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炼钢四种脱氧方法 李传栻老师谈炼钢过程钢液的脱氧方式

更新时间:2024-10-18 23:38:17

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李传栻老师聊钢液的脱氧方式

钢液中的氧,主要是以氧化物或硫氧化物的形式存在,即以非金属夹杂物的形式存在,这种氧是不可能在脱氧过程中脱除的。此外,就是溶解氧,除了极微量的气体氧外,基本上都以FeO的形式溶于钢液。这里,我们所说的氧,就是溶解氧;脱氧,就是脱除溶解氧。

钢液的脱氧,可以有3种方式。

1 扩散脱氧

定义:不将脱氧剂直接加入钢液中,而将其加入炉渣中,降低炉渣中的FeO含量,使钢液中的FeO向炉渣扩散转移,从而降低钢液中的氧含量。

这种方式脱氧的特点:

优点:脱氧产物溶入炉渣或进入炉气或大气中,不会沾污钢液。

问题:钢液中的FeO向炉渣扩散转移的速度很慢,而炼钢过程中的还原期又不可能很长,FeO在钢液与炉渣两相中浓度分配状况,与平衡状态相距甚远。

[案例]在电弧炉炼钢的条件下,如还原渣中的FeO含量为0.5%,在平衡条件下,钢液中的氧含量应该是0.0025%左右,应该能满足出钢的要求。实际生产过程中,熔炼中碳钢的还原末期,炉渣中FeO含量达到了0.5%的目标值,而钢液中氧含量却在0.005%~0.007%左右,必须进一步脱氧。

实际生产中,不可能完全靠扩散这种方式脱氧,但也不能完全不用这种方式。

电弧炉炼钢过程中,还原期造白渣或电石渣还原,就是典型的扩散脱氧方式。所用的脱氧粉剂按所炼的钢种调配:

◆ 碳含量高的钢种,以碳粉为主,并配用少量硅铁粉;

◆ 碳含量较低的碳钢或低合金钢,以硅铁粉为主,并配用少量碳粉;

◆ 低碳不锈钢和其他低碳钢种,采用硅铁粉和硅钙合金粉的混合物,配合比例通过试验选定。

感应电炉熔炼,熔炼的时间很短,这是不利于钢液中FeO向炉渣扩散转移的因素,但是,感应电流和磁场使钢液发生搅拌,却又是有利于FeO向炉渣扩散转移的因素,因此,即使采用感应电炉熔炼,也不可以忽视扩散脱氧的方式。

炉料熔清后,应该经常向渣面撒上述粉料脱氧剂,并将炉盖盖严,尽量降低炉渣中FeO的含量,实现扩散脱氧。

2 沉淀脱氧

定义:将脱氧剂加入钢液中,使之直接与钢液中的氧结合。

脱氧剂与钢液作用产生的氧化物,密度都小于钢液,不会沉淀,而且,我们还要采取多种措施尽可能地使其上浮,为什么说是沉淀脱氧呢?

因为:自钢液析出氧化物的过程,都属于“沉淀反应过程”。

沉淀脱氧的实施方式:

◆ 将块状脱氧剂直接加入钢液;

◆ 出钢时将小块脱氧剂逐步随流投入钢液;

◆ 用喂线方式加入钢包中的钢液;

◆ 用喷射的方式将粉状脱氧剂加入到钢包中钢液的深处。

采用沉淀脱氧方式的好处:

◆ 脱氧剂直接与钢液接触,可以在很短的时间内完成脱氧作业,缩短熔炼时间;

◆ 简化熔炼工艺;

◆ 降低能耗和各种消耗等。

沉淀脱氧的问题:

◆ 脱氧产物以非金属夹杂物的形态存在于钢液中,污染钢液。

◆ 脱氧元素还可能与钢液中含有的其他成分化合,形成有害的非金属夹杂物。

如果在钢液温度下脱氧产物是液态的,就较易于与钢液分离,上浮进入炉渣。

但是,常用脱氧元素的氧化物中,只有MnO与SiO2复合形成的硅酸锰、CaO与Al2O3复合形成的铝酸钙是液态的,其他氧化物都是高熔点的固体细颗粒,也就是钢中的非金属夹杂物。

夹杂物颗粒自钢液中脱除的程度,主要取决于其在钢液中上浮的速度,上浮速度又与脱氧产物的形状、大小、密度,界面张力、钢液的黏度等诸多因素有关,基本上服从斯托克斯定律。

要特别提到的是:按斯托克斯公式,夹杂物的上浮速度与其半径的平方成正比。也就是说,直径相差1倍的夹杂物,大颗粒上浮的速度是小颗粒的4倍。

采用沉淀脱氧方式,应该了解生成的氧化物夹杂的特性,采取措施,使其尽可能多地自钢液中上浮、排出。对于冶金要求高的钢种,需要相应地采取精炼措施,如:

◆ 搅拌钢液,其中的夹杂物碰撞、聚集的机会增多,有助于夹杂物的脱除;

◆ 将惰性气体引入钢液,使之以微小气泡的形态从钢液的底部上浮,气泡上浮的过程中,不仅可以吸附周边的夹杂物一并排出,钢液中溶解的氢和氮也会向气泡扩散、进入气泡中,随之排出。

3 综合脱氧

实际生产中,不可能单一地采用某一种方式,全都是兼用两种方式脱氧,通常都称之为“综合脱氧”。

电弧炉熔炼时,常规脱氧作业的要点大致如下:

◆ 氧化结束后,保持清洁沸腾约10min,然后扒除氧化渣,此时,钢液温度应比出钢温度高20~30℃;

◆ 扒渣后,立即加入硅锰铁或锰铁和硅铁,进行预脱氧;

◆ 然后,加入造渣材料,根据所炼钢种的碳含量,造电石渣或白渣进行扩散脱氧;

◆ 扩散脱氧期间,每次开启炉门后都应向渣面上撒少量还原粉剂(见扩散脱氧一节),控制炉渣中的FeO含量;

◆ 在白渣条件下出钢,出钢前取渣样分析,其中FeO含量应低于0.5%;

◆ 在出钢过程中或出钢后在钢包中,进行终脱氧。

目前,终脱氧可以有多种方案,常用的有:铝脱氧、铝和钙脱氧、铝和钛脱氧等。要根据现场条件、熔炼的钢种、对冶金质量的要求等各种因素,适当地选取。

用感应电炉熔炼时,大都采用不氧化法。熔炼碳含量低的钢种、磷含量限制严格的钢种,也可采用轻微氧化沸腾的工艺。

脱氧作业的要点如下:

◆ 熔清后(或经轻微沸腾扒除氧化渣、加入新渣料后),使钢液温度略高于出钢温度,加入硅锰铁或锰铁和硅铁,进行预脱氧;

◆ 预脱氧后,钢液在炉内保持期间,应经常向渣面撒还原粉剂,盖严炉盖,尽可能地降低炉渣中FeO的含量,以便钢液中的FeO向炉渣中扩散;

◆ 出钢前,炉渣中的FeO含量应低于0.5%;

◆ 在出钢过程中、或出钢后在钢包中,进行终脱氧。

信息来源:钢铁技术

本文就为大家讲解到这里,希望对大家有所帮助。

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