趙大同

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)鋼的需求量也在不斷上升，同時(shí)對(duì)于鋼的質(zhì)量和純凈度的要求也越來(lái)越高。為了滿足這種社會(huì)需求，世界各國(guó)都在設(shè)法提高鋼的純凈度。在當(dāng)前的鋼冶煉水平條件下，通常把鋼材成品中磷、硫、氧、氮、氫的總含量小于0.01%的鋼材為高純凈鋼。但是，在煉鋼技術(shù)的快速發(fā)展中，人們對(duì)于鋼的純凈度水平要求也在不斷提高。為了適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展需求，各生產(chǎn)廠商不斷改善冶煉工藝和設(shè)備來(lái)提高鋼的純凈度，在冶煉過(guò)程中降低鋼質(zhì)中的雜質(zhì)是提高鋼純凈度的有效措施。

一、高純凈鋼的涵義

高純凈鋼是指在鋼質(zhì)中含有極少的磷、硫、氧、氮、氫元素的鋼。非金屬雜質(zhì)對(duì)鋼鐵的質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生很大的影響，同時(shí)非金屬雜質(zhì)的含量及其形態(tài)特征也是鋼鐵冶煉水平的重要標(biāo)志。鋼材中的磷、硫、氧、氮、氫元素的殘留，通常是在冶煉過(guò)程中鋼液凝固時(shí)有害氣體雜質(zhì)偏析濃縮后與金屬元素結(jié)合產(chǎn)生的。雖然說(shuō)鋼材中非金屬雜質(zhì)含量的高低反應(yīng)了鋼的純凈度，但純凈鋼又是一個(gè)相對(duì)的概念，不同材質(zhì)的鋼對(duì)純凈度的要求也有所不同。提高鋼材的純凈度，就是要在冶煉過(guò)程中降低非金屬元素的含量，并對(duì)于非金屬元素形態(tài)進(jìn)行控制。

二、高純凈鋼冶煉工藝

高純凈鋼的生產(chǎn)過(guò)程是通過(guò)先進(jìn)的冶煉工藝和設(shè)備對(duì)鋼材進(jìn)行不斷優(yōu)化提煉的過(guò)程。其基本理念是控制非金屬雜質(zhì)的含量、形態(tài)和尺寸，以得到生產(chǎn)所需的優(yōu)質(zhì)鋼材。其中，主要是控制氧氣冶煉、脫硫和二次精煉，此外，還需采取必要的措施防止外來(lái)雜質(zhì)入侵，如防止保護(hù)渣的再次氧化等。

1.高純凈鋼冶煉過(guò)程中對(duì)氧含量的控制

在高純凈鋼的精煉過(guò)程中可采用頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐來(lái)降低氧的含量，之后可采用無(wú)渣出鋼和利用鋁或結(jié)晶器保護(hù)渣來(lái)降低鋼水脫氧后爐渣的氧位，避免二次氧化。

2.高純凈鋼冶煉過(guò)程中對(duì)硫含量的控制

硫在鋼質(zhì)中通常以硫化物的形式存在，容易導(dǎo)致鑄坯裂紋現(xiàn)象的出現(xiàn)，同時(shí)，還會(huì)影響鋼質(zhì)的抗腐性能，并導(dǎo)致沖擊韌性降低。對(duì)硫含量進(jìn)行控制：一是在冶煉過(guò)程中要對(duì)鐵水進(jìn)行脫硫處理，在此需注意金屬液和爐渣中的氧含量要低；二是在冶煉過(guò)程中要對(duì)鋼水進(jìn)行脫硫處理，這個(gè)過(guò)程包含轉(zhuǎn)爐鋼水脫硫和二次鋼水的精煉，轉(zhuǎn)爐鋼水脫硫可采用加入合成渣脫硫，二次精煉可采用噴粉、加熱造渣和吹氬攪拌等形式脫硫。

三、高純凈鋼冶煉工藝的優(yōu)化

對(duì)鋼冶煉工藝過(guò)程優(yōu)化的目的是提高鋼的性能，降低鋼中磷、硫、氧、氮、氫元素的含量，提高鋼材的強(qiáng)韌性。而對(duì)高純凈鋼冶煉工藝的優(yōu)化，是提高鋼水純凈度最直接、有效的措施。優(yōu)化純凈鋼的冶煉工藝：一是加強(qiáng)在鋼冶煉過(guò)程中對(duì)氧含量的控制，以增強(qiáng)鋼材的疲勞強(qiáng)度；二是降低碳氮含量，以改善鋼的深沖性能；三是增加鋼在冶煉過(guò)程中的除硫量，提升鋼的熱加工性能。

1.在高純凈鋼冶煉過(guò)程中對(duì)氮的控制

（1）采用轉(zhuǎn)爐的控氮方式。利用活動(dòng)煙罩，通過(guò)變頻風(fēng)機(jī)和固定煙罩微正壓檢測(cè)裝置，對(duì)兌鐵、吹煉升溫、吹煉結(jié)束等進(jìn)行微正壓檢測(cè)，在根據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)轉(zhuǎn)爐的分機(jī)轉(zhuǎn)速以及爐口壓力進(jìn)行調(diào)整。其中，爐口壓力必須保持在0～50 mbar，防止碳氧反應(yīng)的減弱導(dǎo)致?tīng)t中一氧化碳?xì)夥諟p弱，而再次吸入空氣導(dǎo)致后期氮含量的增加。在操作過(guò)程中還要加強(qiáng)對(duì)底吹系統(tǒng)的維護(hù)，使吹流量達(dá)到0.015～0.05m3/(min·t)，最后根據(jù)鋼材的種類，選擇合理的底吹模式。此外，還可通過(guò)提高礦石加入量與鐵水比來(lái)降低氮含量。在轉(zhuǎn)爐鋼材出鋼時(shí)，要求出鋼口的形狀要合理，以減少出鋼過(guò)程中氮的吸入。在轉(zhuǎn)爐出站環(huán)節(jié)，在鋼水流入鋼包1/3時(shí)，迅速向鋼包中添加堿性精煉渣，以防止鋼水和外界空氣接觸增加氮含量。

（2）采用RH爐精煉的控氮方式。在此過(guò)程中進(jìn)行去氮處理要滿足蒸汽機(jī)的壓力要保持高于10bar，溫度高于190℃，蒸汽要處于平穩(wěn)狀態(tài)且爐中真空槽要嚴(yán)密。在RH爐中完成合金化的精煉處理之后，鋼中界面的活性元素氧含量較低，利于快速脫氮。另外，還必須在RH浸液管周?chē)M(jìn)行氫封處理，這是因?yàn)楫?dāng)RH下降管的外部壓力大于內(nèi)部壓力時(shí)，其耐材內(nèi)主要是氮?dú)?，而氫封處理能夠抑制鋼液?duì)氮?dú)獾奈铡?/p>

（3）進(jìn)行連鑄控制氮?dú)獾奈?。在長(zhǎng)水口進(jìn)行澆注保護(hù)處理，通過(guò)吹氬氣進(jìn)行保護(hù)，其中氬氣要滿足氣流量30L/min、壓力2.0bar的條件。

2.加強(qiáng)對(duì)轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行脫硫、除磷和含氧夾雜物的控制

（1）對(duì)于高純凈鋼在冶煉過(guò)程中對(duì)于磷的控制主要在轉(zhuǎn)爐中，通過(guò)加入高堿度渣和雙渣的形式使成品鋼中的磷含量平均達(dá)到0.0077%，需注意的是，在出鋼時(shí)應(yīng)使用擋渣鏢來(lái)防止下渣回磷現(xiàn)象。

（2）純凈鋼中脫硫的處理，首先要滿足其高溫、較低的氧化性、高堿度的熱力學(xué)條件。為滿足這些條件，在進(jìn)行脫硫操作時(shí)要控制鋼液中的氧含量，使用混合均勻的堿性渣和鋼渣。但是在轉(zhuǎn)爐過(guò)程中的氧化氣氛使鋼液的脫硫能力減弱，為此可以采用鋼水預(yù)處理的方法降低鋼材中的硫含量（可降至0.001%），在扒渣后將其兌入轉(zhuǎn)爐，以降低水渣中硫?qū)﹁F水的影響。

（3）對(duì)于夾雜物的控制。主要是控制夾雜物含量和性質(zhì)，首先，要?jiǎng)?chuàng)造一個(gè)良好的純凈鋼冶煉環(huán)境；其次，對(duì)于爐渣成分進(jìn)行控制，以便于爐渣隨雜質(zhì)的吸收；最后，做好空氣、爐渣和設(shè)備耐材氧化對(duì)鋼水影響的控制。需要完成以下幾點(diǎn)：一是合理提高碳含量及加強(qiáng)轉(zhuǎn)爐時(shí)復(fù)吹的有效性，同時(shí)還要注意終點(diǎn)鋼水中氧化物的含量；二是在出鋼過(guò)程中，為防止二次氧化要及時(shí)加入頂渣；三是保證出鋼口的良好狀態(tài)以及擋渣鏢的正確安裝；四是保證出鋼鋼包的清潔。

3.二次精煉處理

（1）鋼包頂渣改質(zhì)。鋼包精煉中的渣洗方式，主要是增加全鋁的含量，從而迅速降低頂渣氧化程度，同時(shí)降低鋁的耗用量，提高鋼的質(zhì)量。

（2）對(duì)二次精煉造渣的優(yōu)化控制。二次精煉中的除硫主要是利用加熱造渣、喂線、吹氣攪拌等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，分為防止氧化反應(yīng)，在進(jìn)行此操作時(shí)必須在深度脫氧的情況下進(jìn)行。最精煉造渣的優(yōu)化主要有以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：一是對(duì)于進(jìn)站造渣的厚度進(jìn)行測(cè)量，并根據(jù)相應(yīng)的要求添加適當(dāng)?shù)匿X；二是對(duì)于造渣工藝進(jìn)行合理設(shè)置，通常造渣的pH值為11時(shí)脫硫的效果最佳，因此應(yīng)對(duì)造渣成分合理配置，以達(dá)到脫硫的最佳效果；三是在精煉過(guò)程中要對(duì)正壓操作和底吹流量進(jìn)行合理控制，一般是控制增氮15ppm、增氧30 ppm。

四、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)優(yōu)化純凈鋼的冶煉工藝，在很大程度上改善了冶煉過(guò)程中對(duì)于非金屬雜質(zhì)（磷、硫、氧、氮、氫等）的去除效果，滿足了現(xiàn)代高純凈鋼的冶煉工藝要求，可大幅提高鋼的純凈度，滿足市場(chǎng)對(duì)于高純凈鋼的需求。同時(shí)，純凈鋼冶煉工藝的優(yōu)化還能夠縮短鋼材精煉周期，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，進(jìn)而增加企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

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