电弧炉炉内脱氧工艺的选择与优化

电弧炉炉内脱氧工艺的选择与优化

陈兴

邢台德龙机械轧辊有限公司河北邢台054000

摘要：随着钢铁市场竞争日趋激烈，各类钢铁企业对产品质量和产品成本控制更为广泛，必须不断改进生产工艺，不断提高产品质量，不断降低产品的生产成本，使钢铁企业长期占据市场优势，炼钢生产会接触氧气,因此需要研究氧气炼钢和氧气生产钢铁产品的危害，有效地提高钢液脱氧处理的有效作用。在保证钢铁产品质量不断提高的同时，还必须不断降低成本，使得钢生产逐步提高效率。

关键词：产品质量；电弧炉；脱氧工艺

前言

当今钢铁的生产工艺大体可以分为两大流程：从矿石到钢铁的“长流程”和从废钢到钢铁的“短流程”。“长流程”是以铁矿石、焦炭等为原料，采用烧结炉、高炉和转炉等设备生产钢铁的过程；“短流程”则是利用废钢为主要原料，采用电炉（电弧炉、中频炉等）设备，进行废钢重熔精炼的工艺过程，其中电弧炉的应用最广泛，因此“短流程”通常指电弧炉炼钢。目前我国炼钢企业中，转炉炼钢仍然占据主导地位，而电弧炉炼钢仅仅占炼钢总量的6％左右，远远低于世界平均水平。随着我国废钢产量的增加以及电力成本的降低，我国电弧炉炼钢产量有很大的成长空间。

1我国电弧炉炼钢的发展概况及市场形势

世界上第一台电弧炉是由法国人于1899年发明，然而我国真正开始大力发展电弧炉则是在上世纪80年代末90年代初，特别是1993年“当代电炉流程和电炉工程研讨会”在上海召开后，我国电弧炉炼钢的技术和产量都不断提高。从1996年到2014年，电弧炉产量逐渐提高，然而粗钢总产量的增长速度却要明显快于电炉钢的产量，尤其是2000年之后，中国粗钢产量迅猛发展，使得我国电炉钢的比例反而下降，从1996年接近20％降低到6％－8％。在2015年，我国粗钢及电炉钢产量都有所降低，尤其是粗钢产量在近年来首次出现了负增长。这一年电炉炼钢的比例也降低到了6.1％。近十年来世界粗钢及电炉钢的产量都略微有所增大，电炉钢的比例一直维持在30％左右，这一比例远远高于我国。在世界电炉钢产量较高的国家中，美国、印度的电炉钢产量超过5000万吨，电炉钢比例都超过了60％，埃及虽然电炉钢产量只有600多万吨，但是电炉钢比例高达92％。

2脱氧技术的现状

在炼钢的过程中，硅是最早的脱氧物质，硅的产生造就了镇静钢。而运用硅来脱氧的缺点在于其脱氧能力较低，容易产生脱氧不完全以及钢材皮下气泡过多的情况；通过硅来脱氧，钢当中会夹杂大量的大型硅盐酸，进而会对钢材的运用性能造成不良影响；而脱氧所生成的SiO2属于一种酸性物质，会导致钢水出现回磷以及回硫的情况。在20世纪30年代，电解铝技术等相关工艺逐渐成熟，且铝价较低，因此出现了铝脱氧技术，掀起了炼钢脱氧的一场技术革命。美国是最早应用铝来作为脱氧剂的国家，主要得益于铝在脱氧方面的能力较强，能够让钢水当中的氧脱至到极低的水平。铝脱氧和硅脱氧相比之下，前者除了能够有效提升脱氧效率之外，还能够减少钢中所包含的SiO2，同时由于氧化铝属于中性物质，所以不会降低钢渣碱度，也不易引发钢水回磷以及回硫的情况。当前，铝依然是国内外炼钢厂所运用的主要脱氧剂。但因为铝的比重较低，且在回收率方面也不高（约为10%～25%左右），使得炼钢成本偏高，为了能够有效提升铝的利用效率，钢厂先后研制出了硅铝铁、铝锰铁、硅铝钡等铝系复合脱氧剂。其中，铝系符合脱氧剂在密度方面要比纯铝的密度高，将其倒入钢液当中上浮时间较为充足，进而有利于提升利用效率，并且脱氧产物所构成的低熔点复合氧化物，为脱氧产物的有效清除创造了有利条件。其次，铝脱氧所形成的氧化铝会对钢材的性能造成不良影响，尤其是对其疲劳性能等的影响较大。为了能够有效解决这一问题，逐渐产生了可以对夹杂物形态予以改变与控制的非铝系复合脱氧剂。非铝系脱氧剂主要为硅和钙，钡和钙以及钙、硅、钡的综合运用等。主要是由于钙的蒸气压高、沸点低，在铁液中的溶解度小，难以在高温钢液中发挥有效作用，因而常常与硅，钡等元素一起使用。

3炼钢生产中电弧炉炼钢脱氧工艺

3.1炉渣脱氧法

还原期脱氧通过调整还原渣的碱度和还原度，实现白渣脱氧炼钢，达到脱氧、提高钢水纯净度，提高钢水质量的目的。根据扩散脱氧的原理，在一定的温度下，钢液中氧和炉渣中氧的浓度比是一个常数，用还原剂将渣中氧还原，降低其浓度后，则钢液中的氧就不断地向炉渣扩散，从而达到脱掉钢中氧的目的。扩散脱氧的过程是比较慢的，需要有一定的时间。因此，用白渣扩散脱氧如要脱氧良好，必须让钢水在白渣下保持一定的时间，使钢水中的氧气充分扩散到炉渣中去。白渣是电弧炉炼钢中常造的一种碱性渣，炉渣冷却后呈白色。白渣的碱度高（pH值在3~4之间），氧化铁小于0.5%，氧化钙在60%左右。好的白渣在炉中发生泡沫，冷却后会变成粉末状。白渣下钢水中的氧向渣中扩散，减少了钢中氧的含量。白渣极易与钢水分离而上浮，不致污染钢水，所以白渣下出钢对减少钢水氧含量，提高钢水纯净度有十分重要的作用。主要工艺措施包括：尽可能脱除渣中FeO、MnO，使顶渣保持良好的还原性。使渣碱度控制在较高程度，防止精炼渣中SiO2还原;经取样化验平均渣碱度控制在3.5左右。采用CaO-Al2O3系渣，并将精炼渣成分调整到易于去除Al2O3夹杂物的范围。合适的搅拌强度。为防止炉渣卷入和钢水裸露，一般采用较弱的搅拌方式。目前使用的主要脱氧剂：电石、碳化硅、碳粉、硅钙粉。在电弧炉精炼过程中，加入一定量的脱氧剂，造白渣，经取大量渣样化验，渣中FeO+MnO<1.5%。采用所开发的合成渣及相关脱氧工艺，已满足T[O]≤15×10-6低氧硬线钢的生产要求。

3.2沉淀脱氧法

沉淀方式的脱氧方法使用起来非常简单，企业操作也更加方便，可以把脱氧剂直接的加入到钢液当中，发生脱氧的直接性反应，生成脱氧物，以此达到一种氧化于钢液快速分离的脱氧目的。这种方式的脱氧率非常高，在时间上使用也比较短暂，对炼钢不发生影响。沉淀方式的脱氧法也存在一定的劣势，就是在脱氧剂能力方面以及脱氧物的排除方面有非常高的要求，若是脱氧物不能上浮，也不能很好的排除，那么就会让钢液有氧化亚铁的还原产生，还会产生新的氧化物之，对钢液产生污染性作用。因此此种方式的使用需要进行斟酌，了解炼钢的实际情况再去使用，避免对钢液产生直接性的污染。

3.3扩散脱氧法

扩散脱氧法指的是在炉渣当中添加脱氧剂，以此来降低炉渣当中所包含的氧化铁含量，通过分配定律的作用来让钢液当中的氧化铁转移到炉渣当中。例如，人为降低氧化亚铁，那么钢液当中所包含的氧化亚铁就会扩散到炉渣当中。所以，钢液的含碳量并非是决定熔池当中含氧量的主要因素，而是炉渣当中所包含的氧化铁含量。将氧化铁含量不高的合成渣放入盛钢桶当中和钢液进行混合，也可以达到相同的效果。因此扩散脱氧又可以分为炉内脱氧以及盛钢桶内脱氧。其中，炉内脱氧指的是，在炉渣当中增添脱氧剂时，通常会和碳、铝以及硅等配合运用。炉内脱氧的主要优点在于能够减少脱氧产物对钢液的污染，同时能够减少对合金元素以及脱氧剂的烧损。但这一方法存在着扩散速度以及生产效率较低、炉衬寿命不长的缺点，而在运用强脱氧剂的过程中，则容易出现回磷的情况，进而损耗更多的脱氧剂，且必须粉碎脱氧剂；在盛钢桶内进行扩散脱氧时，由于熔池内炉渣和钢液接触面积较小，所以会降低扩散脱氧的速度，这就需要采取合成渣洗的方式，让合成渣和钢液产生搅拌作用，使接触面积能够得到增加，以此来提升反应速度。

结束语

总体来讲，使用沉淀脱氧方式，在设备以及工艺流程上还非常简单，但是所得到的效果却是差强人意，使用扩散的脱氧方法在脱氧上比较彻底，但是在时间上使用比较多，速度非常慢，使用炉渣脱氧方式，效果突出，但是在设备使用和操作方式上需要有更多更高的要求。因此每一种方式都各有优缺点，每一种方式的使用也需要按照生产的实际情况，对脱氧进行充分的研究，进一步提升效率、效果，减少炼钢过程中脱氧的成本，还需要在竞争激烈的市场上提升钢铁的质量和强度，增加经济效益，创造更多的有利条件。

参考文献

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