摘要：随着钢铁行业竞争的日趋激烈，各钢铁企业开始加强对产品质量和生产成本的控制，如何改进和利用先进的生产工艺，提高产品质量，降低生产成本，已成为目前钢铁企业保持竞争力，获得生存与发展的关键。在转炉炼钢生产中，氧的产生是不可避免的，因此掌握各种脱氧方法，在此基础上加强对脱氧处理工艺的改进和利用，才能有效提高对钢液脱氧处理的效果。在保证钢产品质量的同时，降低生产成本，使炼钢生产可以有序、高效地进行。文章正是基于这个角度，重点就炼钢生产中转炉炼钢脱氧工艺展开探讨。
关键词：炼钢生产；转炉炼钢；脱氧工艺；探讨
钢液脱氧处理是转炉炼钢生产中的重要工艺环节，钢液脱氧的效果直接影响到炼钢生产和钢产品的质量。如果钢液中含有较多的氧的话，会使钢产品的塑形降低，内部气孔增多，结构组织疏松，且易产生热脆现象，严重影响钢产品的质量。因此，对转炉炼钢的脱氧处理，控制转炉终点氧含量成为保证钢产品质量的一项重要因素。
一、钢液脱氧技术的现状与发展
炼钢最早采用硅脱氧，它的出现诞生了镇静钢。硅脱氧的致命弱点在于：硅的脱氧能力较弱，经硅脱氧的钢常出现脱氧不完全的现象，钢材的皮下气泡多；硅脱氧后，钢中夹杂土要为大型硅酸盐夹杂，对钢材性能有不利的影响；脱氧产物Si02为酸性物质，易使钢水回磷、回硫。20世纪30年代，电解铝技术及工艺日趋成熟，铝价降低，产生了炼钢用铝脱氧技术，带来了炼钢脱氧技术的革命。美国首先开始使用A1作终脱氧剂。由于A1有极强的脱氧能力，用它作脱氧剂，可使钢水中的氧脱至较低水平。与硅脱氧相比，它不仅脱氧完全，大幅度减少了钢中Si02夹杂，而且由于其脱氧产物A1203为中性物质，不降低钢渣碱度，不易使钢水回磷、回硫。直到现在，国内外所有炼钢厂仍主要用铝（或含铝合金）作为钢水的终脱氧剂。由于Al的比重小，铝的回收率很低，仅为10%-25%，致使炼钢成本高。为了提高铝的利用率，各钢厂相继发展了硅铝铁、铝锰铁、硅铝钡等铝系复合脱氧剂。铝系复合脱氧剂的密度普遍高于纯铝的密度，加入到钢液中后有较为充足的时间上浮，从而提高了A1的使用效率，同时脱氧产物形成了低熔点的复合氧化物，为脱氧产物的去除创造了条件。但是，Al脱氧的脱氧产物为A1203链状夹杂，它对钢材的性能，特别是冷加}几和疲劳性能影响较大。为解决这一问题，出现了能够对夹杂物形态进行改变和控制的非铝系复合脱氧剂。非铝系脱氧剂主要有：SiCa，SiBa，SiCaBa等。总之炼钢脱氧剂在20世纪80年代已基本定型为A1，Al合金、SiCa及少量稀土合金。
二、氧的产生与危害
在钢液中，氧通常以非金属夹杂物和溶解氧的形式存在，主要来自原料和吹氧炼钢等生产过程中。无论哪种炼钢方法，为除去钢中的碳、磷、硅、锰等杂质元素，都需要用氧气与其进行氧化反应，使氧与杂质相结合，产生氧化合物，以使杂质析出。因此，钢液中的氧是难以避免的。在吹氧炼钢过程中，随着钢液中其他元素的氧化和杂质含量的降低，钢液中的氧含量开始升高，如果钢液未经脱氧处理，那么这种含氧量较高的钢液在进行冷凝固的时候，其中的氧便会与钢液产生反应，在晶界上析出Fe O，夹杂在钢液中，连铸坯都无法得到正确的凝固组织结构，影响了钢产品的质量，使钢的塑形降低、产生热脆，且容易造成钢铁的进一步氧化。钢液中较多的氧还会加剧硫的危害作用以及与其他物质继续发生反应，生成氧化物杂质，夹杂在钢体中，从而降低钢产品的各项力学性能。在钢液冷凝过程中，钢液中的溶解氧会与钢液中的碳发生反应，形成CO气泡，析出的CO气泡会使钢液产生沸腾现象。钢液中含氧量越多，形成的CO气泡则越多，钢液的沸腾现象越明显。根据钢液中脱氧程度不同而造成的钢液沸腾状态的不同，可分为镇静钢、半镇静钢和沸腾钢。钢液中CO气泡的形成，使钢锭中饱含气泡，造成钢锭内部组织疏松，密度下降，钢强度下降。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因此，必须采取有效的脱氧措施，对钢液进行脱氧处理，降低钢液含氧量（镇静钢氧含量小于0.005%，沸腾钢氧含量在0.025%～0.030%之间），控制和避免钢液的沸腾，才能使钢坯或钢锭的成分和组织达到要求，从而保证钢产品的质量。
三、钢液脱氧原理和几种脱氧工艺介绍
沉淀脱氧法和扩散脱氧法是炼钢脱氧工艺中最基本的方法，在进行脱氧操作时，都需要用到脱氧剂。常用的脱氧元素有锰、硅、铝，在脱氧反应中与氧发生作用生成各种氧化合物，从而达到降低钢液中氧含量的目的。各种脱氧剂的脱氧能力有所不同，其中锰是弱脱氧剂，常用于沸腾钢的脱氧，铝属于强脱氧剂，常用于镇静钢的脱氧，将两种或两种以上的脱氧元素混合制成的复合脱氧剂，具有更强的脱氧能力和脱氧效率，并且有利于形成液态的脱氧产物，便于脱氧产物的上浮和去除。
（一）沉淀脱氧法
沉淀脱氧法操作较为简单和直接，就是将脱氧剂加到钢液中，使脱氧剂直接与氧发生反应，生成氧化物，达到氧与钢液相分离的脱氧还原的目的。该方法具有脱氧效率高、脱氧速度快，不影响冶炼时间等优点，缺点是对脱氧剂的脱氧能力和脱氧产物的排除要求较高，如果不能使脱氧产物很好地上浮、排除的话，则容易使钢液伴随着氧化亚铁的还原，产生新的氧化物Fex Oy，污染钢液。
（二）扩散脱氧法
扩散脱氧法是指在炉渣中添加脱氧剂与钢液中的Fe O反应，促使钢液中的Fe O向炉渣中扩散，继而减少钢液中Fe O的含量，以达到使钢液脱氧的目的，一般用于炉外精炼或电炉还原期。在操作中，钢液中的氧向炉渣中进行转移、扩散，使炉渣中的Fe O逐渐增加，为保证炉渣持续的扩散脱氧能力，使Fe O能够不断地向炉渣中扩散，就需要在炉渣中不断添加脱氧剂。扩散脱氧法脱氧程度高，可以有效地降低钢液中的氧含量，保证钢产品的质量，但扩散脱氧法的脱氧速度较慢，耗费时间较长，脱氧过程中还需要通过吹氩搅拌等方式来加快脱氧速度。
（三）真空脱氧法
真空脱氧法是通过抽真空的方式，使钢包内的钢液处于真空的环境条件下，以此打破钢液原有的碳氧平衡，促使钢液中的氧与碳发生反应，生成CO气体逸出钢液，从而达到脱氧效果。在真空脱氧过程中可以吹入一些惰性气体，如氩气等，对钢液进行搅拌，促进钢液中的碳氧反应和一氧化碳气泡的生成。由于真空脱氧法的脱氧产物为CO，不会造成钢液的污染，CO气泡的逸出还可以加强对钢液的搅拌，使反应充分，脱氧彻底，降低了脱氧剂和石灰的消耗，节省了成本。例如，非过氧化炉次每炉钢可降低成本2229元，过氧化炉次每炉钢可降低成本3000元左右。该方法以脱氧效果好、投入成本少的优点在转炉炼钢的脱氧环节中得到了广泛应用。
总之，沉淀脱氧法的设备和工艺流程较为简单，但脱氧效果较差；扩散脱氧法脱氧彻底，但脱氧速度较慢；而真空脱氧法虽然脱氧效果好，但对于操作技术掌握和机器设备有较高的要求。根据企业的实际生产情况，充分考虑各脱氧方法的优缺点，对各方法加以完善和进行有机结合，进一步提高脱氧效果、效率，降低脱氧成本，对当前处于激烈市场竞争中的钢铁企业具有重要的意义，为企业生产的提质保量、降本增效创造了有利条件。
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论文作者:许鹏,马桂芬
论文发表刊物:《基层建设》2016年第33期
论文发表时间:2017/3/7
标签：脱氧剂论文; 转炉论文; 炉渣论文; 产物论文; 气泡论文; 工艺论文; 含量论文; 《基层建设》2016年第33期论文;