中频炉炼钢脱氧的控制与应用

邓文波

摘 要 钢水中的氧含量过高在铸钢件中会形成气孔，产生非金属夹杂物，同时会加剧铸钢件的热裂倾向。本文通过对钢水的熔炼、出钢和浇筑过程中影响氧含量的因素进行了分析，并提出一些脱氧工艺的优化。在降低生产成本，降低钢中氧含量的同时提高铸钢件的质量。

关键词 铸钢件;中频炉炼钢;脱氧;工艺;控制

引言

随着科學技术的不断发展，铸钢件不断更新换代，对铸钢件的质量要求也越来越高。而氧及其在钢中的存在形式对钢件性能有很大的影响[1]。进而钢水脱氧工艺也在不断发展，它是铸造铸钢件中必不可少的精炼环节，其中脱氧剂的加入时间、种类、加入量的选择至关重要，不但提高钢件的质量，同时也是对成本的控制。

1氧的来源分析与控制

从进料、熔化、升温、出钢、浇注等整个生产过程，氧一直被吸收。我们普遍把出钢时候的钢水氧化叫二次氧化，那么在原材料的熔化和升温等在中频炉里的氧化叫一次氧化，在浇筑过程中的钢水氧化叫三次氧化。

一次氧化过程中氧的来源为原材料带入，主要是生锈的废钢和合金，及金属材料中的不干净物带入，其次是熔化原材料和熔化完之后的升温过程中，钢水裸露在空气中吸收空气中的氧而氧化。为减少吸氧，必须确保原材料干净、干燥，避免直接吸氧，同时在加料熔化的过程中，先加小块厚料，待熔化到三分之一到二分之一时再加入薄料，不但可减少一次氧化的程度，同时可以加快原材料的熔化速度，提高生产效率。

二次氧化和三次氧化主要是在出钢和浇注时钢水裸露在空气中，因高温而迅速被烧损而吸氧。因此缩短出钢时间和浇注时间可有效降低氧化程度，同时保持钢流的圆柱形态，减少与空气的接触面积也可大幅降低钢水氧化[1]。

2脱氧时间的选择优化

根据三次氧化阶段，脱氧时间可大致确定在以下几个时间段：一是在所有原材料熔化完毕之后，化学成分化验合格，温度达到出钢要求即可进行脱氧操作。此时间段脱氧的优点是利用钢水在中频炉中的沸腾，使钢水脱氧均匀充分，并把脱氧产物带到钢渣下，被钢渣吸收，降低钢中的脱氧产物含量。此时间段脱氧是大部分铸造厂所选择的，也是一般对铸件要求不高或没有炉外精炼手段的铸造厂所采用的脱氧方法。

二是在出钢的过程中或钢包进行脱氧。脱氧剂的加入可以是出钢时加入钢包中，也可以是在钢水出到三分之一时加入，也可以是出完钢水之后加入，加入时间不同，脱氧剂的有效利用率也不同。

以下是各时间段用纯铝脱氧效果统计[2]：

虽然在出钢前进行脱氧的效果也不错，但考虑到钢水还要二次氧化和三次氧化，总体脱氧效果还略显不足，但从成本上考虑，此法仍是一个不错的选择。目前通用的做法是出钢1/3时进行脱氧，等钢水出完之后，再进行底吹氩技术，充分地进行脱氧并把脱氧产物排到钢水与保温渣之间，有利于保温渣吸收脱氧产物，净化钢水，提高钢水的纯净度。

对要求更高、产量不大的铸件，还可以在真空中进行浇注，避免钢水的三次氧化[2]。

3脱氧剂种类与选用

金属锰是一种比较弱的脱氧剂，锰脱氧时产生的MnO易溶于FeO中，可以形成一种MnO-FeO的共熔体。

用硅脱氧时，脱氧产物SiO2熔点为1710℃，在炼钢温度下呈固态。

用硅锰同时脱氧，生成的脱氧产物SiO2与MnO结合形成熔点较低的复合氧化物，一方面降低SiO2的活度，提高硅的脱氧能力，使钢中氧含量降得更低，脱氧更完全，即锰提高了硅的脱氧能力，说明复合脱氧剂的脱氧能力比单一脱氧剂的脱氧能力强。另一方面生成的复合氧化物在炼钢温度下呈液态，从而使它们更易于聚集长大和上浮，有利于脱氧产物的排除。

基于复合脱氧有利于提高脱氧能力，同时形成的脱氧产物是复合化合物，易于上浮排除，于是人们开发出了一系列的复合脱氧剂，主要以硅铝基、硅钙基和硅钡基的复合脱氧剂。

硅铝基以Si-Al为主，再加入其他的少量金属元素，如Mg、Ti、Zr、Re、Mn、V等，或者他们的两种、三种的复合合金。目前以SiAlFe和SiAlBaFe合金使用最为广泛。

硅钙基以Si-Ca为主，再加入其他的少量金属元素，如Mn、C、V等，或者它们的两种、三种的复合合金。目前以SiCaCFe合金使用最为广泛。

硅钡基以Si-Ba为主，再加入其他的少量金属元素，如Ca、Mn、C、V等，或者它们的三种、四种的复合合金。目前以SiCaBaFe合金使用最为广泛。

采用硅铝基脱氧剂，其中铝对氧的亲和力强，是作为终脱氧的主要成分。但是钢中加入过多的铝，会降低钢水的流动性，在浇包水口中易“结瘤”，从而堵塞水口。

由于钙与钡有互溶性，从而提高钙的脱氧能力，同时使用钙钡合金脱氧还可以防止钙合金脱氧时易出现的爆炸、飞溅等现象。

4脱氧剂的加入量

复合脱氧剂的加入量视各工厂的工艺特点和钢种牌号不同而定，大量的数据证明，使用复合脱氧剂中含有钙与钡的合金作用更好，含钡量15%左右为宜。用于终脱氧的复合脱氧剂加入量一般为纯铝加入量70%，特殊情况下可加到纯铝量的1.2倍。

5结束语

总之，从各工序对氧进行严格控制，并在终脱氧时选择合适的复合脱氧剂不但能提高铸件的质量，还能降低生产成本。

（1）使用优质原材料和合金，减少材料带入的夹杂，同时，材料必须烘烤干燥，防止水分随材料进入。

（2）做好出钢前的后期挡渣，减少钢包中的渣量。

（3）选择优质的脱氧剂及合适脱氧时间，改善夹杂物的形态以利于夹杂物积聚上浮而进入渣中。

（4）保证吹氩的时间和合适的供气量以及一定的钢水镇定时间，促进钢水中气体和夹杂物上浮排出。

（5）保护浇铸，防止钢水的三次氧化。

参考文献

[1] 李伟，倪红卫，张华，等.钢液脱氧工艺的发展状况分析[J].过程工程学报，2009，9（x1）：443-447.

[2] 催涛.钢液终脱氧综述[J].煤矿机械，2006（5）：734-735.