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        煉鋼生產(chǎn)中脫氧工藝分析

        2019-10-21 08:54:56梁金鵬
        中國金屬通報 2019年9期
        關鍵詞:工藝生產(chǎn)

        梁金鵬

        (甘肅酒鋼集團宏興鋼鐵股份有限公司安全環(huán)保處,甘肅 嘉峪關 735100)

        1 氧的產(chǎn)生與危害

        在煉鋼生產(chǎn)所產(chǎn)生的鋼液中,氧一般以非金屬夾雜物、溶解氧的形式存在,這種形式主要是由于煉鋼生產(chǎn)中原料的特殊性與吹氧煉鋼生產(chǎn)等造成的。在煉鋼生產(chǎn)中,無論采用何種生產(chǎn)方式,在去除鋼中雜質中,都需要借助于氧氣與這些元素的反應來實現(xiàn),通過氧氣與雜質元素的反應,生成氧化反應物,析出雜質。在吹氧冶煉中,鋼液中氧的含量是隨著其他雜質元素的含量而變化的,二者成負向變化的關系,雜質含量低,鋼液中氧的含量反而較高,一旦沒有進行必要的脫氧處理,含氧量較高的鋼液在冷凝固中,氧會與鋼液產(chǎn)生化學反應,使得其析出FeO,這種反應現(xiàn)象大大降低了鋼產(chǎn)品的質量,使得鋼的塑性降低,極易出現(xiàn)熱脆現(xiàn)象,還會加大其氧化的概率。如果鋼液中含有的氧較多,還會加大硫的危害,使得氧可以與鋼液中的其他物質連續(xù)發(fā)生反應,形成氧化產(chǎn)物,這些氧化產(chǎn)物的出現(xiàn)大大降低了鋼產(chǎn)品的物理與化學性能。

        2 脫氧技術的現(xiàn)狀

        近年來,煉鋼生產(chǎn)中的轉爐煉鋼脫氧工藝中,鋁依然是最常用到的脫氧劑,但是其回收利用率在10%~25%之間,利用效率低,因此,大大提高了煉鋼生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)成本,有些煉鋼企業(yè)為了有效解決此類問題,逐步研發(fā)了一些鋁系的復合脫氧劑,比如硅鋁鐵、鋁錳鐵等。一般情況下,這些復合脫氧劑的密度要遠遠高于純鋁,將其倒入鋼液以后,有足夠的上浮時間,因此,能夠大大提高其回收利用效率,脫氧以后會形成低熔點的復合氧化物,因此,可以達到理想的脫氧效果。鋁脫氧以后,會產(chǎn)生大量的氧化鋁,這種物質的存在會大大降低鋼材的性能,尤其是鋼材的抗疲勞性能。

        3 煉鋼生產(chǎn)中脫氧工藝

        3.1 真空脫氧法

        真空脫氧法需要使鋼液處于真空狀態(tài)下,打破原有鋼液中的碳氧平衡,使得在此過程中,碳元素可以與氧充分反應,生成一氧化碳,析出鋼液中,從而達到脫氧處理的目的。當RH爐真空度在1mbar時,理論上碳的脫氧能力大于鋁的脫氧能力,但實際上,由于RH處理過程中,鋼水與爐渣,及耐材等相接觸,后者會不斷向鋼水中供氧,使[O]升高,此外達平衡值需要很長時間。鑒于此,實際生產(chǎn)中,采用在較高的壓力下(低真空度),通過碳脫氧,將[O]降至一定水平后,再用鋁進行終脫氧,這樣既能節(jié)約了合金,又提高了質量。真空脫氧產(chǎn)物是一氧化碳,該物質對于鋼液的污染較小,而此過程中所析出的一氧化碳氣泡還可以使得反應更為充分,從而達到理想的脫氧效果。此種脫氧方式中,對于石灰與脫氧劑的使用較少,一定程度上實現(xiàn)了煉鋼成本的控制。

        3.2 沉淀脫氧法

        沉淀脫氧法的操作較為簡單,在鋼液中加入脫氧劑,使得脫氧劑可以與鋼液中的氧發(fā)生反應,從而達到脫氧的效果,在這種脫氧方式中,操作極為簡單,具有高效的優(yōu)點,并且此脫氧工藝應用中對于冶煉時間等的影響較小。但是,這種脫氧處理中,對于脫氧產(chǎn)物的排除等的技術性要求較高,如果脫氧產(chǎn)物不能有效排除,就會鋼液繼續(xù)反應,從而造成鋼液的污染。沉淀脫氧法是指將脫氧劑直接加入鋼水,脫氧劑與氧結合生成穩(wěn)定的氧化物,氧化物和鋼水分離不斷的上浮,降低鋼水的氧。鋼中的氧可以看做是以FeO的形式存在,凡是與氧的親和力大于FeO的元素,都能FeO中把氧置換出來,從而生成穩(wěn)定的氧化物,從鋼水中分離出來,上浮到渣中,起到脫氧的作用。

        酒鋼碳鋼薄板廠120噸轉爐生產(chǎn)過程采取沉淀脫氧的方法。卷板類產(chǎn)品一般采取Al脫氧的工藝,因為Al與氧的親和力大于Fe與氧的親和力,使用Al脫氧,可以將鋼水中的氧置換出來,生成Al2O3并上浮。轉爐出鋼過程加入脫氧合金(成分如表1),達到沉淀脫氧的目的,現(xiàn)場隨機抽查100爐鋼水,對脫氧相關數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,具體情況如表2。

        表1 脫氧合金的成分表

        表2 脫氧數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

        通過鋁系合金的加入,可以計算出合金的收得率,反應出脫氧效果及脫氧深度。同時,對于轉爐底吹參數(shù)的優(yōu)化,也可以有效降低鋼水的氧含量,降低脫氧合金的使用量,同時也可以根據(jù)轉爐爐齡合理調整轉爐底吹透氣磚流量,降低冶煉終點自由氧控制水平,進一步降低鋼終點氧含量,提高鋼水純凈度。

        表3 精煉爐擴散脫氧數(shù)據(jù)

        3.3 擴散脫氧法

        擴散脫氧法需要在爐渣中添加脫氧劑,通過此種方式來降低爐渣中氧化鐵的含量,以實現(xiàn)氧化鐵從鋼液到爐渣中的轉移。比如通過人為操作實現(xiàn)氧化亞鐵含量的減少,從而使得鋼液中的氧化亞鐵的自動擴散。因此,從這個方面來講,鋼液中的碳含量并不是影響熔池中含氧量的主要因素,反而是爐渣中氧化鐵的含量才是決定熔池中含氧量的主因。

        具體來講,可以將氧化鐵含量較低的合成渣放入鋼包中,使得其可以與鋼液等加以混合,實現(xiàn)氧化鐵的擴散。擴散脫氧又可以分為爐內(nèi)與鋼包脫氧兩種。前者主要是指在爐渣中添加脫氧劑,這種脫氧方式的優(yōu)勢在于其對于鋼液所產(chǎn)生的污染較小,避免了對合金元素、脫氧劑等的燒損現(xiàn)象,但是,該種脫氧方式的擴散慢、效率低、爐襯壽命短。

        目前酒鋼碳鋼薄板廠精煉爐脫氧工藝主要采用復合脫氧工藝,即擴散脫氧和沉淀脫氧相結合的方式進行鋼水精煉處理,通過采用:渣中氧化鐵+鋼渣改制劑/鋼中Als的方式進行精煉脫氧。根據(jù)現(xiàn)場實際生產(chǎn)情況,通過優(yōu)化脫氧工藝,低碳鋼生產(chǎn)以沉淀脫氧為主,擴散脫氧為輔,中碳鋼提高鋼渣改制劑使用比例,擴散脫氧劑以改質剤為主,鋼中Als為輔。對現(xiàn)場隨機抽樣100爐鋼水進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,精煉爐通過采用擴散脫氧精煉方式,鋼水質量滿足要求。具體數(shù)據(jù)如表3。

        4 結束語

        就脫氧工藝而言,三種脫氧方式各有各的優(yōu)點與缺點,在實際的脫氧工藝選擇上,各個煉鋼企業(yè)需要結合自身生產(chǎn)的實際情況,選擇對自身而言效益最好的脫氧方式,以提升煉鋼企業(yè)的生產(chǎn)水平,實現(xiàn)其經(jīng)濟社會效益。

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