试析电弧炉冶炼终点碳的控制

霍建光

摘要：近年来，随着现代化社会发展水平的不断提升以及科学技术的进步发展，我国的冶炼终点碳技术水平得到了日益提升。但是在终点碳冶炼过程中，必须要高度重视各个环节的控制要点，从根本上提升冶炼水平。文章就电弧炉冶炼终点碳的管理控制展开论述。

关键词：电弧炉；冶炼终点碳；管理控制；冶炼水平；氧化情况 文献标识码：A

中图分类号：TF741 文章编号：1009-2374（2016）05-0079-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.05.040

从专业化角度出发，现代化的电弧炉炼钢程序EAF-LF/VD-CC的关键性技术核心在于有效缩短电弧炉实际冶炼周期，从而使之和连铸节奏之间相互适应。目前的现代化电弧炉炼钢工艺技术都是在此基础上发展起来的。此外，为了在一定程度上实现冶炼周期的缩短，在电弧炉冶炼过程中往往会采用二次燃烧技术、氧燃烧嘴技术、碳氧枪技术以及底风口技术等，使供氧强度得到大大提高，一般情况下可以达到吨钢用氧量在30m3左右。

1 电弧炉冶炼期间熔池[C]-[O]之间的关系

1.1 在电弧炉冶炼中熔池的[C]-[Fe]选择氧化情况分析

从某种程度上讲，终点碳冶炼期间的碳含量控制问题本质上属于选择氧化问题，在这个过程中需要有效解决的主要包括以下两个方面内容：第一，是否可以利用碳含量对熔池中铁的实际过氧化反应进行科学控制；第二，怎样有效控制管理好熔池中的过氧化反应来充分降低相应的铁损情况，进而防止喷溅情况的发生，确保工艺技术的顺利完成。其中，合理选择氧化问题属于冶金热力学目前分析研究的关键问题，主要包括以下两个方面内容：第一，在相应的浓度条件极差上合理选择冶炼过程中的氧化温度，也就是说在临界温度基础上，哪一种物质优先氧化的问题；第二，指在相应温度条件前提下，其氧化反应在平衡浓度方面的问题，也就是说在平衡浓度之上哪一种物质率先氧化的问题。在实践过程中广泛应用到的准确计算不锈钢的冶炼期间C-Cr选择氧化以及转炉冶炼期间Si-C选择氧化都属于其实际应用的例子。然而Fe-C在选择氧化方面有着相对较强的特殊性，由于铁属于溶剂元素，所以在之后的冶炼后期过程中所占的熔池重量大约在98%左右甚至是更高，碳属于溶质元素，在实际熔炼后期将不会超出1%。因此可以从碳氧化机理方面进行进一步探讨，吹氧熔炼期间碳的氧化大部分都是以间接氧化方式作为主体，究其原因主要是在于氧流一般都会集中在作用区域的附近并不是分散在熔池，而且氧流冲击可以形成局部的高温区域，从而使Si元素、Mn元素、S元素等实际反应活性不断下降，便于碳元素的氧化。此外，从反应动力学角度出发，碳向氧气泡传质的实际速率往往比氧化反应实际速率要慢很多，然而熔池中存在着相对丰富的铁元素。

1.2 [C]-[Fe]在选择氧化期间温度因素的相关影响

目前，在电弧炉冶炼工作的初期，其熔池温度通常情况下会比较低，从而使得气体氧以及铁液反应过程中所生成的FeO溶解度相对较低。若相对较多的FeO不能在铁液中得到充分溶解，则聚集起来将会与氧气进行再次反应氧化最终生成相应的Fe3O4，进而产生一定数量的褐烟。在电弧炉冶炼的精炼时期相应温度条件之下，其钢液温度往往会比较高，大约在1580℃～1650℃之间，然而[C]+[O]={CO}属于微弱放热反应，其反应平衡常数一般情况下不会随温度变化而出现相对较大的变化。但是与铁液平衡的部分氧化铁在分解压方面相对来说是非常低的，将会使熔池以及氧化性气氛进行接触的过程中，在表面上快速形成相应的FeO膜。所以从这个角度上来看，熔池中铁元素的实际氧化程度可以由熔池中相应的溶解氧浓度情况来决定，温度因素影响程度相对较小。具体情况如图1所示：

图1 温度在[C]-[O]关系中的相关影响情况分析图

2 电弧炉冶炼过程中的工艺控制分析

从电弧炉冶炼终点碳的技术控制角度上进行分析，根据冶炼的[C]-[O]之间的关系曲线，我们能够用[C]来有效控制[O]，从而在一定程度上防止钢液的过氧化，进而通过预报氧来指导出钢过程中的脱氧现象。此外，在冶炼低碳钢的过程中，针对20MnSi型号的钢，应充分考虑到防止精炼期存在过量氧与出钢之后补加合金中的一定量碳含量，需要把终点碳有效控制在0.07%～0.10%之间。而针对碳要求在0.06%及以下的部分钢种，其电炉终点碳应该控制在0.040%～0.045%之间。这样做的好处在于能够有效减少铁损，进而提高金属的收得率，有效降低脱氧铝消耗以及LF电耗，从根本上减少渣料的消耗、耐材消耗以及LF电极消耗，有效提升钢液洁净度。

3 电弧炉冶炼终点碳的具体操作步骤分析

在实际生产过程中应严格按照不同铁水热装比准确计算出科学化的熔池碳含量。当完全确定铁水成分以及加入量情况之后，把出钢碳含量具体要求等内容有效输入相应的计算表中，得到终点碳的基准吹氧量。具体的终点碳冶炼步骤为：第一，科学选用洁净废钢，并杜绝入炉的铁料含土量相对较多的废钢，避免酸性物质使得炉渣碱度下降；第二，电弧炉实际装入量应按照炉役期情况进行及时优化调整，防止熔池过低而引起渣中的氧化铁富集，进而造成大沸腾安全事故，而且还应避免熔池过高而引起相应的脱碳反应剧烈过程中炉门翻钢水以及偏心箱漏水现象；第三，当第一批钢料以及铁水入炉之后，送电大约5分钟，使炉壁的超音速集束氧枪以及EBT氧枪严格按照相应的使用流量情况，也就是熔化期，借助集束氧枪采用烧嘴模式进行助熔；第四，加料完成之后，熔清之前的炉门氧枪用于清理炉门废钢，而熔清之后要沿钢渣界面进行吹氧化渣，然后实施脱磷反应。在炉渣熔化充分之后继续吹渣脱磷大约3～5分钟。炉门氧枪通常情况下会停留到工作位，进行间歇性喷吹碳粉以及吹渣操作，而且在配碳量相对较高的时候，有效配合超音速的集束氧枪进行继续脱碳操作；第五，整个电弧炉冶炼过程中，必须要全程送电，并严格采用相应的2级电压送电管理制度；第六，当冶炼中脱碳反应已经进行一段时间之后，且氧气消耗量已经达到基准的吹氧量，则需要停电以及停氧实施测温取样；第七，当终点碳处于目标范围内，但是温度不能达到出钢要求的时候，炉门氧枪需要以相对较低的流量进行吹渣，并采用相对较大的喷碳量实施喷碳造泡沫渣，然后进行埋弧送电提温，当温度合适之后再完成出钢；第八，当终点碳过高的时候，应采用集束氧枪M4中的专业化脱碳模式实施科学化的温度调整以及脱碳操作，待优化调整结束后实施有效的取样分析，当成分合适后再出钢。

4 结语

总而言之，电弧炉冶炼终点碳控制工作是一项专业性、复杂性都相对较强的工作，关系到终点碳的顺利冶炼。因此，在进行电弧炉冶炼终点碳的过程中，要高度重视冶炼过程中的各个环节，从整体出发，时刻关注冶炼温度以及氧化反应情况，采取合理化的控制措施，严格落实执行，从根本上确保终点碳的质量水平。

参考文献

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（责任编辑：黄银芳）