对炼钢生产中转炉炼钢脱氧工艺的分析

对炼钢生产中转炉炼钢脱氧工艺的分析

葛科虔

中天钢铁集团有限公司 江苏省常州市 213000

摘要：我国钢铁产业在炼钢过程中，应用最为广泛的炼钢方法当属转炉脱氧炼钢，炼出的钢产品质量与转炉终点的氧气含量关系密切，理论上无氧环境最佳，但是实际炼钢过程中很难不产生氧气。因此，本文主要研究的是在炼钢生产中主要的脱氧工艺，通过文章的研究得知，目前脱氧工艺包括沉淀、扩散和真空脱氧法，通过使用和不断完善上述三种脱氧工艺，将为我国钢铁产业的发展作出一定贡献。

关键词：转炉炼钢；脱氧工艺；沉淀脱氧

前言：在转炉炼钢的过程中，产生的氧气不仅会影响到钢产品本身的质量，还会影响到钢厂的实际生产效益，一些营销状况不好的钢厂甚至会破产倒闭。为此，必须高度重视氧气对钢产品质量产生的损害，在转炉炼钢的过程中选择适合的脱氧工艺，这样可以将氧气对钢产品质量产生的危害降到最低，尽可能提高钢厂的生产质量和效益，这对于钢厂未来的发展具有十分重要的意义。

1. 转炉冶炼概述

在高炉高温状态下氧化处理生铁，使生铁内碳元素的含量得到控制并逐渐降低就是转炉冶炼。生铁与钢材在碳含量和熔点上差距都十分悬殊，生铁熔点低于钢材，含碳量高于钢材。在转炉炼钢中产出的钢材含碳量较低，因此韧度较高，可塑性强，但缺陷是硬度不高，这种低碳钢可以在硬度需求不高的构件中广泛应用。

图1 钢厂转炉炼钢过程

2. 转炉炼钢中氧的产生及危害

在炼钢过程中，钢液中的氧气主要有两种形态：一是溶解氧气；二是非金属夹杂物，在吹氧炼钢的过程中，会产生氧基本，包括吹氧炼钢在内，任何炼钢方法都是清除钢液中的化学杂质，尤其是含有氧的化学杂质（碳C、磷P、锰Mn），其中的氧气会发生氧化反应，使氧气和杂质纠缠在一起，进而形成新氧化合物，杂质自然就被析出。

炼钢的钢液必然含氧，在吹氧炼钢的过程中，钢液不断产生氧化反应，同时，杂质含量不断降低，此消彼长，钢液中氧气含量逐渐攀升，此时必须在钢液中彻底处理氧气问题，以免在钢液凝固之后，氧与钢经反应形成结晶和氧化亚铁（FeO），氧化亚铁会对钢材造成致命影响，不仅会使钢坯损坏，还会使钢材热脆和氧化。氧在钢液中必然会与其他杂质发生化学反应，含氧量越多，反应越剧烈，产生的氧化杂质越多，进而使钢材质量受到严重影响。

转炉炼钢后期，钢液逐渐冷凝，此时，钢液中的溶解氧会与碳元素发生反应，进而形成一种气泡类的物质，主要成分是一氧化碳，一氧化碳会与钢液发生反应，使钢液出现沸腾。沸腾现象的剧烈程度与氧含量成正比，每次炼钢时，钢液的脱氧程度不一，从而产生的沸腾也差异颇大，以沸腾状况为划分依据，可将钢材划分为沸腾钢、镇静钢和夹杂在两者之间的半镇静钢。钢材的强度会因一氧化碳气泡的存在而降低，为了提高脱氧效果，降低氧含量，必须选用科学的脱氧方法处理钢液。

图2 炼钢过程中钢液

3. 炼钢生产中转炉炼钢脱氧工艺应用分析

现阶段，转炉炼钢的脱氧工艺无外乎三种，沉淀、扩散和真空，这三种工艺都需要重要原材料——脱氧剂，硅（Si）、铝（AI）和锰（Mn）是其主要原料，脱氧剂可以与钢液内的氧气发生化学反应以固定住氧气，进而脱氧。钢液脱氧的效果与脱氧剂材料有很大关联，比如，铝脱氧剂就要由于锰脱氧剂，因此沸腾钢的处理需要锰脱氧剂，而镇静钢脱氧需要铝脱氧剂。为尽可能提升脱氧效果，提高钢材质量，需要立足实际，配置脱氧剂^[1]。

1. 1. 沉淀脱氧法

脱氧剂沉淀脱氧过程中会产生较大的效果，为进一步提升脱氧效果，专业领域内进行了大量的实践和研究，不断优化原先的脱氧工艺，在原有脱氧剂的基础上，研究出了使用钙系脱氧剂的沉淀脱氧工艺。

（1）理化成分是钙系脱氧剂中典型的成分，具体为碳（C）、钙（Ca）、铝（AI）、铼（Re）和钡（Ba），提升钙系脱氧剂脱氧效果需要对这些成分进行科学配比和合理使用。

（2）钙系脱氧剂的工作原理

与钙系脱氧剂中的其他元素相比，钙元素的结核性更优越，作为与钙同族的钡元素，其脱氧效果十分优异，为了进一步增强脱氧剂的脱氧能力，一般情况下会在硅铝铁内加入钡元素，这样就可以生成硅铝钡。钡的脱氧能力与氧相比处于劣势的位置，这一点可以在钙元素和钡元素的摩尔质量上得到很好体现，钡∶钙=3.43∶1，即使用3.43kg的钡才能达到1kg钙的脱氧效果。但这不意味钙是完美无缺的脱氧元素，钙的熔点非常高，溶解度非常差，在一些固体钙中几乎没有溶解性的存在。此外，钙元素蒸气压较大，因此，在脱氧剂中仅用钙元素将消耗大量脱氧剂，这会大幅提升脱氧成本，反而不利于钢厂提高经济效益^[2]。为此，要兼顾脱氧剂的脱氧效果和生产成本、经济效益，将钢液内钙元素的溶解度加大，减少钙元素的消耗量，可以通过在钙剂中加入铝、硅和碳元素这一方法。

3.2扩散脱氧法

扩散脱氧即利用钢液内氧化亚铁与炉渣内的脱氧剂产生反应，进而将钢液中氧化亚铁扩散至炉渣中，钢液中的氧化亚铁含量降低就会提升钢产品的质量，扩散脱氧法普遍应用于炉外精炼的过程，可以起到很好的脱氧效果，但是这种方法也存在局限性，在脱氧时需要的时间太长，为提升脱氧速度，还需使用吹氩搅拌方式

^[3]。

3.3真空脱氧法

真空脱氧法即置钢液于真空状态下，以打破钢液中碳与氧之间的平衡，使碳与氧之间反应得以增加形成一氧化碳，一氧化碳的存在会提高脱氧作用，为增加一氧化碳还可以在钢液中吹进氩气并搅拌。利用真空脱氧法在钢液中生成的一氧化碳其本身的存在不会对钢液产生污染，一氧化碳气泡会促成搅拌效果的提升，加强脱氧效果。同时，一氧化碳的存在将减少石灰和脱氧剂的使用，减少成本，为钢厂减轻压力。

结束语：综上所述，每一种应用于转炉炼钢中的脱氧方法都各有优劣，在选择脱氧工艺时，最重要的就是坚持立足实际，对炼钢过程全面且充分地考虑，选择最适用的脱氧方法，在尽可能减少使用成本的基础上创造出更好的脱氧效果，进而提升钢材的质量，提高钢厂的经济效益。

参考文献：

[1]刘哲. 转炉炼钢煤脱氧工艺浅析[J]. 中国金属通报， 2019, 000(008):21-22.

[2]夏雪生. 炼钢脱氧工艺及夹杂物控制措施分析[J]. 冶金与材料， 2019(5).

[3]任云婵. 转炉炼钢脱氧工艺探讨[J]. 南方农机， 2019, v.50;No.328(12):199-199.