钢铁产品冶炼中砷含量的控制措施探析

李淑清

（辽宁冶金职业技术学院，辽宁 本溪 117022）

砷在自然界的存在是十分广泛的，相关数据显示，在已经发现的矿物质中，含有砷元素的矿物质已有数百种。由于砷元素中含有较大的毒性，常常被用于杀虫剂，除草剂等化合物中。而对于钢铁产品中存在的砷元素则多来源于铁矿石，再生铁和废钢，属于钢铁产品中十分常见的有害残留元素。不仅如此，砷在钢铁产品中的残留量超过一定标准后，将严重影响钢铁产品的质量和性能，特别是钢产品，由于存在砷，钢的抗拉强度和硬度增加，韧性和锻造特性降低，并且钢的脆性降低，增加钢中的砷含量会降低钢的韧性，增加钢的脆性，并形成强烈的偏析，因此，降低砷在钢铁产品冶炼中的含量是十分重要的[1]。

1 砷含量对钢铁性能的影响

为了对钢铁产品冶炼中砷含量的有效控制措施进行探究，首先需要对砷含量的多少对于钢铁的性能的影响有所了解，下文将对砷对钢铁产品机械性能的影响和砷对钢铁产品金相组织的影响进行分析。

1.1 砷对钢铁产品机械性能的影响

首先，在砷对钢铁产品机械性能的影响方面，通常状况下在一定范围内，钢铁产品中残留一定含量的砷，可以适当的提高钢铁产品的抗拉强度，提高屈服强度，对提高钢铁产品的延伸程度具有一定的效果。除此之外，还能够改变钢铁产品应变实效敏感性的倾向，对室温下的低冲击韧性和钢粘度影响小。

1.2 砷对钢铁产品金相组织的影响

在砷对钢铁产品机械性能的影响方面，砷是一种铁素体形成元素，可溶于铁素体。当砷含量相对较高时，砷的掺入显著降低了铁素体中的碳。与此同时，砷也会促使合金结构中碳化物的组成产生。当砷含量约为0.144%时，钢的金相组织将产生一定的改变。

综上所述，首先由于砷在钢铁产品中残留的含量能够对钢铁的性能产生一定的影响，因此在冶炼的过程中则需要对其进行相应的控制。现阶段，砷含量对钢铁产品相关性能的影响的研究相对较少，砷含量监测也较为简单，因此，对砷含量在钢铁产品中的控制仍需要进行进一步的分析和探究。

2 钢中砷对钢材性能的影响

2.1 砷在钢材中的富集行为及其对裂纹缺陷的影响

砷具有较低的熔点，当温度达到800℃时砷开始出现熔化，它的氧化电位低于铁的氧化电位，很容易在晶界处将其隔离。它在铁氧化之前溶解在钢基体中。在连续冷却连续铸造期间，砷在γ-晶粒界面处释放，并且铁的优选氧化速率显著高于砷向基质中的扩散速率。砷沉积在一层氧化铁和一层钢基体之间，在连续铸造的铸锭表面逐渐富集，形成具有低熔点的富集相。影响坯料和连铸材料中砷产生富集行为的原因是各种各样的，例如，钢基体中的砷含量，炉内加热的温度等等。钢中的砷降低了所得熔融相的熔点，导致熔融相在晶界方向上扩散并破坏了晶界的连续性。在实际生产过程中，在冷态下连续铸造工件的生产过程基本上可以避免砷和铜的高温富集范围，并显著降低热轧板上微裂纹的发生频率[2,3]。

2.2 对钢热塑性的影响

数据显示，在35Mn钢中加入砷。利用具有拉伸应力和30MPa的压缩应力的Gleeble试验机检查砷对试验钢的热塑性的影响，可以知道当w（As）为0.029%～0.098%，当温度保持在1100 ℃以下时，砷对待测钢的热塑性几乎没有影响。但是，当温度达到1100℃以上时，所研究的钢的热塑性随着砷含量的增加而显著降低。由此可以证明，钢材中残留的砷含量超过铁中的标准的溶解度时，在氧化物层和金属界面之间形成液相。在热加工过程中拉伸应力的作用下，这些液相将润湿晶界并形成热表面脆性裂纹。

2.3 对钢材其它性能的影响

一些专家使用线性回归分析了砷对60Si2MnA钢力学性能的影响。研究结果显示，砷含量与抗拉强度，屈服强度和破坏后的伸长率之间具有规律性的线性关系。随着砷含量的增加，拉伸强度和屈服强度有所增加，但在失效后的伸长率降低。数据表明，钢中砷浓度梯度不同的样品经过热加工和冲击拉伸试验，砷对提高9Cr2Mo钢的强度不是很有效，但对钢的韧性有显著影响，回火温度越高，下降越明显。

3 钢铁产品冶炼中砷含量的有效控制措施

在冶金和钢铁生产的现代条件下，砷大多没有被去除，并且在冶炼过程中富集，特别是在二次钢加工过程中，这降低了钢的性能特征。因此，研究砷对钢的性能的影响，找出钢中砷含量的允许范围，避免钢的性能恶化，具有重要的现实意义。下文中将对钢铁产品冶炼中砷含量的有效控制措施进行详细的分析和介绍：

3.1 控制原铁矿中的含砷量

首先，为了对钢铁产品冶炼中砷含量进行有效控制，在进行钢铁产品冶炼之前，应当掌握并依据钢铁冶炼的具体工艺和经济条件，最好是能够选择含砷量较低的原铁矿石，以便更加有效减少冶炼过程中砷在钢铁产品的残留量，从源头上，降低高砷含量对钢铁产品性能产生影响的可能性。

3.2 对高砷矿进行烧结工艺处理

为了对钢铁产品冶炼中砷含量进行有效控制，可以选择对高砷矿进行烧结工艺处理。这一方法采用烧结工艺，可以在钢铁冶炼过程中有效地减少砷的残留，控制钢铁冶炼过程中的砷含量，采用适当的烧结工艺，严格控制烧结工艺的环节，具有十分重要的意义。钢的烧结过程如下：首先，通过添加各种粉状铁矿石及适量的助熔剂和燃料进行烧结制备，在烧结过程中可以选择添加一定量的白云石，有助于保证烧结过程的质量。除此之外，适量的混合水能够帮助获得中等尺寸的烧结混合物，对确保烧结矿的质量和提高产量起着重要作用；其次，在烧结操作中，烧结操作分为织物，点火，烧结等环节，该混合物用作另外的底部材料，按照20mm～25mm厚的小块烧结矿。现阶段，用于分配圆辊的机器的织物是最常见的，并且容易进行点火，操作较为简单。在操作期间，确保足够的点火温度，并且通常将点火温度调节在1250℃±50℃。

3.3 严格的控制冶炼条件

为了对钢铁产品冶炼中砷含量进行有效控制措施，还需要严格的控制冶炼条件。在进行钢铁冶炼的实际操作工程中，在钢铁冶炼过程中，每批废钢和还原剂含量略有变化，砷含量相对固定，但在冶炼过程中，钢中砷含量较高。在控制钢中的砷方面起着重要作用。为了严格控制熔化条件，必须从以下几个方面进行操作：首先，要合理控制能耗：在成型电炉中，变压器的输入功率越大，反应热量越低，电路的热效率越低。熔点可以通过增加每单位电荷的功率输入提供，并增加在低压变压器熔化操作时间的功率因数必须被降低尽可能的，即熔融速度应增加和钢熔融和精炼加强最早阶段。第二，省去熔炼炉的种类，尽量减少炉渣的表面积，采取适当的措施填补炉壁深度侵蚀的区域，然后尽量减少套管，确保冶炼效率。第三，降低电弧引起的热量损失和停止加热的时间，确保适当的电极插入深度，最大限度的利用泡沫渣的阻力特性，在铁生产期间保持活性炉渣表面，以便能够更好的保证钢铁产品的质量。

4 结语

关于砷含量对特定钢种相关性能的影响，在已知范围内，很大一部分大钢种的w（As）按GB700-88规定的0.08%的最高标准进行控制，同时还存在一部分的钢铁产品对砷含量进行单独控制，因此，有必要对砷含量对钢的性质的影响进行系统研究，以确定各类钢铁产品中的适当砷元素的含量的控制。相关人员在进行冶炼钢铁产品的实际操作过程中，砷元素的含量存在对钢铁产品的特性产生一定影响的可能性，因此，监测冶炼过程中砷的含量对确保钢铁产品的特性起着重要作用。分析冶炼钢铁产品中砷的趋势，能够为更加有效地控制钢铁冶炼过程中的砷含量提供依据，并采用适当的控制措施，确保冶炼钢铁产品中的砷含量。在钢铁产品进行冶炼的实际操作过程中，每批废钢和还原剂的变化很小，因此，其中砷元素的含量的数值相对稳定，但在冶炼过程中，钢中砷含量频繁变化，通过稳定冶炼操作和设备操作条件，控制冶炼条件对控制钢中砷含量起着重要作用。由此可以采用控制原铁矿中的含砷量，对高砷矿进行烧结工艺处理，严格的控制冶炼条件，富渣操作， 控制钢铁产品中的硅含量等方法进行具体的操作。