煉鋼生產中，無論采用何種生產方式，在去除鋼中雜質中，都需要借助于氧氣與這些元素的反應來實現，通過氧氣與雜質元素的反應，生成氧化反應物，析出雜質。在吹氧冶煉中，鋼液中氧的含量是隨著其他雜質元素的含量而變化的，二者成負向變化的關系，雜質含量低，鋼液中氧的含量反而較高，一旦沒有進行必要的脫氧處理，含氧量較高的鋼液在冷凝固中，氧會與鋼液產生化學反應，使得其析出FeO，這種反應現象大大降低了鋼產品的質量，使得鋼的塑性降低，極易出現熱脆現象，還會加大其氧化的概率。如果鋼液中含有的氧較多，還會加大硫的危害，使得氧可以與鋼液中的其他物質連續發生反應，形成氧化產物，這些氧化產物的出現大大降低了鋼產品的物理與化學性能。

2 脫氧技術的現狀

近年來，煉鋼生產中的轉爐煉鋼脫氧工藝中，鋁依然是最常用到的脫氧劑，但是其回收利用率在10%～25%之間，利用效率低，因此，大大提高了煉鋼生產企業的生產成本，有些煉鋼企業為了有效解決此類問題，逐步研發了一些鋁系的復合脫氧劑，比如硅鋁鐵、鋁錳鐵等。一般情況下，這些復合脫氧劑的密度要遠遠高于純鋁，將其倒入鋼液以后，有足夠的上浮時間，因此，能夠大大提高其回收利用效率，脫氧以后會形成低熔點的復合氧化物，因此，可以達到理想的脫氧效果。鋁脫氧以后，會產生大量的氧化鋁，這種物質的存在會大大降低鋼材的性能，尤其是鋼材的抗疲勞性能。

3 煉鋼生產中脫氧工藝

3.1 真空脫氧法

真空脫氧法需要使鋼液處于真空狀態下，打破原有鋼液中的碳氧平衡，使得在此過程中，碳元素可以與氧充分反應，生成一氧化碳，析出鋼液中，從而達到脫氧處理的目的。當RH爐真空度在1mbar時，理論上碳的脫氧能力大于鋁的脫氧能力，但實際上，由于RH處理過程中，鋼水與爐渣，及耐材等相接觸，后者會不斷向鋼水中供氧，使[O]升高，此外達平衡值需要很長時間。鑒于此，實際生產中，采用在較高的壓力下（低真空度），通過碳脫氧，將[O]降至一定水平后，再用鋁進行終脫氧，這樣既能節約了合金，又提高了質量。真空脫氧產物是一氧化碳，該物質對于鋼液的污染較小，而此過程中所析出的一氧化碳氣泡還可以使得反應更為充分，從而達到理想的脫氧效果。此種脫氧方式中，對于石灰與脫氧劑的使用較少，一定程度上實現了煉鋼成本的控制。

3.2 沉淀脫氧法

沉淀脫氧法的操作較為簡單，在鋼液中加入脫氧劑，使得脫氧劑可以與鋼液中的氧發生反應，從而達到脫氧的效果，在這種脫氧方式中，操作極為簡單，具有高效的優點，并且此脫氧工藝應用中對于冶煉時間等的影響較小。但是，這種脫氧處理中，對于脫氧產物的排除等的技術性要求較高，如果脫氧產物不能有效排除，就會鋼液繼續反應，從而造成鋼液的污染。沉淀脫氧法是指將脫氧劑直接加入鋼水，脫氧劑與氧結合生成穩定的氧化物，氧化物和鋼水分離不斷的上浮，降低鋼水的氧。鋼中的氧可以看做是以FeO的形式存在，凡是與氧的親和力大于FeO的元素，都能FeO中把氧置換出來，從而生成穩定的氧化物，從鋼水中分離出來，上浮到渣中，起到脫氧的作用。

酒鋼碳鋼薄板廠120噸轉爐生產過程采取沉淀脫氧的方法。卷板類產品一般采取Al脫氧的工藝，因為Al與氧的親和力大于Fe與氧的親和力，使用Al脫氧，可以將鋼水中的氧置換出來，生成Al2O3并上浮。轉爐出鋼過程加入脫氧合金(成分如表1)，達到沉淀脫氧的目的，現場隨機抽查100爐鋼水，對脫氧相關數據進行統計分析，具體情況如表2。

表1 脫氧合金的成分表

表2 脫氧數據統計表

通過鋁系合金的加入，可以計算出合金的收得率，反應出脫氧效果及脫氧深度。同時，對于轉爐底吹參數的優化，也可以有效降低鋼水的氧含量，降低脫氧合金的使用量，同時也可以根據轉爐爐齡合理調整轉爐底吹透氣磚流量，降低冶煉終點自由氧控制水平，進一步降低鋼終點氧含量，提高鋼水純凈度。

表3 精煉爐擴散脫氧數據

3.3 擴散脫氧法

擴散脫氧法需要在爐渣中添加脫氧劑，通過此種方式來降低爐渣中氧化鐵的含量，以實現氧化鐵從鋼液到爐渣中的轉移。比如通過人為操作實現氧化亞鐵含量的減少，從而使得鋼液中的氧化亞鐵的自動擴散。因此，從這個方面來講，鋼液中的碳含量并不是影響熔池中含氧量的主要因素，反而是爐渣中氧化鐵的含量才是決定熔池中含氧量的主因。

具體來講，可以將氧化鐵含量較低的合成渣放入鋼包中，使得其可以與鋼液等加以混合，實現氧化鐵的擴散。擴散脫氧又可以分為爐內與鋼包脫氧兩種。前者主要是指在爐渣中添加脫氧劑，這種脫氧方式的優勢在于其對于鋼液所產生的污染較小，避免了對合金元素、脫氧劑等的燒損現象，但是，該種脫氧方式的擴散慢、效率低、爐襯壽命短。

目前酒鋼碳鋼薄板廠精煉爐脫氧工藝主要采用復合脫氧工藝，即擴散脫氧和沉淀脫氧相結合的方式進行鋼水精煉處理，通過采用：渣中氧化鐵+鋼渣改制劑/鋼中Als的方式進行精煉脫氧。根據現場實際生產情況，通過優化脫氧工藝，低碳鋼生產以沉淀脫氧為主，擴散脫氧為輔，中碳鋼提高鋼渣改制劑使用比例，擴散脫氧劑以改質剤為主，鋼中Als為輔。對現場隨機抽樣100爐鋼水進行數據統計分析，精煉爐通過采用擴散脫氧精煉方式，鋼水質量滿足要求。具體數據如表3。

4 結束語

就脫氧工藝而言，三種脫氧方式各有各的優點與缺點，在實際的脫氧工藝選擇上，各個煉鋼企業需要結合自身生產的實際情況，選擇對自身而言效益最好的脫氧方式，以提升煉鋼企業的生產水平，實現其經濟社會效益。