炼钢过程中氧含量的探讨.pdf

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山西科技SHANXISCIENCEANDTECHNOLOGY2009年第3期5月20日出版应用技术炼钢过程中氧含量的探讨姚国平（太原重工铸锻分公司炼钢厂，山西太原，030024）摘要：

炼钢过程中，就氧含量问题经过1年的试验研究，并结合有关专家的观点，探讨了氧含量的变化过程。

在冶炼操作中通过控制影响氧含量的主要因素控制钢中含氧量，从而得到优质钢。

关键词：

氧含量；碳氧关系；碱度；FeO中图分类号：

TF7612文献标识码：

A文章编号：

10046429（2009）03014403整个炼钢过程，就是一个氧化还原过程。

熔炼开始就有意向熔池供氧，增加钢、渣中的氧含量。

随着熔炼过程的进行，又采取各种不同的方法，减少钢、渣中的氧含量，以便使成品钢中的氧含量达到最低限度。

所以在整个熔炼过程中，氧是炼钢的助手，通过它来氧化掉不需要的物质，排除钢中的有害气体，提高钢水温度，从而保证冶炼过程的正常进行。

但是，钢中氧又是影响钢的使用性能的有害元素，影响着钢的质量和使用寿命。

因此氧又是有害物质。

为此又要千方百计的将钢中的氧含量降低到最低限度。

故每一个炼钢工作者必须系统了解氧在整个熔炼过程中的行为，主动控制熔炼过程。

使氧能充分发挥其炼钢助手的作用，又能使钢中的氧含量达到最低限度，保证熔炼出优质钢。

本文将系统地探讨炼钢过程中氧含量的变化及其对冶炼操作的影响。

1影响初炼炉（E8T）熔炼过程中钢水氧含量的各种因素钢水中的各种元素，因为和氧亲和力的大小不同，对钢水中的氧含量有着不同的影响。

熔炼开始时，在当时的温度下，和氧亲和力大于碳的元素，首先被氧化。

所以当钢水中这些脱氧能力强的元素含量较高时，钢中氧就决定于这些脱氧元素的含量。

随着这些脱氧元素很快被氧化，钢水中这些脱氧元素为微量时，钢中的氧含量就主要决定于钢水中的含碳量。

以后的整个熔炼过程中，在脱氧元素加入之前。

钢水中的含氧量都主要决定于钢水的含碳量。

碳的氧化受当时供氧速度的影响，所以钢中的氧含量同样也受着当时钢渣温度的影响。

炉渣碱度、熔池深度、炉底状况、供氧能力都影响着当时钢水中的氧含量。

2碳、氧反应平衡条件的讨论钢水中的氧含量决定于钢水中的碳含量。

讨论碳、氧平衡条件，以及影响碳氧平衡条件的因素，才能了解熔炼过程中钢氧含作者简介：

姚国平，男，1973年9月出生，1996年毕业于太原理工大学，工程师，030024，山西省太原市收稿日期：

20090315144量的实际情况。

在炼钢过程中，碳、氧反应是按下列反应式进行的：

c+0：

cOc0一CO根据马金尔和启普曼的研究，C、O平衡常数是随着温度变化而变化的。

这里按炼钢温度来考虑C、O反应的平衡常数。

讨论的温度为1550oC一1650oC。

C、O反应平衡方程式为：

cCo3P00：

00033当=1atm时，C0=00033根据按上述平衡方程式和马金尔一启普曼实验曲线画出的C、O反应平衡曲线见图1所示：

006005004003002也00l0I一1111、F-010203040506070S09I0含碳量C图1C、O反应平衡曲线曲线I马金尔一启普曼实验曲线，曲线按cO=00033计算曲线。

在炼钢实际过程中，c、Co反应的位置在钢液和炉底接触处的粗糙表面进行，而氧的来源是从炉渣经钢液向下传递，所以从熔池底部到钢渣接触面上的整个熔池高度有一个氧浓度梯度。

在钢液和炉底的接触处，当温度适合时，C、0反应速度很快，该处的氧浓度接近于平衡值。

3在初炼炉（EBT）中实测的碳氧关系不同含碳量的钢水，在实际熔炼过程中，实测的C、O关系和cO=00033曲线的比较图见图2所示：

由图2可知，在实际熔炼过程中，接近熔池底部，钢中氧含量仅略高于平衡值。

高碳钢的氧含量都在001左右。

只有碳低姚国平：

炼钢过程中氧含量的探讨2009年第3期5月20日出版于03时，氧含量才急剧上升。

而碳低于01时，钢中氧含量达到004以上。

一0一瓣托06050403020l-；jlf。

；O010203040_5（070809101I1213含碳挝co一表示熔化后；一表示氧化期圈2实测C、O关系曲线4各阶段钢中含氧量的实测数值41三炉低碳钢（化清后碳含量小于040）低碳钢在初炼炉（EBT）熔化后CO4时，钢中含氧量在O02上下。

随着氧化过程的进行，钢中碳继续下降，而钢中氧就逐渐增加。

到氧化终了时，碳含量在01上下，而氧含量达到最高值006上下。

偏心低出钢进行部分沉淀脱氧和加还原渣，在精炼包中氧含量开始下降，此时为0055上下。

上精炼炉（LF+VD）后，随着还原T作的进行钢中氧继续下降，用碳粉还原后，钢中氧为003上下，此时，接近于C、O平衡值。

用矽铁粉还原后，钢中氧继续下降，此时低于C、O平衡值，氧含量为002上下。

喂铝丝脱氧进真空前钢中氧含量为O01，真空后根据钢中残铝喂铝后氧含量逐渐降N4,于O005，浇注时钢流取样及成品钢中氧略有升高。

42四炉中碳钢整个熔炼阶段，钢中氧含量由于钢中碳含量高于低碳钢，所以各阶段钢中含氧量同样也低于低碳钢的情况。

在中碳钢中，熔化后钢中氧含量为00050015，氧化终了时为002004，加还原渣后为0015002，焦炭粉还原后为001O015，硅铁粉还原后为00050,015，喂铝丝脱氧进真空前钢中氧含量为O01，真空后根据钢中残铝喂铝后氧含量逐渐降到小于0,005，浇注时钢流取样及成品钢中氧也略有升高。

43四炉高碳钢对于高碳钢的熔炼，在整个熔炼过程中钢中含氧量几乎相似。

高碳钢熔化后，钢中氧含量小于O01，氧化终了接近于001。

加还原渣后约为0006，碳粉还原后约为0004，硅粉脱氧后也为0004，喂铝丝脱氧进真空前钢中氧含量为O01，真空后根据钢中残铝喂铝后氧含量逐渐降N4,于0005，浇注时钢流取样及成品钢中氧也略有升高。

由七述3种情况看，在熔炼过程中，当脱氧元素微量时，正常沸腾的钢液中，氧的含量决定于当时钢水的含碳量，且高于平衡值。

随着钢液中碳含量的降低，钢液中氧含量增加。

这一结论从理论推算到实际测定都可以得到充分证明。

5钢渣间氧扩散平衡值的计算炼钢过程中的化学反应是多项反应，要了解钢中氧含量的变化，必须研究钢渣间的氧平衡问题。

渣中的氧与氧的活度系数有关，氧的活度系数与温度、碱度和渣中FeO的含量有关。

钢渣间扩散氧平衡值的计算：

平衡常数：

=【O，qL与温度的关系：

l0：

一6_+0756affol=fFeO）r，r为活度系数酸性渣口=（FeO），r=1碱性渣的活度系数与渣的碱度、渣中的FeO含量有关。

FeO的活度与其浓度的关系（CaOSiO：

2）：

根据计算，在l600、碱度为2时，L=O005；在1600、碱度为4时，L=00026。

6确定初炼炉和精炼炉炉渣碱度数值的依据在编制冶炼工艺时，一般都规定初炼炉（ERT）中的炉渣碱度应保持在1822之间，精炼炉中的炉渣碱度为34。

氧化期的主要目的就是氧化掉一切有害物质，因此要创造条件增强向钢水供氧的能力，而还原期是为了脱去钢水中的氧。

下面来说明规定碱度的依据。

当碱度为1620时，r值最大当渣中FeO为一定值时，q也为最大。

所以在初炼炉（EBT）中的熔渣保证1620的碱度，就能最大限度地向熔池供氧。

因此在脱硫和脱磷任务不大时，保持1620的碱度进行氧化是最合理的。

当为了保证有一定的脱硫脱磷能力时，一般规定碱度为182,2是最为合理的。

当碱度为4时，r为1，钢渣间的平衡常数为最小，这有利于钢水脱氧。

（FeO）04时，如果碱度为2或为4时，就可以看出两者的区别。

所以在精炼炉中，如果渣中氧化铁的含量为0-4，得到平衡时，若渣的碱度为2时，钢中的氧含量为0044；碱度为4时，则钢中氧含量为0000904。

因此在精炼炉中规定34的碱度是合理的。

但是在精炼期钢渣间的氧不可能达到平衡值，所以金属含氧量一般不会低于00010002。

7还原渣使用硅铁粉的讨论冶炼工艺规定，精炼期还原渣一般先用焦碳粉还原，后用硅铁粉还原。

但是经试验和实践证明，在第一批渣料中加入硅铁粉是合理的，尤其是冶炼低碳钢时，这样做是非常合理的。

第一批渣料中加入硅铁粉，不仅使脱氧更加完全，而且比用焦碳粉脱氧速度更快，生成的SiO能提高渣的流动性，FeO和其他氧化物被还原的反应是在整个渣的体积内进行的。

故可认为在第一批渣料内加入硅铁粉是合理的。

在低碳钢中硅的脱氧能力较大，钢中硅的增加可使0降低到Si、O平衡的数值。

这表明用硅脱氧生成的SiO很快能进入渣中。

在高碳钢中，由于碳的脱氧能力大于硅的脱氧能力，故改变【Si】量对【O】量没有影响，此时根本不生成SiO。

所以高碳钢无须用硅铁粉脱氧。

8脱氧用铝量的讨论在钢水的凝固过程中，由于选分结晶的关系，母液中的c、O增高。

CO的析出压力可达2个大气压，甚至更高。

析出的CO气泡缠在长大的树枝状晶体中，使钢锭出现气泡，为此必须加入强的脱氧剂。

理论分析和实践证明在钢中加入O18一023的硅，l45山西科技SHANXISCIENCEANDTECHNOLOGY2009年第3期5月20日出版就能防止CO的生成和析出。

如果铝和硅同时加入，就能在更低的硅量下防止气泡的生成。

所以一般成品钢中都有不小于O17的硅。

为了更完全脱氧，在出钢前加入少量的铝，某些情况下还加入钛锆和其他脱氧剂。

铝的加入量是根据精炼时钢水中的氧含量确定的，而出钢前的氧含量是根据C、0实际关系决定的，所以铝的加入量是根据所炼钢种的含碳量确定。

随着含碳量的增加而加铝量降低，这种规定根据上述分析的C、0关系是非常合理的。

工艺上规定的加铝量和含C量的关系见表1。

9结论炼钢过程中氧含量的变化，在冶炼各个阶段其影响因素是不同的。

初炼炉（EBT）期，在其他脱氧元素微量时钢中的氧含量主要决定于钢水中碳的含量，同时也取决于炉底、炉渣、温度及供氧情况。

精炼炉（LF+VD）期，钢中的氧含量主要决定于精炼温度、炉渣碱度及渣中FeO含量，同时也取决于脱氧用铝量。

整个冶炼过程实际上就是控制钢水中的含氧量，氧含量控制在正常范围内冶炼就能正常进行，否则冶炼就不能正常进行，也无法冶炼出高质量的钢。

表1各类钢加Al量的工艺规范钢中C规格加Al量类别中限（）（kgT）0-35O-305O9O030040铸件O9O10参考文献1徐曾启炉外精炼M北京：

冶金工业出版社，19942蒋国昌纯净钢及二次精炼M上海：

上海科学技术出版社19963蒋国昌，郑少波，张晓兵，等钢铁冶金及材料制备新技术M北京：

冶金工业出版社，2006InvestigationintheContentofOxygeninSteelSmeltingProcessYaoGuopingABSTRACT：

Basedontheoneyeartestandstudy，thechangingprocessofcontentofoxygenhasbeeninvestigatedinaccordancewiththepointofviewholdbytheexpertconcernedThecontentofoxygeninthesteeliscontrolledthroughthecontrolofthemajorhctomwhichinfluencethecontentofoxygenduringthesmeltingprocessTherefore，thehighqualitysteelhasbeenobtainedKEYWORDS：

contentofoxygen；relationshipbetweencarbonandoxygen；basicity；FeOj坐皇坐jj-k坐生jk坐坐Ije坐Ik誓e业坐坐（上接第142页）ImprovedDesignandApplicationoftheBalancingMechanismofEnginesChengRenjie，FanWenxinABSTRACT：

ThepaperanalyzesthebalanceperformanceofV-eight，withthehelpoftheoptimaldesigntheory，designsanewbalancingaxis，thebalancingmechanismofwhichcanbalancethesecondaryreciprocatinginertiaforceandgreatlyreducetheliftingmomentTheimprovedaxisissmallandlight，itcaneffectivelyreducethevibrationexcitingforceandimprovethevibrationqualityofenginesTheplanwillgreatlyimprovethevibrationcharacteristicsofVeightKEYWORDS：

Vtypeengine；balancingmechanism；reciprocatinginertiaforce；balancingaxis；improveddesign（上接第143页）LandslideControlofJiangxiSlopeofGui-xinHighwayLiuPingjunABSTRACT：

Withexamplesofconstructionlandslides，thepaperfurtherexplainsthattheharmofporewatertoslopesliesinthehorizontalthrustontheslopecausedbytheheightofthewatercolumnReasonabledischargeofundergroundwatertoreleasethepressureofporewaterplaysanimportantroleincontrollinglandslidesKEYWORDS：

landslide；pressureofporewater；landslidecontrol146