浅析炼钢生产的转炉炼钢脱氧工艺

浅析炼钢生产的转炉炼钢脱氧工艺

李乾文，张志辉

新疆天山钢铁巴州有限公司   新疆巴音郭楞   841300

摘要：伴随着我国生产与消费的持续增长，我国钢资源数量也呈现出了持续增加的趋势。在转炉炼钢过程中会产生大量的氧气，影响钢的生产质量和炼钢企业的生产效率，不利于提高企业的竞争力。因此，要深入研究转炉炼钢脱氧工艺，进一步提高工艺水平，有效保障炼钢质量。本文主要分析了炼钢生产的转炉炼钢脱氧工艺对生产起到的参考作用，以期推动我国炼钢行业的健康发展。

关键词：炼钢生产；转炉；炼钢；脱氧工艺

引言

面对世界钢铁企业的剧烈竞争，各钢铁企业不断地逐步提高投资成本和质量管理。通过运用最先进的科技和工艺改善产品，以减少投资成本，已成为现阶段钢铁企业增强产品竞争力的重点。在转炉炼铁的实际生产过程中，氧的产生是必然的。因此，有必要认识氧对炼钢冶金和钢铁生产的危害性，并掌握合理的脱氧方案，进而合理地采用和脱氧工艺技术，以增加脱氧处理的实际效果。

1转炉炼钢的原理及优点

转炉炼铁所使用的主要机械是旋转炉设备。旋转炉的形状近似于鸭梨，里面是由燃料气体混合物所组成的炉壁，炉体能够在 360°内任何方向转动。炼铁所需要的主要原料是铁水的废钢，而转炉炼铁的全部吹炼步骤都是抗氧化反应，主要工作应该分为：脱碳、脱磷、脱硫、脱氧以除去危险空气和杂物等，增加温度和改变成分。在吹炼期间的铁水温度和成分作业中需要运用热平衡方法和加白灰、轻烧公式，对冶炼钢渣体系生成适当的 pH 值和氧化镁以合理的比例去除C、P、S 等，并使熔炼结果能够获得最理想的出钢温度和成分条件。因为在吹炼阶段中，顶吹空气与高炉内铁水、废钢等进行了强烈的化学氧化反应，最后产生铁流所充氧量无法达到钢材的品质要求，所以在出钢阶段中必须开展脱氧合金化技术来改善钢材的性能，以满足炼钢的需要。

2脱氧技术的现状

在熔炼的情况下，最早出来的脱氧物就是硅，即硅的制造导致镇静钢的出现。但是，由于硅的脱氧能力降低，易产生不完全脱氧，从而在金属中产生了大量的金属泡沫。在用脱氧硅时，也会产生大量的硅盐酸并掺入钢材中，这对原材料钢的使用也有重要影响。但是，在脱氧过程中所形成的 CO 2 的化学特性更倾向于强酸物质，这导致了钢溶液中的硫和硫的大量回收。到了 20 世纪 30 年代，由于它在电解铝工艺技术以及其他有关科技上的革新方面已经越来越完善，而且氧化铝陶瓷生产的经济成本又相对较低。因此，铝脱氧技术很快就诞生了，并在一定程度上推动了我国冶金钢铁中脱氧的科技革命。用氧化铝制造了脱氧剂，表明氧化铝陶瓷具备很高的脱氧性能，而且还能够大大消除钢铁水中的金属氧化。与铝脱氧比较，脱氧化铝不但能够明显提高脱氧效果，同时也能够有效减少钢中 SiO 2 的浓度。而且，因为氧化铝陶瓷是中性的，它既不影响钢渣的 pH 值，也不引起风量控制水中的磷或硫反向流动。所以目前，氧化铝陶瓷仍是我国及国内钢厂所采用的主力脱氧剂。但是，因为氧化铝的总体比重非常大无法使用最合理的用途，整个工业炼铁的成本就急剧上升了。为更合理地增加氧化铝陶瓷的利用率，人们生产了与氧化铝陶瓷有关的硅铝铁、铝锰铁、硅铝钡等复合脱氧剂。和氧化铝陶瓷比较，复合氧化剂的整体密度较纯氧化铝大，利用率也提高。同时，由于脱氧化物后复合氧化剂的误差温度也相对较低，因此剥离比较方便。

3炼钢生产的转炉炼钢脱氧工艺

3.1沉淀脱氧

在沉淀脱氧法的使用过程中，对脱氧过程起到决定性影响的是脱氧剂的种类和应用。随着转炉和冶金钢铁除氧相关理论和应用的不断深入，在实际工业生产工程中进行了对除氧技术的有效优化，特别是采用钙为脱氧剂为核心的沉淀除氧技术，获得了更加突出的脱氧效益。1）钙系脱氧剂的研究。钙系脱氧剂的主要成分，包括了钙、碳、硅、钡、铼、铝等，如果按照生钢的性质，对钙系脱氧剂的各种成分进行了适当配合后，将能够提高脱氧剂与氧结合度，进而实现了很好的脱氧作用。2）钙系脱氧剂工作机制的研究。作为第二个主族元素，钙相对于其他微量元素拥有着更强大的综合能力。钡同时也是在碳酸钙的同族微量元素中有着很好脱氧作用的一种微量元素，利用把钡掺杂到硅铝铁中所形成的硅铝钡，就能够得到除氧特性。但是与碳酸钙生产过程一样，钡的除氧力也就比较弱了，如1.00∶3.43 的钙与钡的平均摩尔质量比，就代表了当去掉以上工艺中相同量的金属氧化物以后，若要获得与加入 1 000 g 碳酸钙之后所产生相同的除氧效应，则需要 3.43 kg的钡。不过，因为在钢液中碳酸钙溶解度相当小，在 1 600 ℃的钢液中碳酸钙也只可以超过0.3%的溶解度，同时碳酸钙也并不可直接溶于固体铁中。此外，在 1 600 ℃钢液中，碳酸钙的最大蒸气压可以达到大气压的 2 倍，因此可见于碳酸钙产品中也存在着很大的最大蒸气压，而若是一味地将碳酸钙来作为脱氧剂使用，其所花费时间非常庞大，同时成本很高，也不利于大炼钢铁效果的提升。所以，如果为了达到很高的脱氧剂效果，并且提高脱氧质量，必须设法提高碳酸钙产品在钢液中的溶解性。可结合分析后往钙剂中添加了适当配比的硅、碳等微量元素，以增加碳酸钙在钢液中的溶解性。

3.2普碳钢脱氧工艺

在使用普碳钢的脱氧技术进行炼钢期间，应当注意以下操作：1）脱氧操作前期，通过吹氧进行深度脱氧。2）在硅锰合金的作用下，逐渐开展脱氧作业和脱氧合金化操作。3）在吹氩厂房内，实现了最深层次的除氧工序。在转炉炼钢过程中，若是在回旋转炉的生产终点等于或大于0.05%，则可以在钢液充斥炉底之际立即加入增碳材料，并应该仔细地检测增碳材料的溶解状况与钢包翻腾情况，在确认其质量符合标准的前提下再加入相应硅铁与硅锰合金，以便于立即开展加工脱氧合金的作业；但若是在回旋转炉的生产终点的等于或者低于0.05%，则可进行 20%的炼钢过程，加入适当的硅铁与硅锰合金，进而完成脱氧合金化作业。在实施吹氩的过程中既必须确保设备完整性。与以前所采用相比，优化措施的脱氧工艺的经济效益更大，假设钢液中w（C）偏高可以使用增碳物质开展预脱氧作业，必须使用生产成本更低廉的硅钢开展脱氧，采用该种方法，既可以提高普碳钢脱氧工艺的安全稳定性，同时也可以减少投入时间，且使用和推广的价格都很高。

3.3扩散脱氧工艺

扩散脱氧法的主要方式就是把脱氧剂直接注入炉渣中，即利用产生化学反应之所减少了炉渣中所包含的氧化铁量，从而由于分布规则而将氧化铁从钢水中转移到了原有的炉渣中。也因此，一旦人工还原了氧化亚铁，那么钢水中所包含的氧化亚铁也会添加到炉渣中。不过，决定熔池中氧浓度的最主要原因并没有钢水中的碳浓度，炉渣中生成的氧化铁量，更重要的会影响熔池中的氧含量。而这样的效应，也可以运用在将可以降低氧化铁含量的金属合成炉渣，或直接加入钢容器中的混合钢液来达到。所以，扩散除氧的方式大致有炉内脱氧和钢桶脱氧两种。炉内脱氧的最主要方法就是将脱氧剂直接加入炉渣中，并需要结合碳、镁、硅等金属材料共同加以应用。炉内脱氧也能够在较大程度上降低刚水中的脱氧产物，同时也极大程度地降低了其中的合金元素和脱氧剂的损失。不过这个办法也有一些的缺点，比如扩散速率较慢、整体的生产利用率很低和炉衬寿命较短。而且在采用强脱氧剂中，磷很易于被生物利用，较多地强脱氧剂会丧失，强脱氧剂被粉碎冶炼钢的质量和炼钢过程中氧气浓度的限制有很大的联系，所以在炼钢实践中，一定要根据氧气的危害对氧气的浓度作出具体的限制。

结束语

由于氧的含量直接关系到炼钢的品质，在炼钢过程中，要合理控制氧含量，本文结合转炉炼钢过程中氧的产生和危害性，分析了脱氧方法，希望可以全面提高转炉炼钢的质量。

参考文献

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