钢水的脱氧工艺

钢水的脱氧工艺不管是哪种炼钢方法，都需要在熔池中供氧去除 C、Si、Mn、P 等杂质元素，氧化精炼结束后，钢液达到了一定成分和温度，其含量 一般超过 C-O 平衡线。如果钢水不进行脱氧，连铸坯就得不到正确的凝固组织结构。 钢中氧含量高，还会产生皮下气泡、疏松等缺陷，并加剧硫的危害作 用。而且还会生成过多的氧化物夹杂，降低钢的塑性、冲击韧性等力 学性能。因此，必须除去钢中的过剩氧。在出钢或浇铸过程中，加脱氧剂适当减少钢液含氧量的操作称 之为脱氧。一、脱氧的方式按脱氧原理分：脱氧方法有三种，即沉淀脱氧法，扩散脱氧法 和真空脱氧法。沉淀脱氧法是指将脱氧剂加到钢液中，它直接与钢液中的氧反 应生成稳定的氧化物，即直接脱氧。沉淀脱氧效率高，操作简单，成 本低，对冶炼时间无影响，但沉淀脱氧的脱氧程度取决于脱氧剂能力 和脱氧产物的排出条件。扩散脱氧是根据氧分配定律建立起来，一般用于电炉还原期， 或钢水炉外精炼。随着钢水中氧向炉渣中扩散，炉渣中(FeO)逐渐增 多，为了使(FeO)保持在低水平，需在渣中加脱氧剂，还原渣中的(FeO), 这样可以保证钢水中的氧不断向渣中扩散。扩散脱氧的产物存在于熔 渣中，这样有利于提高钢水的洁净度，但扩散脱氧的速度慢，时间长， 可以通过吹氩搅拌或钢渣混冲等方式加速脱氧进程。另外，进行扩散 脱氧操作前，需换新渣，以防止回磷。真空脱氧法：将钢包内钢水置于真空条件下，通过抽真空打破 原有的碳氧平衡，促使碳与氧的反应，达到通过钢中碳去除氧的目的。 此法的优点是脱氧比较彻底，脱氧产物为 CO 气体，不污染钢水，而 且在排出 CO 气体的同时，还具有脱氢、脱氮的作用。二、脱氧剂和脱氧能力炼钢常用的脱氧元素有：Si、Mn、和Al。硅：硅的脱氧生成物为SiO2或硅酸铁(Fe0Si02)。硅脱氧反 应为：Si + 2 O = SiO2(s)AG。=576440+ 218.2T, J / molfSi% Si . fO2% O 2在Si2%, fSi - fo2值接近1,于是可得% Si% O2 沁 a a2Si O炉渣碱度越髙，SiO2的活度越小，残余氧量越低，硅的脱氧效 果越好。各种牌号的 Fe-Si 是常用的脱氧剂。锰：锰是弱脱氧剂，常用于沸腾钢脱氧，其脱氧产物并不是纯MnO,而是MnO与FeO的熔体。Mn + O = (MnO)(l)AG。= 244300 + 107.6TFe + O = (FeO)(l)Mn + (FeO) = (MnO) + Fe(l)实验测得上述反应的平衡常数为:6440 - 2.95Nlg K = lgMnO(l )MnO N% MnFeON12760lg K = lgMnO(l) = 5.62Mn% Mnao当金属含 Mn 增加时，与之平衡的脱氧产物中的NMn也是随之增大。当NMn(增加到一定的浓度时，脱氧产物开始 有固态的 FeO-MnO 出现。铝：铝是强脱氧剂，常用于镇静钢的终脱氧，铝脱氧反应为：2Al + 3O = Al O23(l )AG。= 1242400+ 394.93T复合脱氧剂：使用两种或多种脱氧元素制成的脱氧剂 ,如硅锰、 硅钙、硅锰铝等.其优点：1）可以提高脱氧元素的脱氧能力；2）利于形成液态脱氧产物，便于分离与上浮；3）利于提高易挥发元素的溶解度，减少元素的损失，提高脱氧 元素的脱氧效率。三、脱氧反应动力学脱氧反应可分以下几个步骤：1）脱氧剂加热熔化，溶解到钢水；2）脱氧元素Mn和钢水中0反应生成脱氧产物，有时在渣，钢 界面和渣中（0）反应生成；3）脱氧产物上浮至渣中。对于上述三个步骤对于脱氧过程来讲是交错进行，并不能截然 分开，但如果具体到一个脱氧元素质点，则存在三个步骤。首先固体脱氧剂加入到钢水中发生吸热熔化。熔化时间与脱氧 剂熔化的吸热量和钢水的供热量有关。脱氧元素的熔解速度与扩散元 素有关，扩散系数大，熔解速度快，出钢过程中钢水的搅动，能加速 脱氧元素的熔解。其次，在沉淀脱氧过程中，脱氧元素和钢水中氧反应生成脱氧 产物，是一个在钢水中产生新相的过程，脱氧产物的生成在实际生产 中并未遇到困难，因为钢水中有夹杂物，未熔脱氧剂吸附耐材等现成 表面，而且脱氧剂能在局部达到饱和。最后就是脱氧产物的聚合、长大和上浮。在炼钢温度下，脱氧 产物为液态是其聚合长大的最基本条件。影响脱氧产物上浮速度的因素有：脱氧产物颗粒大小，钢水粘度，钢水和脱氧产物的密度差，钢 水与脱氧产物之间的界面张力等。四、脱氧合金化 目前冶炼和连铸的钢种主要是镇静钢，各种牌号的合金钢、高 碳钢、中碳钢和低碳钢优质钢都属于镇静钢。镇静钢脱氧比较完全， 一般脱氧后的钢水含氧量小于 0.002%。镇静钢的脱氧可分为两种类 型:钢包内脱氧；炉内预脱氧，钢包内终脱氧。脱氧和合金化操作不能截然分开，而是紧密相联，合金化操作 的关键问题是合金化元素的加入次序，一般的原则：脱氧元素先加，合金化元素后加； 脱氧能力比较强，而且比较贵重的合金，应在钢水脱氧良好的 情况下加入；熔点高，不易氧化的元素，可加在炉内。脱氧元素被钢水吸收的部分与加入总量之比，称为脱氧元素收 得率。在生产碳素钢时，如知道终点钢水成分、钢水量、钢合金成分 及其收得率，可根据成品钢成分，计算脱氧加入量。脱氧剂加入量=x 出钢量M % M 规格中限终点残余% M x n脱氧剂准确判断和控制脱氧元素收得率，是达到预期脱氧程度和提高 成品钢成分命中率的关键。冶炼一般合金钢和低合金钢时，合金加入量的计算方法和脱氧剂基本相同，而合金加入量=EMU限%M %M残余%M xn合金其它合金带入x 出钢量冶炼高合金钢时，合金加入量大，必须考虑加入的合金量对钢水重量和钢水终点成分的影响。