炼钢生产中转炉炼钢脱氧工艺分析

炼钢生产中转炉炼钢脱氧工艺分析

白亚卿

河钢邯钢邯宝炼钢 河北邯郸 056015

摘要：由于世界各地的钢厂之间竞争激烈，各钢铁企业不断地、逐步地增加资本支出和质量管理。利用最新的技术和工艺改进产品，降低投资成本，这也是钢铁企业在提高产品竞争力阶段的一个重要目标。在目前的钢铁生产过程中，在转炉炼铁中不可避免地会产生氧气，因此有必要了解氧气在钢铁冶金中的有害作用，实施合理的脱氧方案，引进合理的脱氧技术，提高有效脱氧效果。

关键词：炼钢生产；转炉炼钢；脱氧工艺

1炼钢生产中氧的产生及其危害

冶炼钢水中的氧气主要是由溶解的非金属氧形成的，并且在钢铁生产过程中的加热和吹氧炼铁阶段会产生。去除钢水中的重金属元素如碳、磷、硅和锰都需要使用空气氧化反应来实现，空气与杂质结合形成氧化合物，从而使杂质完全溶解。然而，钢水中缺乏氧气可能会引起问题。当钢水中的成分被氧化，杂质浓度降低时，钢水中的氧含量开始增加。然而，在钢水尚未被脱氧之前，高氧浓度的氧化物和冷却过程中的化学反应会导致奥氏体晶界处的铁氧化物大部分分解，阻碍了连铸钢坯的凝固结构形成。这会影响钢的质量，降低成型性，并导致钢的热脆性和进一步氧化。同时，钢水中的氧含量会促进硫的降解，并与其他化合物反应，形成氧化物杂质，渗透到钢中，从而降低其热力学性能。当钢水凝固时，溶解氧和碳会发生化学反应，产生CO气泡，而这些气泡分解后会导致铁流沸腾。铁流中的氧气浓度越高，产生的CO气泡就越多，沸腾的时间也就越长。根据沸点和脱氧技术的能力，钢水可以分为沉淀、半沉淀和沸腾钢。这些钢水会产生大量的CO气泡，使得钢锭中气体含量增加，结构变松散，热容量和硬度减小。因此，为了提高钢的质量，需要进行充分的除氧处理，以控制铸铁流中的氧饱和度，避免钢水中氧的传递，防止铁流沸腾。

2炼钢生产中转炉炼钢脱氧工艺的重要性

（1）脱氧处理。转炉炼钢脱氧工艺的主要作用是通过加入脱氧剂，如铝、硅等，将钢液中的氧气以及其他有害杂质氧化物迅速还原，从而降低钢液中的氧含量。脱氧处理可以有效地减少钢中气体的含量，改善钢的质量，提高钢的纯净度和均匀性。（2）合金调节。转炉炼钢脱氧工艺还可用于对钢液进行合金调节。在脱氧过程中，可以根据需要加入不同的合金元素，如锰、钛、铌等，来改变钢液中的组织和性能。通过合金调节，可以调整钢液的化学成分，提高钢的特性，满足不同的使用要求。（3）脱硫与脱磷。转炉炼钢脱氧工艺还可以用于钢液的脱硫和脱磷处理。通过加入适当的脱硫剂和脱磷剂，可以有效地降低钢液中的硫和磷含量，减少这些有害元素对钢的影响，提高钢的纯净度和耐腐蚀性。（4）能耗控制。转炉炼钢脱氧工艺还可以通过调整燃料和氧气的供给，控制转炉炉温和气氛，实现能耗的有效控制。合理的能耗控制可以提高炼钢效率，降低能源消耗，减少炼钢过程中的环境影响。

3转炉炼钢脱氧工艺分析

3.1沉淀脱氧工艺

当沉淀脱氧工艺应用时，脱氧剂的种类和使用对脱氧工艺有决定性的影响。随着脱氧理论的不断深入和转炉、冶金钢的使用，脱氧技术，特别是以钙为基础的沉淀脱氧技术，在目前的工业生产技术中得到了应用，取得了较为明显的脱氧效果，使脱氧效益得到提高。（1）钙系脱氧剂的研究。钙系脱氧剂的主要成分是钙、碳、硅、钡、铼和铝等。如果将原钢的性能与钙系脱氧剂的各种成分很好地结合起来，可以改善脱氧剂与吸氧剂的结合，达到优良的脱氧效果。（2）研究钙系脱氧剂的作用机理。钙作为主族的第二种元素，比其他元素具有更广泛的潜力。钡也与碳酸钙同属微量元素，具有良好的氧化性；硅钡与铝混合在硅铁中可获得氧化作用。钙和钡的平均摩尔比为1.00∶3.43，这意味着需要3.43kg的钡达到与上述过程中除去相同数量的金属氧化物后加入1000g碳酸钙时相同的脱氧效果。然而，碳酸钙在钢中的溶解度相对较低，在1600℃时高于0.3%，而且它不会直接溶解于固体铁。此外，1600℃时碳酸钙在钢中的最大蒸汽压力是大气压力的两倍，因此碳酸钙产品的最大蒸汽压力很高，使用碳酸钙作为脱氧剂的成本很高，不能提高钢铁工业的效率。因此，为了达到高氧化效果，提高氧化剂的质量，应该提高碳酸钙在钢中的溶解度。这种方法可以与在碳酸钙中加入一定量的硅和碳等元素来提高碳酸钙在钢中的溶解度的方法相结合。

3.2普碳钢脱氧工艺

对于通过碳钢的氧化工艺进行炼钢生产，要遵循以下过程：（1）在氧化过程的第一阶段，在转炉产品中加入相对便宜的气体以增加碳含量。（2）在硅铁和硅锰合金的共同作用下，氧化过程和脱氧合金化过程应依次进行。（3）深层次的氧化过程是在氩气炉中进行的，如果钢是在转炉中生产的，而回旋转炉中的光洁度超过0.05%，则应在钢液填满炉底时加入碳化剂，仔细监测碳化剂的溶解状态和钢包翻腾状态，并检查相应的硅铁和硅锰合金，确保质量符合规范。事实上，如果在检查后加入脱氧合金，可以直接加工，但如果回旋转炉的最终产品小于或大于0.05%，相应的硅铁和硅锰合金是在加工超过20%的钢后加入的，增碳材料和其他原料应按工艺提前氧化。在加工结束后，它们被送回转机炉，完成脱氧合金化过程。吹氩过程中在强度和时间上按照规范严格控制，设备的完整性得到保证。假设在脱氧过程之前使用增碳剂可以生产出高碳的钢，并且使用生产成本较低的硅铁进行脱氧，那么与之前使用的方法相比，脱氧过程优化步骤的经济优势是相当大的，可以通过提高脱氧过程的安全性和稳定性以及减少脱氧时间的方法实现普通碳钢的脱氧。

3.3真空脱氧工艺

真空氧化法是用抽空氧气的方法提供最大程度的真空，将待处理的钢液置于高真空条件下，破坏碳氧状态，催化碳和氧的化学交换，快速释放出一氧化碳和钢液，完成氧化过程。在低碳氧化过程中加入适当的放射性气体，也可以促进钢铁的燃烧，在整个低碳氧气形成的化学步骤中发挥催化作用。气体中CO的分解也有助于加速钢铁的碳化，并在低碳氧的整个化学步骤中起到催化作用。气体中的CO分解可以加速钢的碳化，减少钢的劣化。空气中的CO分解还可以通过促进钢材混合和提供更好的化学现象来提高氧化过程的质量，并可以通过减少氧化剂和二氧化硅的用量来减少氧化过程的投资量。一些工业生产过程中使用的技术更为简单，这意味着其他生产过程，如大转炉或电炉，被认为是改善和保证钢铁产品质量的最佳途径。

3.4扩散脱氧工艺

扩散脱氧的主要方法是将脱氧剂直接注入炉渣中，即利用化学反应减少炉渣中的氧化铁量，使氧化铁按分布规律从钢中转移到原炉渣中。因此，当氧化铁被人为减少时，钢中的氧化铁就会转移到炉渣中。然而，钢中的碳浓度并不是熔池氧气浓度的最重要因素，但焊渣中产生的氧化铁量决定了熔池中的氧气浓度。这种效果可以通过在焊渣中加入减少氧化铁含量的金属混合物或直接加入到钢容器中混合的钢水中来实现。因此，扩散除氧主要有两种类型：炉内脱氧和钢桶脱氧。在炉内脱氧中，氧化剂直接添加到炉渣中，需要结合金属材料，如碳、镁和硅，在炉内氧化也会使金属中的氧化产物减少，合金元素和氧化剂损失明显减少。然而，这种方法有缺点，如扩散速度低，整体生产效率低，炉衬寿命短。如果使用强氧化剂，磷的生物利用率也较高，强氧化剂与钢的质量和炼钢工艺的氧浓度极限密切相关，因此，炼钢工艺应根据氧浓度的风险对炼铁生产设定一定的极限。

4结语

炼铁产品的质量取决于炼铁生产过程中对氧浓度的有效控制，因此，炼铁生产过程中氧气浓度的控制应特别以最大允许的氧气浓度为基础。本研究介绍脱氧技术及其在转炉生产工艺中的具体应用等问题，从而提高转炉生产炼铁效果，有效提高脱氧效果。

参考文献

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[2]张波.浅析炼钢生产的转炉炼钢脱氧工艺[J].冶金管理，2023（1）：35-36.