中頻爐煉鋼脫氧的控制與應用

鄧文波

摘 要 鋼水中的氧含量過高在鑄鋼件中會形成氣孔，產生非金屬夾雜物，同時會加劇鑄鋼件的熱裂傾向。本文通過對鋼水的熔煉、出鋼和澆筑過程中影響氧含量的因素進行了分析，并提出一些脫氧工藝的優化。在降低生產成本，降低鋼中氧含量的同時提高鑄鋼件的質量。

關鍵詞 鑄鋼件;中頻爐煉鋼;脫氧;工藝;控制

引言

隨著科學技術的不斷發展，鑄鋼件不斷更新換代，對鑄鋼件的質量要求也越來越高。而氧及其在鋼中的存在形式對鋼件性能有很大的影響[1]。進而鋼水脫氧工藝也在不斷發展，它是鑄造鑄鋼件中必不可少的精煉環節，其中脫氧劑的加入時間、種類、加入量的選擇至關重要，不但提高鋼件的質量，同時也是對成本的控制。

1氧的來源分析與控制

從進料、熔化、升溫、出鋼、澆注等整個生產過程，氧一直被吸收。我們普遍把出鋼時候的鋼水氧化叫二次氧化，那么在原材料的熔化和升溫等在中頻爐里的氧化叫一次氧化，在澆筑過程中的鋼水氧化叫三次氧化。

一次氧化過程中氧的來源為原材料帶入，主要是生銹的廢鋼和合金，及金屬材料中的不干凈物帶入，其次是熔化原材料和熔化完之后的升溫過程中，鋼水裸露在空氣中吸收空氣中的氧而氧化。為減少吸氧，必須確保原材料干凈、干燥，避免直接吸氧，同時在加料熔化的過程中，先加小塊厚料，待熔化到三分之一到二分之一時再加入薄料，不但可減少一次氧化的程度，同時可以加快原材料的熔化速度，提高生產效率。

二次氧化和三次氧化主要是在出鋼和澆注時鋼水裸露在空氣中，因高溫而迅速被燒損而吸氧。因此縮短出鋼時間和澆注時間可有效降低氧化程度，同時保持鋼流的圓柱形態，減少與空氣的接觸面積也可大幅降低鋼水氧化[1]。

2脫氧時間的選擇優化

根據三次氧化階段，脫氧時間可大致確定在以下幾個時間段：一是在所有原材料熔化完畢之后，化學成分化驗合格，溫度達到出鋼要求即可進行脫氧操作。此時間段脫氧的優點是利用鋼水在中頻爐中的沸騰，使鋼水脫氧均勻充分，并把脫氧產物帶到鋼渣下，被鋼渣吸收，降低鋼中的脫氧產物含量。此時間段脫氧是大部分鑄造廠所選擇的，也是一般對鑄件要求不高或沒有爐外精煉手段的鑄造廠所采用的脫氧方法。

二是在出鋼的過程中或鋼包進行脫氧。脫氧劑的加入可以是出鋼時加入鋼包中，也可以是在鋼水出到三分之一時加入，也可以是出完鋼水之后加入，加入時間不同，脫氧劑的有效利用率也不同。

以下是各時間段用純鋁脫氧效果統計[2]：

雖然在出鋼前進行脫氧的效果也不錯，但考慮到鋼水還要二次氧化和三次氧化，總體脫氧效果還略顯不足，但從成本上考慮，此法仍是一個不錯的選擇。目前通用的做法是出鋼1/3時進行脫氧，等鋼水出完之后，再進行底吹氬技術，充分地進行脫氧并把脫氧產物排到鋼水與保溫渣之間，有利于保溫渣吸收脫氧產物，凈化鋼水，提高鋼水的純凈度。

對要求更高、產量不大的鑄件，還可以在真空中進行澆注，避免鋼水的三次氧化[2]。

3脫氧劑種類與選用

金屬錳是一種比較弱的脫氧劑，錳脫氧時產生的MnO易溶于FeO中，可以形成一種MnO-FeO的共熔體。

用硅脫氧時，脫氧產物SiO2熔點為1710℃，在煉鋼溫度下呈固態。

用硅錳同時脫氧，生成的脫氧產物SiO2與MnO結合形成熔點較低的復合氧化物，一方面降低SiO2的活度，提高硅的脫氧能力，使鋼中氧含量降得更低，脫氧更完全，即錳提高了硅的脫氧能力，說明復合脫氧劑的脫氧能力比單一脫氧劑的脫氧能力強。另一方面生成的復合氧化物在煉鋼溫度下呈液態，從而使它們更易于聚集長大和上浮，有利于脫氧產物的排除。

基于復合脫氧有利于提高脫氧能力，同時形成的脫氧產物是復合化合物，易于上浮排除，于是人們開發出了一系列的復合脫氧劑，主要以硅鋁基、硅鈣基和硅鋇基的復合脫氧劑。

硅鋁基以Si-Al為主，再加入其他的少量金屬元素，如Mg、Ti、Zr、Re、Mn、V等，或者他們的兩種、三種的復合合金。目前以SiAlFe和SiAlBaFe合金使用最為廣泛。

硅鈣基以Si-Ca為主，再加入其他的少量金屬元素，如Mn、C、V等，或者它們的兩種、三種的復合合金。目前以SiCaCFe合金使用最為廣泛。

硅鋇基以Si-Ba為主，再加入其他的少量金屬元素，如Ca、Mn、C、V等，或者它們的三種、四種的復合合金。目前以SiCaBaFe合金使用最為廣泛。

采用硅鋁基脫氧劑，其中鋁對氧的親和力強，是作為終脫氧的主要成分。但是鋼中加入過多的鋁，會降低鋼水的流動性，在澆包水口中易“結瘤”，從而堵塞水口。

由于鈣與鋇有互溶性，從而提高鈣的脫氧能力，同時使用鈣鋇合金脫氧還可以防止鈣合金脫氧時易出現的爆炸、飛濺等現象。

4脫氧劑的加入量

復合脫氧劑的加入量視各工廠的工藝特點和鋼種牌號不同而定，大量的數據證明，使用復合脫氧劑中含有鈣與鋇的合金作用更好，含鋇量15%左右為宜。用于終脫氧的復合脫氧劑加入量一般為純鋁加入量70%，特殊情況下可加到純鋁量的1.2倍。

5結束語

總之，從各工序對氧進行嚴格控制，并在終脫氧時選擇合適的復合脫氧劑不但能提高鑄件的質量，還能降低生產成本。

（1）使用優質原材料和合金，減少材料帶入的夾雜，同時，材料必須烘烤干燥，防止水分隨材料進入。

（2）做好出鋼前的后期擋渣，減少鋼包中的渣量。

（3）選擇優質的脫氧劑及合適脫氧時間，改善夾雜物的形態以利于夾雜物積聚上浮而進入渣中。

（4）保證吹氬的時間和合適的供氣量以及一定的鋼水鎮定時間，促進鋼水中氣體和夾雜物上浮排出。

（5）保護澆鑄，防止鋼水的三次氧化。

參考文獻

[1] 李偉，倪紅衛，張華，等.鋼液脫氧工藝的發展狀況分析[J].過程工程學報，2009，9（x1）：443-447.

[2] 催濤.鋼液終脫氧綜述[J].煤礦機械，2006（5）：734-735.