转炉炼钢脱氧工艺的优化方法分析

于文浩

（青岛特殊钢铁有限公司，山东 青岛 266000）

当下我国钢铁行业应进行适当创新，对传统工艺进行优化改良，从而达到控制成本强化炼钢质量的目标。尽管氧在固态铁中的溶解度非常小，但仍然会由此形成夹杂物，对钢材的性能与质量造成直接影响，所以需要借助脱氧工艺，降低炼钢过程中的氧含量。目前可选择的脱氧工艺种类较多，而每种工艺的使用方法不同，为了提高脱氧效果应注重改良优化，根据实际情况选择脱氧工艺，并按照钢种、要求制定优化方案，对炼钢成本进行有效控制，促使产品质量逐步提高，为钢铁企业的发展奠定良好基础。

1 转炉炼钢脱氧工艺分析

转炉炼钢过程中生铁中含有的碳元素，往往会形成氧化现象，并因此精炼出质量较高的钢。不过钢液中存在溶解氧属于相对常见的现象，大多来自于吹氧炼钢与原材料等因素，如果想要将钢液中的硫、磷等元素控制在合理范围内，必须利用大量氧气并产生氧化反应，也可以借助氧化合物分析出更多杂质。在转炉炼钢中使用脱氧工艺，是减少含氧量的重要途径，避免钢液中氧的生成，若不及时处理必然会对连铸坯凝固组织结构与稳定性造成影响。其次钢塑性也会有所降低，最终引发热脆促使钢产品进入氧化物，自身的力学性能将会因此大大降低，并且还会造成一氧化碳气泡，同样会影响密度、强度。由此可见脱氧工艺具有非常关键性的作用，转炉炼钢也不得不借助脱氧剂来提高生产质量，脱氧剂在使用过程中能够与钢液形成化学反应，让钢液与含有的氧进行分离。

当下我国在脱氧工艺上有很多种类，如扩散脱氧、沉淀脱氧等，都能达到不俗的脱氧作用，主要根据实际情况选择针对性的方法，尤其是钢产品的种类，会作为脱氧工艺选择的基础条件，以此来达到预期的脱氧效果。

2 转炉炼钢脱氧工艺问题与氧的产生

2.1 转炉炼钢脱氧工艺问题

目前，我国转炉炼钢水平有了很大提高，不过脱氧工艺的使用仍然不够完善，存在影响生产质量的问题和缺陷，导致钢产品强度与硬度达不到要求。比如在普通碳钢脱氧时，大多会通过加入硅铁、锰铁等，实现脱氧合金化目标，在这个过程中必须要与钢液结合，同时在精炼前应适当使用铝粒，确保达到脱氧效果。传统脱氧工艺的合金收得率为80%～90%，并且会在过程中消耗大量铝合金材料，同时采取了一部脱氧方法，导致锰、铝无法做到循环利用，因此很多企业不得不进行调整，在提高土壤效果的同时增强合金回收效率。从实践来看每种脱氧工艺都有不同缺陷，应采取针对性的优化措施，这样才能提高脱氧工艺的经济性，最大程度保障炼钢效率和质量，因此必须基于精炼的角度，对脱氧工艺展开优化完善。

2.2 转炉炼钢中氧的产生与危害

溶解氧、非金属杂物是氧的两种主要存在形式，在转炉炼钢过程中氧的形成与原材料、吹氧环节有关，由于炼钢过程中必须清除碳、硅元素，因此会使用吹氧的方法，借助氧化反应清除杂质。由此可见氧的作用非常显著，尤其是吹氧这个步骤必不可少，在氧化杂物含量高的条件下，必然会消耗大量氧气才能达到清除效果，这也会引起钢液含氧量增加的副作用。如果没能及时处理减少含氧量，在钢液凝固时就会产生氧化反应，形成氧化亚铁造成质量问题。

其次需要注意氧气、硫元素能够产生化学反应，导致钢液中出现氧化硫物质，降低钢产品的力学性能，而氧同样会与碳出现化学反应，并形成一氧化碳造成钢产品物质疏松化的情况，成品钢的密度、强度远远达不到要求，因此转炉炼钢过程中氧的危害很大，并且会影响经济效益。

3 转炉炼钢脱氧工艺的优化方法

3.1 沉淀脱氧工艺优化

在转炉炼钢过程中即使接近结束，钢水之中仍然会留有氧，因为转炉炼钢本身就属于氧化过程，而其中的氧也被称为溶解氧。这是转炉炼钢比较常见的问题之一，大多数脱氧工艺都会留有不同的溶解氧，所以需要对土壤工艺进行优化，从而达到最佳的脱氧效果。在沉淀脱氧工艺中，应利用钙系脱氧剂作为优化方法，因此要对钙系脱氧剂进行有效分析，钙其实属于第二主族元素，可以和很多其他元素进行结合，而钡与钙属于同族元素，若在硅铝铁前使用适量钡，就会形成硅铝钡，促使转炉炼钢脱氧能力大大增强。

当然与之相比钙的脱氧能力会更高，两者的摩尔质量为1:3.43，从比值上就能看出两者存在巨大的差距，如果想要达到1kg 盖的使用效果，那必须加入3.43kg的钡。不过钙在应用过程中溶解度存在限制问题，比如即使铁液达到1600℃的高温，其溶解度仍然不高大多为0.03%，同时固态铁中钙无法被顺利溶解，另外钙的蒸汽压力非常高，这也是相对关键的因素，如果直接以钙作为脱氧剂，必然会造成消耗量大的问题，提高转炉炼钢脱氧成本。

由此可见钙是比较好的优化元素，不过应解决溶解问题，通过研究可以在添加钙之前，使用碳、硅、铝等，大多数情况下1%的碳，就能增强1 倍钙溶解度，在使用过程中应将钙合金制作成不大于15mm 的颗粒状态，若体积太大溶解过程中会受到边界扩散影响，无法达到预期的溶解状态，并且浪费大量钙元素，因此要通过减小体积的形式，增强钙的溶解度。

3.2 脱氧剂工艺优化

通过实验研究在转入炼钢过程中，每1t 钢材量必须要加入1.2kg 钙系脱氧剂，使用时应该在出钢前加入到钢包内。以往大多采用一步脱氧的方法，按照提前制定好的顺序依次放入各类元素包括铝合金、硅铁等，就能达到脱氧效果。不过传统一步脱氧仍然存在诸多问题，比如各类元素回收率较低，同时无法循环利用所以大大降低了脱氧效率。为了优化脱氧剂的使用，当下应采取两步式脱氧，第一出钢时添加焦炭与钙系脱氧剂，第二介入锰、硅等合金，以此来实现优化脱氧效果的目标。在实践生产中可以看出，两步式的脱氧剂使用方法，有利于增强合金回收率，同时能够大大降低三氧化二铝的形成率，出水口堵塞的问题将会得到改善[1]。

3.3 真空脱氧工艺优化

真空脱氧也是比较常见的工艺，在应用过程中通过抽真空的方式，促使钢包内形成显著的真空状态，这样钢液就会产生碳氧失衡现象，并因此产生CO 促使钢液中原本的CO 溢出，最终达到良好的脱氧效果。另外在真空脱氧工艺中，需要利用氩气处理的方法，通过吹入钢液借助搅拌增强碳氧失衡速度，这样就能快速形成CO。

由于CO 属于脱氧产物，并不会对钢液造成污染问题，还会起到适当的强化效果，大大提高了转炉炼钢脱氧能力，而真空脱氧工艺的优化，减少了石灰、脱氧剂的使用，对炼钢成本进行有效控制[2]。

3.4 扩散脱氧工艺优化

扩散脱氧剂目前在转炉炼钢中使用较为广泛，主要借助脱氧剂起到脱氧效果，大大减少氧化铁含量，另外借助分配定律将氧化铁从钢液中有效转移。在脱氧过程中人为降低FeO，就会起到FeO 扩散到炉渣内的效果，由此可见熔池内含氧量和钢液碳含量并没有太多关联，反而与炉渣氧化铁含量息息相关[3]。当下扩散脱氧工艺主要采用了硅铁脱氧剂，同时搭配碳、硅、铝，在使用效果方面具有很多优势，例如钢液不会轻易被脱氧产物造成污染，另外脱氧剂、合金元素的消耗也会因此降低，缺点则为扩散速度有限，无法保证生产效率，若更改为强脱氧剂进行优化，不仅会出现回鳞等现象，还会造成脱氧剂的浪费。因此可以替换为钢桶采取扩散脱氧工艺的形式，虽然这个方法同样对钢液、炉渣接触面积有所限制，同时会影响扩散速度，但通过搅拌作用就能得到改善，有利于提高脱氧反应，目前该优化方法在很多钢铁厂中运用，具有非常好的脱硫与脱氧效果[4]。

3.5 普碳脱氧工艺优化

为了能够改善脱氧工艺的缺陷，降低脱氧合金消耗问题，可以针对普碳脱氧工艺展开优化，传统工艺在应用过程中，大多出钢时添加FeMn、FeSi、AlMnFe 等，以此来展开脱氧合金化，在晶面处理过程中需要注意根据实际情况进行改进，在脱氧没有达到标准要求时应加入铝粒，精炼搬出前再次利用铝粒对脱氧效果进行调整，促使脱氧度满足炼钢需求。该方法的缺陷就在于Mn 与Si 等合金的收得率非常低，Al 消耗量得到增加，Al2O3生成量明显加大。

在优化过程中需要按照顺序添加焦炭、CaC2、FeMn 等保证达到脱氧合金化效果，另外通过使用铝粒可以对脱氧度、Als 含量进行控制，并且避免了脱氧过程中铝合金消耗超标的现象，其次对各个合金的添加顺序进行更换，可以看到合金收得率有所增加，并且Al2O 的生成量有所降低，在节约成本方面具有显著优势[5]。

3.6 低碳脱氧工艺优化

该工艺需要依次添加AlMnFe、FeMn，从而达到脱氧的目标，在其他成分合金化处理过程中，可以适当调整脱氧度、Als 含量，精炼时需要注意按照脱氧情况展开优化处理，比如在脱氧度无法达到标准时，应适当添加铝粒。该方法的缺陷在于Mn 系合金收得率相对较低，AlMnF 合金利用率低，并且有着较大的消耗量，同时Al2O3生成量大，连铸注浇时Als 损失大，最终存在较高的氮含量。

在转炉炼钢过程中，必须改变以往的添加顺序，如焦炭或CaC2、AlMnFe 等以此来达到更好的脱氧效果，脱氧剂的使用应参考出钢后罐内含氧量，大多数情况下200×10-6～400×10-6之间应加强控制，出钢后喂铝线并吹氩3 分钟，C、Mn、Nb 等合金化处理，需要注意在首次脱氧调整后进行，从而达到减少合金消耗的效果，合金收得率必然会有所提升，同时避免了钢包渣的氧化性，有效减少了Als 的损失。

3.7 RH 低处理脱氧工艺优化

在RH 低处理脱氧工艺中，出钢时按照顺序加入铝锭、FeMn 进行脱氧处理，随后进行Cr 等成分的合金化。钢方法的缺点在铝锭消耗量非常大，并且出钢过程中脱氧度强，导致钢液中氮含量有所增加，连铸浇筑过程中钢水的Als 损失明显。优化后将工艺更改为，转炉出钢时按照顺序添加焦炭或CaC2，脱氧合金添加量按照400×10-6～600×10-6之间展开控制，根据钢种进行喂铝线处理，将其中的含氧量控制在合力范围内，结束后应吹氩3 分钟左右，添加适当的铝制球渣、还原剂。通过优化整个工艺流程，大大减少了钢包顶渣氧化性的问题，并且连铸坯浇注时Als 的损失得到控制。

3.8 超低碳脱氧工艺优化

该工艺的优化需要按照顺序加入焦炭、CaC2等，再进行后续的脱氧，需要注意脱氧合金的使用量，必须根据出钢后罐内含氧量来决定，大多数情况下会以600×10-6～800×10-6之间的标准进行调整。为了调整出钢后的含氧量应及时喂铝线，按照钢种要求即可，喂铝线结束后应吹氩3 分钟左右，并加入由铝制作的球渣以及脱氧剂。

4 结语

转炉炼钢需要使用铁水、废钢等材料，在不依靠任何外加能源的条件下，通过钢液本身的物理热特点，包括组分间化学反应形成的热量最终完成炼钢过程。不过转炉炼钢中脱氧工艺的使用非常重要，目前有很多脱氧工艺方法可以选择，除了要使用针对性的脱氧工艺以外，必须进行适当优化提高炼钢质量。脱氧工艺的使用能够有效清除炼钢中形成的杂质，同时改善钢水流动性，因此企业必须加强脱氧工艺设计，采取更加可靠的工艺提高精炼能力。