轉(zhuǎn)爐-精煉-連鑄過程鋼中氧的控制

文/王文才，河鋼集團(tuán)邯鋼公司三煉鋼廠

鋼材生產(chǎn)對(duì)于整個(gè)國家全面建設(shè)有著決定性影響，是我國重要的戰(zhàn)略重工業(yè)生產(chǎn)內(nèi)容。對(duì)于鋼鐵企業(yè)來說，轉(zhuǎn)爐-精煉-連鑄是鋼材生產(chǎn)過程中最重要的工藝流程，對(duì)于該工藝流程的技術(shù)控制，需要從多個(gè)方面進(jìn)行針對(duì)性的研究，尤其是對(duì)氧含量的精確掌控，這是直接關(guān)系到最終產(chǎn)品質(zhì)量和機(jī)械性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為達(dá)到氧含量控制在最佳程度的目標(biāo)，需要從源頭開始，對(duì)整個(gè)工藝流程的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格的程序管理，引入先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

1 轉(zhuǎn)爐-精煉-連鑄工藝氧含量控制工藝概述

對(duì)于鋼鐵生產(chǎn)而言，其煉制的操作流程環(huán)節(jié)可以看做是還原和氧化反應(yīng)的過程，具體而言，就是對(duì)高爐內(nèi)的高溫礦石加入各種還原劑使得礦石中鐵的氧化物中的氧被有效脫除，變?yōu)楹泻芏嘣仉s質(zhì)的生鐵。這個(gè)過程就是還原生成生鐵的工藝流程，因?yàn)樯F的雜質(zhì)過多且性能較差，需要消除其中的雜質(zhì)以提升產(chǎn)品的性能質(zhì)量。因此，必須對(duì)生鐵進(jìn)行高溫加熱，使其成為融化態(tài)的鋼水。此時(shí)，需要對(duì)融化的鋼水內(nèi)吹入純凈的氧氣，將鋼液中的C、Mn、Si等元素進(jìn)行氧化消除，形成新的溶解了一定氧氣的較為純凈的合金鋼。通過吹煉等流程，出鋼的成分中，氧含量比較高，需要進(jìn)行除氧處理，以將氧含量降低到適宜的程度。這種除氧處理的工藝就是脫氧合金化的過程，通過該過程，將鋼水中的氧含量控制在適宜的范圍，進(jìn)而促進(jìn)產(chǎn)品總體性能的提升。

2 轉(zhuǎn)爐-精煉-連鑄過程鋼中氧的控制方法

本文研究的主要課題為轉(zhuǎn)爐-精煉-連鑄過程中有效控制氧含量的方法和工藝內(nèi)容，涉及的核心環(huán)節(jié)就是對(duì)鋼水進(jìn)行脫氧處理的具體操作流程，以及相應(yīng)的一些基本因素和注意事項(xiàng)。因此，對(duì)于鋼鐵生產(chǎn)的前期和后期環(huán)節(jié)并不做深入的探討，而對(duì)鋼水脫氧內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)的闡述。

2.1 轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)氧含量的控制

在進(jìn)行轉(zhuǎn)爐吹煉的過程中，吹入了大量的純凈氧氣，因此在整個(gè)工藝的最終生產(chǎn)環(huán)節(jié)，氧含量非常高。在出鋼生產(chǎn)環(huán)節(jié)，要對(duì)鋼包采取脫氧合金化處理，該處理的目標(biāo)主要包括兩個(gè)：一是確保合金內(nèi)的鋼產(chǎn)品成分滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；二是確保留存的雜質(zhì)在鋼產(chǎn)品中的構(gòu)成和分布滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。按照脫氧的程度對(duì)整個(gè)鋼模進(jìn)行鑄造時(shí)，基本包括三個(gè)形態(tài)：沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼。在進(jìn)行連鑄工藝時(shí)，針對(duì)的都是鎮(zhèn)靜鋼，按照這些鋼種以及產(chǎn)品的品質(zhì)和數(shù)量。其脫氧工藝主要采用3種常用的模式：一是硅鎮(zhèn)靜劑鋼，主要是采用硅和錳進(jìn)行脫氧處理；二是硅鋁鎮(zhèn)靜劑，脫氧處理的成分主要選擇硅、錳以及少量的鋁等；三是鋁鎮(zhèn)靜劑，就是采用超量鋁進(jìn)行脫氧處理。

2.1.1 硅鎮(zhèn)靜鋼

采用硅和錳進(jìn)行深度脫氧處理，實(shí)際形成的產(chǎn)物比較復(fù)雜，主要包括二氧化硅固體、二氧化硅和氧化錳的融合液體、氧化錳和氧化亞鐵的固溶物。針對(duì)這些雜質(zhì)物質(zhì)的處理措施，可以采用硅鎮(zhèn)靜劑進(jìn)行脫氧處理。經(jīng)過這種處理的鋼水在可澆性方面有很好的表現(xiàn)，其在解決氧含量高造成的凝固氣泡等問題時(shí)有一定的缺陷，因此，硅鎮(zhèn)靜鋼的性能存在較大的缺陷。

2.1.2 硅鋁鎮(zhèn)靜鋼

針對(duì)硅錳鎮(zhèn)靜劑導(dǎo)致的孔洞問題，可以采用硅鋁鎮(zhèn)靜劑進(jìn)行脫氧處理。在該工藝處理的整個(gè)過程當(dāng)中，少量添加了鋁元素，通過硅鋁鎮(zhèn)靜劑的脫氧工藝，可以將雜質(zhì)物有效析出，而其表面并沒有三氧化二鋁的析出。這種進(jìn)行脫氧處理的方法可以避免孔洞問題的同時(shí)，還可以保證鋼水的可澆性得到很好的保障。

2.1.3 鋁鎮(zhèn)靜鋼

鋁鎮(zhèn)靜劑主要用于中低碳細(xì)晶粒鋼的生產(chǎn)工藝，在生產(chǎn)的過程中為了有效改善所生產(chǎn)的鋼板的深沖加工性能，需要采用加入過剩鋁含量的鎮(zhèn)靜劑。一是要解決鋁回收率問題，通過對(duì)鋁鎮(zhèn)靜劑含量進(jìn)行有效控制，達(dá)到設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，要保證鋁元素的回收率盡可能高。二是要通過控制加鋁鎮(zhèn)靜劑的方式，避免其有害作用的影響。加鋁較少的情況，可以采用輕鈣進(jìn)行工藝處理，輕鈣處理可以產(chǎn)生鈣長石或鈣黃長石，這些生成物會(huì)在鋼渣表面漂浮，可澆性表現(xiàn)良好。對(duì)于加鋁較多的情況，則選用重鈣進(jìn)行處理，處理的結(jié)果是鋁酸鈣等物質(zhì)，但整個(gè)處理過程中，要確保鈣雜質(zhì)的有效控制。

2.2 鋼水夾雜物的去除流程

經(jīng)過前期的處理，鋼水已經(jīng)完成了脫氧合金化的整個(gè)過程，此時(shí)鋼水中的氧元素都以雜質(zhì)的氧化物形式存在。在這種情況下，如果想要降低鋼水中的氧含量，必須通過三個(gè)工序完成脫氧任務(wù)。

2.2.1 生成氧化夾雜物

就是對(duì)鋼水中的雜質(zhì)元素進(jìn)行脫氧溶解，其所采用的方法主要是化學(xué)方式進(jìn)行，氧化反應(yīng)會(huì)發(fā)生在雜質(zhì)元素與吹入的純凈氧氣之間，整個(gè)過程中要注重強(qiáng)化化學(xué)反應(yīng)的徹底性，盡量將所有的雜質(zhì)氧化物全部進(jìn)行氧化溶解。因?yàn)槠淙埸c(diǎn)相對(duì)而言更高一些，因此也可以更方便在鋼水中的處理。同時(shí)，必須有效促成脫氧產(chǎn)物的主要構(gòu)成形核的生成可長大，以達(dá)到更優(yōu)化的處理效果。

2.2.2 鋼水夾雜物輸運(yùn)到鋼渣表面

此時(shí)在煉鋼生成的具體條件下，鋼水中的各種雜質(zhì)經(jīng)過脫氧處理而形成的尺寸滿足1-5μm，夾雜物呈現(xiàn)固態(tài)或者液態(tài)。為確保收集的便利性，要確保這些雜質(zhì)浮在鋼渣表面，同時(shí)熔池呈現(xiàn)穩(wěn)定的靜止?fàn)顟B(tài)或者勻速流動(dòng)狀態(tài)。

2.2.3 雜質(zhì)收集

采用適宜的渣相對(duì)各種雜質(zhì)進(jìn)行收集，為確保收集整體質(zhì)量，渣相在其具體的構(gòu)成成分、實(shí)際溫度以及使用數(shù)量上，都要進(jìn)行嚴(yán)格的試驗(yàn)，既要保證雜質(zhì)能夠很好地溶于渣相中，同時(shí)還要確保其整體的成本控制在相對(duì)適宜的程度上。

3 結(jié)語

綜上所述，鋼鐵生產(chǎn)轉(zhuǎn)爐-精煉-連鑄過程中氧含量的控制，這是對(duì)鋼鐵性能的一項(xiàng)非常重要的指標(biāo)性工藝，其具體實(shí)施的程度直接決定了最終產(chǎn)品的質(zhì)量和價(jià)格，也是企業(yè)高度關(guān)注的重要工藝內(nèi)容。強(qiáng)化相關(guān)環(huán)節(jié)的控制，使得氧在鋼鐵產(chǎn)品中的含量控制在一個(gè)恰當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)范圍，這是生產(chǎn)中需要通過各種先進(jìn)技術(shù)手段認(rèn)真加以解決的現(xiàn)實(shí)問題。為達(dá)到這一目標(biāo)，必須從源頭有效控制，包括鋼水中雜質(zhì)和氧的具體含量，以及產(chǎn)品在性能方面的具體要求。