关于转炉炼钢脱氧工艺研究

2021-11-29宝那木斯来

中国金属通报 2021年9期

宝那木斯来

（天津荣程联合钢铁集团有限公司，天津 300350）

在社会经济转型和发展阶段，钢铁工业也必须尽快实现转型升级，引进先进技术，加强对产品生产成本的控制，促进产品质量的提高。在转炉炼钢过程中，脱氧过程一直存在问题，必须进行工艺优化分析，采取有效措施提高钢液的脱氧效果，降低炼钢脱氧成本，进一步提高钢铁产品质量。

1 转炉炼钢与脱氧工艺的相关概述

1.1 转炉炼钢的原理

转炉炼钢操作的主要工具为转炉，转炉的形状像一个梨，内衬的耐火砖在炉壁，炉体可旋转360度角。炼钢的主要任务是脱碳，脱磷，脱硫，除有害气体和杂质等等。吹炼过程按照热平衡公式和轻燃烧公式进行，使熔渣系统具有适当的碱性和有效的氧化剂来实现C，P，S的去除。因为在吹炼过程中发生着有关的强烈的化学氧化反应，如：废钢、顶吹氧气之间的反应。在炉中使得最终产生的钢水含氧量不符合钢品种的质量要求，因此，在钢生产过程中必须进行脱氧操作，以提高钢的质量并满足钢品种的要求。

1.2 脱氧工艺在炼钢过程中的重要作用

炼钢期间转炉中的脱氧技术主要是为了减少钢中的氧量，防止其他物质发生反应，在脱氧工作结束后，氧气的比重约为千分之五，沸腾钢中的氧气约为千分之零点二五左右，并且脱氧也可改善钢的质量，减少炼钢成本。目前，脱氧方法虽然多，但科学含量低，应用脱氧技术需要不断优化能力，提高技术操作效率。改进脱氧技术可以在一定程度上提高钢的质量，增加钢市场的贸易量，由此可见，脱氧技术对炼钢至关重要。

2 氧的产生与危害

溶解氧和非金属杂质是炼钢水中氧气的主要形式，溶解氧主要是在炼钢管中形成的。然而，为了有效去除钢中的锰，碳，磷和其他有关杂质，无论哪种炼钢方法，都需要与氧发生氧化反应，以便杂质与氧相结合，生成氧化化合物，然后从杂质中分离出来。因此，其钢水中是一定含有氧气的。在钢吹氧炼钢过程中，钢中的氧含量将因温度升高而缓慢增加，逐步减少和氧化钢中其他元素的杂质。

如果钢水不脱氧，它会在冷固化过程中引起氧气和水的化学反应，铁的氧化在晶界中沉淀，并在钢水中混合，导致钢不可调节的固化组织不间断铸造过程出现问题，其次，它没有提高钢的质量，从而降低钢的形状和热脆性，并导致钢的氧化。如果在钢中有太多的氧，硫的危险系数就会增加，而且与其他物质的反应也会继续，从而产生混合氧化物杂质。除此之外，在钢凝结时溶解氧和其中所含碳发生化学反应，形成一个碳氧化物气泡，除此之外，钢中的氧含量与生成一氧化碳气泡成正比。所引起的各种钢的脱氧程度也各不相同，可以分为沸腾钢，镇静钢和半镇静钢。如果钢中形成一氧化碳气泡，然后在钢锭中形成气泡，进一步松动钢锭的内部结构，并影响钢的密度和强度。因此，必须采用科学上合理的脱氧法来脱氧，减少钢中的氧含量，防止钢沸腾，并继续确保钢锭和钢坯的结构和组成符合钢的生产要求，并有助于提高钢的质量。

3 脱氧技术的现状

在炼钢过程中，首先是硅，也就是说，它形成了镇静钢。然而，硅具有相对较低的除氧性能，这可能导致局部脱氧，硅的脱氧将导致硅大量混合成钢，这在很大程度上影响钢的性能。二氧化硅的脱氧性能倾向于酸性，到20世纪30年代，铝电解等相关技术逐步发展，铝价格相对较低。铝的脱氧技术的出现在一定程度上促进了钢的脱氧工艺革命。美国是第一个发现铝具有很高的脱氧能力的国家，这在很大程度上消除了钢中的氧。与硅的脱氧相比，铝的脱氧不仅大大提高了脱氧效率，但它也减少了钢中的二氧化硅含量。同时，由于氧化铝是中性的，它不会影响到酸碱的钢渣水平，也不会轻易导致氧化-碱钢渣水平的降低。在国内外的钢铁厂主要使用的是脱氧剂或铝。铝的总比重不是很高，不能保证有效的回收，因此在很大程度上增加了炼钢的总成本，所以有效提高铝的利用效率，钢铁厂通过不断地研究和实验获得硅酸铝钢，铝锰铁，硅钡等与铝有关的复合除氧器。此外，铝复合脱氧剂的总密度超过纯铝密度，将大大提高使用效率，在脱氧后，由于复合氧化物的误差，熔点较低，也易于清洗。

4 转炉炼钢脱氧工艺分析

沉淀脱氧方式与扩散脱氧方式作为转炉炼钢期间应用频次较高的脱氧方式，其均需要应用脱氧剂展开脱氧生产，沉淀脱氧方式属于直接脱氧，而扩散脱氧是间接脱氧。此外，具体操作期间真空脱氧方式使用的频次同样较高，此种脱氧方式不需要借助脱氧剂，保证钢液呈现真空情况，破坏碳氧的状态，催化碳与氧出现化学变化，形成一氧化碳然后与钢液分离。实际生产期间脱氧技术与脱氧物质的选择工作必须依据公司具体状态与商品类型进行判定。

4.1 沉淀脱氧法

在使用沉积物脱氧技术时，去污剂的选择和使用在一定程度上影响了脱氧作业的质量。在转炉中与钢脱氧有关的搜索和应用强度继续增加，在特定时期内，除其他外，脱氧技术得到了改进，主要的脱氧和钙脱氧技术得到了改进，其应用效率更高。首先，在钙脱氧剂的成分研究方面。根据钢等级，从脱氧钙中的成分进行科学配置，有助于更好地整合脱氧物质和氧，达到良好的脱氧工作质量。其次，在钙系脱氧物质的生产原理方面。它有较高的融合能力。钡和钙一样具有很高的脱氧能力，而钡在硅铝铁中的合金化能生产出硅钡并改善其还原作用。钙的脱氧性质比较好，钙和钡的摩尔质量比为1比3.43，所以要分解同一氧就必须加入钙的数量为1公斤，而钡的数量为3.43公斤。但是，炼钢过程液中钙的溶解度很低，即使在炼钢液温度达到数千摄氏600度的情况下，钙的溶解性也只达到了千分之零点三。在这种情况下，钙蒸汽的压力大约是大气压力的两倍。因此，钙蒸汽的压力较高，如果使用钙作为氧的减速剂，那么就会浪费大量的钙，这将导致更多的投资和降低生产成本。因此，为了提高效率地使用，脱氧剂，必须确保有效的脱氧，必须使用各种方法来提高钙在液态钢中的溶解性钙物质，提高其可溶性。

4.2 普碳钢脱氧工艺优化

在炼钢过程中，应注意以下操作：①在转炉脱氧之前加入低成本的二氧化碳添加剂。②逐步进行硅酸铁和硅酸钙合金的脱氧和脱氧作业。在实际工作中，炼钢转炉过程中，如果转炉的最终位置超过0.5，在对渗碳物质的溶解和再充电状态进行仔细检查的情况下，可在炉钢液充填时加入渗碳剂。加入硅酸铁和硅锰合金，确保它们符合标准；如果转炉的最终位置小于或等于千分之零点五，可以在炼钢过程中添加20%的相应数量的铝铁和硅质锰合金，完成预脱氧作业后，按顺序加入附加的炭素材料和其他材料加入炉内，完成除气过程。在吹氩时必须保证其完整性，并按照标准调整交易的强度和时间。最大限度地提高脱氧技术的经济效益；如果液体钢使用低成本的脱氧铝铁，可以提高全球碳钢脱氧技术的安全性，它们的应用和传播是很有价值的。

4.3 真空脱氧法

真空脱氧法实际上就是抽成真空的形式，将钢中的加工液置于真空条件下，毁坏碳与氧的状态，催化碳和氧的化学反应，将一氧化碳从液态钢中分离出来并进行脱氧操作，在氧的化学标准的出现过程中起到催化作用，这导致一氧化碳与液态钢的分离，因此，减少对钢铁溶液的破坏，当一氧化碳的升高，可以同时分离非金属物质，进行脱碳操作。完成脱氧操作，在低碳钢生产过程中广泛应用的一氧化碳分离可促进钢液的混合，注意到联合国环境规划署执行主任关于持久性有机污染物审查委员会第三次会议的报告；减少脱氧作业费用。在特定生产期内，技术应用比较简单，能保证钢的质量，使得转炉及炉外操作环节成为提高钢质量的好方法。

4.4 扩散脱氧工艺

扩散脱氧技术主要是通过脱氧物质控制的，以确定炼钢过程中的氧量。这种方法可以减少氧气的浓度和钢的损伤程度，确保钢生产的质量。缺点在于扩散效率低，使用净化时间长，这会导致时间的损失，并导致反磷现象。如果脱氧技术相对清洁，他们可以降低脱氧效率，因此，扩散脱氧的应用具有很大的价值。

5 转炉炼钢脱氧工艺优化

5.1 工艺优化方案

从转炉中脱氧工艺过程来看，主要是通过脱氧剂来进行脱氧。为了优化流程，可以尝试使用钙脱氧剂，其中包括钙，碳，硅，铼，钡，铝等成分，钙，碳分别为33%~40%和13%~23%，硅11%~20%，铝2%~4%，其他元素必须是相称的，所以通过组合，更好地结合脱氧剂与氧。同时，可以使用钙等元素来实现脱氧。钡是钙的同族元素，其质量高于3.43:1，钙具有很大的脱氧作用。然而，在铸铁液中，钙的溶解度较低，在1600°C温度下只能达到0.03%，而蒸汽压力可达到1.98个大气压，钙在硬质铁中几乎不能溶解。简单地使用钙需要花费很多钱，这会产生高成本的脱氧过程。增加碳，硅等元素可以增加钙在铁中的溶解度，例如，增加1%的碳可能增加钙的可溶性1倍。根据还原的主要成分，包括电石、硅酸钙等。可以用钙合金制成不超过15mm颗粒。在钙溶解过程中，根据边界层扩散的限制，大型脱氧剂将导致局部钙溶解到饱和，从而导致大量的钙蒸发，因此必须完成小颗粒生产，为了使钙与液态铁完全接触。在实际应用中，可以在1t炼钢过程中加入1.2kg的钙脱氧系统，可以添加到在钢出钢前一次。在钢出钢前1/4可以加入脱氧合金，加强对钢和渣的氧化性控制。

5.2 具体优化措施

转炉除气过程实际上是优化，在特殊钢品种的配合下，加入了脱氧添加剂。对于碳素钢，可以加入焦炭，CAS2，SiC，相比较来看，诸如焦炭和KEC-2等除氧剂相对便宜，这有助于减少铝合金的消耗和实现更高的合金提取率氧化铝：对于低碳钢，在优化除气过程中，可使用焦炭，CAC2，AMmFe等，氩含量超过3分钟，在必要时，应在铝渣球等扩散脱氧剂中添加校正的Als成分，进一步调整铝粒。完成第一次脱氧调整后，可将碳合金化，这种优化方法还将减少铝合金的消费，使用廉价的脱氧剂这种合金的产量，像锰一样。扩散脱氧剂的使用可降低炉渣的氧化性，并能有效地控制铝的损耗。根据氧气含量标准，将焦炭、CAC2、MnFe等脱氧添加剂添加到0.06%~0.08%，用铝线调整氧含量，增加氩的数量超过3分钟；与实际脱碳氧相结合，可以实现真空精炼RH-TB，用低碳硅实现初始脱氧，硅含量不应超过对炼钢组件的要求在这个基础上，可以优化铝的使用，使钢中的氧含量低于0.002%。最后，可以实现钛铁的脱氧以及调整钛铁含量和完成三阶段脱氧。可以用铝渣球来覆盖钢包表面，优化方案将降低铝合金的脱氧费用和消耗。扩散脱氧剂的三倍使用可降低沉淀物和氧化物的氧化性。