何健

（天津天鐵冶金集團(tuán)熱軋板有限公司，河北涉縣056404）

潔凈鋼氧含量的控制

何健

（天津天鐵冶金集團(tuán)熱軋板有限公司，河北涉縣056404）

為減少冶金工藝流程中鋼水中的夾雜物，對(duì)鋼液氧化程度及澆鑄過(guò)程氧含量進(jìn)行控制，通過(guò)在煉鋼工序?qū)︿撘哼M(jìn)行轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)氧含量控制、出鋼控制、精煉爐渣控制，在澆鑄過(guò)程中控制鋼水的二次氧化程度，嚴(yán)格執(zhí)行工藝，保證了鋼液的良好潔凈度，提高了鋼水質(zhì)量，達(dá)到了冶煉純凈鋼的要求。

潔凈鋼；氧含量；鋼包渣；夾雜

1 引言

隨著鋼鐵冶煉技術(shù)的發(fā)展和用戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高，鋼鐵企業(yè)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量控制越來(lái)越精細(xì)化。因此潔凈鋼被定義為：當(dāng)鋼中的非金屬夾雜物直接或間接影響產(chǎn)品的生產(chǎn)性能或使用性能時(shí)，該鋼就不是潔凈鋼；而如果非金屬夾雜物的數(shù)量、尺寸或分布對(duì)產(chǎn)品的性能都沒(méi)有影響，那么這種鋼就可以被認(rèn)為是潔凈鋼。在板坯質(zhì)量分析中發(fā)現(xiàn)鋼中氧伴隨夾雜物出現(xiàn)在各種板坯質(zhì)量缺陷中，尤其是冷軋料生產(chǎn)。通過(guò)控制鋼中氧含量，可以減少夾雜物數(shù)量、尺寸及分布，控制鋼中氧含量是潔凈鋼的重要量化指標(biāo)。本文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐重點(diǎn)闡述鋼液氧化程度的控制及澆鑄過(guò)程氧含量控制。

2 鋼液氧化程度的控制

當(dāng)轉(zhuǎn)爐吹煉到終點(diǎn)時(shí)，鋼水中溶解了過(guò)多的氧，我們稱之為溶解氧[O]溶。我們將鋼水中總氧含量表示為T[O]，鋼水中T[O]含量能夠反映出鋼水純凈度，也就是鋼中夾雜物的水平，一般表示T[O]為：T[O]=[O]溶+[O]夾，因此想要降低鋼中T[O]含量，只能從[O]溶和[O]夾兩方面入手，。分析造成冷軋料表面線狀缺陷和表面起皮缺陷原因，主要在于連鑄坯下含有Al2O3等類型夾雜物。因此想要降低冷軋料表面的缺陷，就要降低鋼中的脫氧夾雜物，而要降低鋼中夾雜物，首先就要降低轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)鋼水氧含量（[O]溶），這是產(chǎn)生夾雜物的源頭；其次，充分發(fā)揮精煉能力促使脫氧產(chǎn)物（[O]夾）的上浮排除；避免鋼水在連鑄澆鑄過(guò)程中的二次氧化。

煉鋼工序鋼液氧化程度控制分為：轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)氧含量控制、出鋼控制、精煉爐渣控制。

2.1 轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)氧含量控制

影響轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)氧含量的因素：由T[O]=[O]溶+[O]夾可知，轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)時(shí)，鋼水中的[O]夾為0，那么T [O]=[O]溶，可知轉(zhuǎn)爐吹煉終點(diǎn)鋼水中的氧含量取決于[O]溶，根據(jù)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)決定[O]溶的因素有終點(diǎn)[C]含量、終點(diǎn)T、終點(diǎn)渣中（FeO）含量。

2．1．1 終點(diǎn)[C]控制

我們通過(guò)對(duì)某廠180 t轉(zhuǎn)爐爐役前、中期終點(diǎn)[C]-[O]溶的數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析。

分析結(jié)果見(jiàn)表1，表2。

表1 某廠180 t轉(zhuǎn)爐前期爐役[C]-[O]對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

表2 某廠180 t轉(zhuǎn)爐中期爐役[C]-[O]對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

通過(guò)圖1可知，理論計(jì)算標(biāo)況下終點(diǎn)鋼水[%C] ·[%O]為0．002 5，而生產(chǎn)中的碳氧濃度值波動(dòng)在標(biāo)準(zhǔn)曲線上下，有的靠近曲線，有的偏離曲線嚴(yán)重。影響波動(dòng)的因素有：終點(diǎn)拉碳槍位、拉碳時(shí)間、復(fù)吹轉(zhuǎn)爐低吹效果、吹煉后期含鐵物料的加入（軋鋼產(chǎn)生的氧化鐵皮，球團(tuán)礦等）。爐役后期[C]-[O]所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)偏離濃度曲線越嚴(yán)重，鋼水中的[%O]溶含量明顯增多。對(duì)照爐役前期和后期的[C]-[O]關(guān)系，隨著底吹透氣性逐漸變差，[C]-[O]所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)波動(dòng)的越厲害。

圖1 某廠轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)[C]-[O]關(guān)系圖

控制措施：根據(jù)[C]+（FeO）→[Fe]+（CO）↑反應(yīng)的熱力學(xué)計(jì)算，當(dāng)溫度為1 630℃時(shí)，C-Fe氧化平衡點(diǎn)為[C]=0．175%，平衡[O]=175×10-6，也就是說(shuō)當(dāng)[C]低于0．175%時(shí)，鋼水將發(fā)生過(guò)氧化。依據(jù)鋼種出鋼要求，終點(diǎn)碳含量越高，鋼中的自由氧越低，可以降低鋼中的夾雜物含量，鋼水純凈度越高。

2．1．2 終點(diǎn)溫度控制

統(tǒng)計(jì)分析了某廠轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)氧含量與終點(diǎn)溫度的關(guān)系，見(jiàn)圖2。

圖2 某廠轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)T-[O]關(guān)系圖

我們?nèi)∞D(zhuǎn)爐終點(diǎn) [C]%含量0．05～0．06，溫度T與鋼水[O]溶的一組數(shù)據(jù)分析。趨勢(shì)線反映出隨著溫度的提升，鋼水中溶解的氧含量在逐漸增多。生產(chǎn)實(shí)踐證明終點(diǎn)溫度控制過(guò)高會(huì)造成一系列的生產(chǎn)問(wèn)題：終點(diǎn)氧含量增高、爐況惡化、鋼水質(zhì)量夾雜物增多等。

控制措施：轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)氧含量隨著終點(diǎn)溫度的升高呈上升趨勢(shì)，將轉(zhuǎn)爐溫度控制在1 680℃以下對(duì)降低終點(diǎn)氧含量是很有益的。

2．1．3 終渣（FeO）控制

轉(zhuǎn)爐發(fā)生C-O反應(yīng)時(shí)，化學(xué)反應(yīng)分為間接反應(yīng)和直接反應(yīng)兩種。

直接反應(yīng)：[C]+[O]→CO↑

間接反應(yīng)：[C]+（FeO）→[Fe]+（CO）↑

轉(zhuǎn)爐吹煉過(guò)程中，當(dāng)鋼水中的C達(dá)到臨界點(diǎn)后C-O反應(yīng)逐漸減緩，渣中（FeO）隨著吹煉的進(jìn)行含量增加，鋼水中的[O]溶也逐漸升高，造成過(guò)吹現(xiàn)象出現(xiàn)。通過(guò)對(duì)某廠轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)C含量在（0．04～0．06）%、底吹爐次進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，終渣（FeO）與[O]溶的關(guān)系見(jiàn)圖3。

圖3 渣中（FeO）與終點(diǎn)鋼水[O]溶的關(guān)系

如圖3所示，渣中（FeO）與終點(diǎn)鋼水[O]溶成正比，隨著渣中（FeO）增加，鋼水中的[O]溶呈上升趨勢(shì)。

控制措施：頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，維護(hù)好底吹系統(tǒng)、確定合理的終點(diǎn)拉碳槍位、減少后期含鐵物料加入量、提高轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)倒?fàn)t一次命中率，這些關(guān)鍵點(diǎn)對(duì)控制終渣（FeO）非常有利。

2.2 出鋼控制

2．2．1 出鋼擋渣控制

一般來(lái)說(shuō)，出鋼時(shí)渣中的氧化性很高（w（FeO+ MnO）=（15%～30%），且化學(xué)和物理特性都不穩(wěn)定，因此應(yīng)嚴(yán)格控制鋼包下渣量，避免造成鋼水二次污染。出鋼擋渣目標(biāo)是控制鋼包渣量＜6 kg/t，渣厚30 mm左右。目前先進(jìn)的擋渣措施有：擋渣標(biāo)車、氣動(dòng)擋渣、滑板擋渣。

2．2．2 脫氧合金化控制

出鋼時(shí)向鋼包中加入脫氧劑和合金，通過(guò)出鋼時(shí)鋼液的機(jī)械攪拌和化學(xué)反應(yīng)，脫氧劑和合金能迅速地降低鋼水中的溶解氧，生成的固態(tài)或液態(tài)脫氧產(chǎn)物（例如：Al2O3、MnO等）作為非金屬夾雜物存在于鋼液中，一般這些非金屬氧化物會(huì)隨著吹氬、造渣等精煉手段逐漸碰撞→結(jié)合→凝聚→長(zhǎng)大→去除。

（1）脫氧合金化控制措施：在出鋼時(shí)確保達(dá)到穩(wěn)定的、低的氧化性。

（2）減少轉(zhuǎn)爐下渣以及渣中不穩(wěn)定的氧化物的影響。

（3）向鋼包渣加入適量、合適成分的合成渣，以得到理想的鋼包渣成分，降低鋼包渣的氧化性。

（4）要以合適的攪拌速率對(duì)鋼水進(jìn)行攪拌，并在澆鑄前確保較長(zhǎng)的夾雜物上浮時(shí)間。

2.3 精煉爐渣控制

在轉(zhuǎn)爐出鋼的過(guò)程中，會(huì)有一定數(shù)量的氧化渣進(jìn)入鋼包，精煉過(guò)程完全脫氧的鋼（SPHC、Q345B）、冷軋料（CCO4、CCO3WL）渣中包含的不穩(wěn)定氧化物（P2O5、MnO、SiO2等）在精煉氛圍下發(fā)生常見(jiàn)的回磷、合金元素?zé)龘p、二次氧化物現(xiàn)象，造成產(chǎn)品性能缺陷和影響連鑄順利澆鋼。

爐渣改質(zhì)：浦項(xiàng)（POSSO）和神戶公司（KOBE）研究表明，冷軋薄板的缺陷隨著精煉結(jié)束時(shí)鋼包內(nèi)渣的（FeO+MnO）含量減少而降低。（FeO+MnO）降低，鋼中T[O]降低，但（FeO+MnO）為7%～8%時(shí)，T [O]變化不大，鋼水-渣反應(yīng)趨近與平衡。控制鋼包渣中（FeO+MnO）含量對(duì)鋼水的二次氧化、鋼水性能起到關(guān)鍵的作用。針對(duì)RH鋼冷軋薄板，國(guó)外將渣中（FeO+MnO）的控制目標(biāo)設(shè)定為小于5%；，國(guó)內(nèi)RH冷軋料處理過(guò)程中（FeO+MnO）保持在7%～8%，鋼中總氧量能達(dá)到0．001 0%～0．001 4%的水平。RH處理冷軋料用鋼的渣中（FeO+MnO）對(duì)冷軋薄板表面缺陷的影響見(jiàn)表3。

表3 渣中(FeO+MnO)對(duì)冷軋薄板表面缺陷影響

數(shù)據(jù)反映渣中（FeO+MnO）越高，板坯表面缺陷越嚴(yán)重。

某廠180 t轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)冷軋料時(shí)鋼包頂渣（FeO+ MnO）含量見(jiàn)圖4。

對(duì)某廠180 t轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的冷軋料加工做了數(shù)據(jù)分析，見(jiàn)表4。

結(jié)合圖4，表4可知，鋼包頂渣的性能對(duì)鋼水純凈度起到至關(guān)重要的作用，其中爐渣氧化性（FeO+MnO）是鋼水二次氧化源。轉(zhuǎn)爐出鋼，爐渣中（FeO+MnO）為18．0%～26．0%，當(dāng)高氧化性爐渣與處理過(guò)的鋼水發(fā)生反應(yīng)，鋼水的純凈度受到嚴(yán)重影響，鋼水中的夾雜物含量明顯增多。這也就是表3反應(yīng)某廠冷軋料缺陷明顯的重要原因。所以，RH冷軋料鋼包中的爐渣必須改質(zhì)，將（FeO+MnO）控制在8．0%以下，才能避免各種缺陷的發(fā)生，提高冷軋料產(chǎn)品質(zhì)量。

圖4 某廠180 t轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)冷軋料時(shí)鋼包頂渣（FeO+MnO）含量

表4 冷軋料缺陷統(tǒng)計(jì)

3 澆鑄過(guò)程氧含量控制

所謂澆鑄過(guò)程的氧含量控制就是控制鋼水在澆鑄過(guò)程的二次氧化程度。鋼水中的T[O]反映了鋼水的純凈度，經(jīng)過(guò)精煉處理的鋼水，T[O]處在一個(gè)相對(duì)低而且穩(wěn)定的水平，為使這種穩(wěn)定狀態(tài)保持到連鑄澆鑄完畢，在連鑄時(shí)必須做到：（1）防止鋼水在澆鑄過(guò)程中發(fā)生二次氧化；（2）通過(guò)中間包、結(jié)晶器進(jìn)一步排除鋼水中的夾雜物。

本文重點(diǎn)討論二次氧化。通過(guò)金相檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)二次氧化物組成復(fù)雜，是多種氧化物復(fù)合夾雜物，由于其尺寸30～300 μm，造成對(duì)鋼材危害程度較大，所以在生產(chǎn)潔凈鋼時(shí)，要最大限度地杜絕鋼水二次氧化。

3.1 澆鑄過(guò)程中的二次氧化源

在連鑄澆鑄過(guò)程發(fā)生的二次氧化有：鋼-空氣、渣-鋼、包襯-鋼、保護(hù)渣-鋼、卷入氣泡-鋼。

3.2 氧化模式

轉(zhuǎn)爐在出鋼過(guò)程中，通過(guò)加入的合金、脫氧劑把轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)的[O]溶降到很低，鋼水中的氧達(dá)到平衡，限制了反應(yīng)的進(jìn)行。連鑄在澆鑄過(guò)程中一旦發(fā)生二次氧化，空氣中的氧源源不斷的供給鋼水，[O]與Al反應(yīng)的同時(shí)，鋼水中的其他元素Si、Mn、Nb等也參與反應(yīng)，造成合金元素?zé)龘p，生成二次氧化物，通常對(duì)于含鋁鋼，鋼水中[Al]的燒損能客觀反映出連鑄保護(hù)澆鑄的情況。我們對(duì)某廠180 t轉(zhuǎn)爐冷軋料澆鑄時(shí)鋼水中的酸溶鋁變化情況進(jìn)行了以下統(tǒng)計(jì)：

判斷鋼包→中間包成分變化，鋼水經(jīng)空氣吸氧后，表現(xiàn)為：鋼水中的酸溶鋁含量[Als]降低，損失的越厲害，表明鋼水的氧化程度嚴(yán)重。從圖5可以看出，該廠[Als]差值變化較大，說(shuō)明連鑄保護(hù)澆鑄存在很大問(wèn)題。

圖5 鋼包[Als]-連鑄中包[Als]變化比較

3.3 防止二次氧化控制措施

目前使用最為廣泛的鋼包→中間包注流保護(hù)澆鑄方法是長(zhǎng)水口+氬封。其中保護(hù)澆鑄的好壞主要取決于鋼包下水口與長(zhǎng)水口的連接。要利用密封裝置和氬封防止空氣的進(jìn)入。如果保護(hù)不好注流，二次氧化形成的夾雜物很難上浮而留在鋼水內(nèi)，造成中包水口結(jié)瘤。

防止?jié)茶T過(guò)程的下渣。鋼包采用恒重操作，應(yīng)提高鋼包的自開(kāi)率和規(guī)范鋼包長(zhǎng)水口的操作，以杜絕鋼水裸澆現(xiàn)象的發(fā)生。

防止結(jié)晶器卷渣。加強(qiáng)對(duì)結(jié)晶器液面波動(dòng)的關(guān)注（波動(dòng)為±3 mm），提高結(jié)晶器鋼水流動(dòng)的穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語(yǔ)

科學(xué)研究表明：鋼中的全氧含量與鋼材的表面缺陷的數(shù)量有著密切關(guān)系。潔凈鋼的冶煉工藝受到普遍關(guān)注。為了得到高質(zhì)量、用戶滿意的鑄坯，需要在煉鋼、連鑄的各個(gè)階段控制好鋼液的氧含量。即使我們每項(xiàng)工作都完成，為了保證鋼液的良好潔凈度，操作者自身也要養(yǎng)成良好的操作習(xí)慣，嚴(yán)格執(zhí)行工藝，這樣才能從根本上提高鋼水質(zhì)量，以滿足生產(chǎn)純凈鋼的要求。

[1]Prof.Dr.-Ing，Klaus Wunnenberg，Dr Stuart Millman，等.潔凈鋼-潔凈鋼生產(chǎn)工藝技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2006.

[2]朱苗勇.現(xiàn)代冶金學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005.

Control over Oxygen Content of Clean Steel

HE Jian
(Plate Hot Rolling Company Limited,Tianjin Tiantie Metallurgy Group,She County, Hebei Province 056404,China)

In order to reduce the inclusions in liquid steel during smelting process,the oxidization of liquid steel and the oxygen content of casting process were controlled．Through converter endpoint oxygen content control,tapping control and refining slag control in steel-making process,secondary oxidization control in casting process and strict process execution,the good cleanliness of liquid steel was ensured and the quality of liquid steel improved,meeting the requirement of clean steel smelting．

clean steel;oxygen content;ladle slag;inclusion

10．3969/j．issn．1006-110X．2016．06．004

2016-08-20

2016-09-06

何?。?981—），男，工程師，主要從事冶煉技術(shù)管理方面的研究工作。