炼钢过程钢中氧的控制

（三种脱氧方式）

1 钢中的氧——钢洁净度的量度

炼铁是一个还原过程。

高炉内加入还原剂（C、CO）把铁矿石中的氧（Fe3O4、Fe2O3）脱除，使其成为含有C、Si、Mn、P、S的生铁。

炼钢是一个氧化过程。

把纯氧吹入铁水熔池，使C、Si、Mn、P氧化变成不同碳含量的钢液。
当吹炼到终点时，钢水中溶解了过多的氧，称为溶解氧[O]D或a[O]。出钢时，在钢包内必须进行脱氧合金化，把[O]D转变成氧化物夹杂，它可用[O]I表示，所以钢中氧可用总氧T[O]表示：T[O]=[O]D+[O]I

出钢时，钢水中[O]I→0，T[O]→[O]D；

脱氧后：根据脱氧程度的不同[O]D→0，T[O]=[O]I。

因此，可以用钢中总氧T[O]来表示钢的洁净度，也就是钢中夹杂物水平。钢中T[O]越低，则钢就越“干净”。

为使钢中T[O]较低，必须控制：

（1）降低[O]D：控制转炉终点a[O]，它主要决定于冶炼过程；

转炉采用复吹技术和冶炼终点动态控制技术可使转炉终点氧[O]D控制在（400～600）×10-6范围。
（2）降低夹杂物的[O]I：控制脱氧、夹杂物形成及夹杂物上浮去除——夹杂物工程概念

（Inclusion Engineering）。

随着炉外精炼技术的发展，钢中的总氧含量不断减低，夹杂物越来越少，钢水越来越“干净”，甚至追求“零夹杂物”，钢材性能不断改善。

1970～2000年钢中T[O]演变，由于引入炉外精炼，对于硅镇静钢，T[O]可达（15～20）×10-6，对于铝镇静钢，T[O]可达到<10×10-6。
防静电控制器（3）连铸过程：一是防止经炉外精炼的“干净”的钢水不再污染，二是要进一步净化钢液，使连铸坯中的T[O]达到更低的水平。

钢中T[O]量与产品质量关系举例如下：

（1）轴承钢T[O]由30×10-6降到5×10-6，疲劳寿命提高100倍。
细胞核染

（2）钢中T[O]与冷轧板表面质量存在明显的对应关系。

美国Weirton公司生产0.15mm厚薄板，在DTR生产线上检查120个板卷发现：

T[O]越低，冷轧板质量越好，T[O]在（40～100）×10-6时废品率非常高。

钢结构安装
（3）川崎Mizushima把中间包T[O]作为钢水结晶度标准，生产试验表明：

中间包钢水总氧含量：
产品质量缺陷不仅与钢中总氧T[O]有关，还与夹杂物种类、尺寸、形态和分布有关，如表1所示。

由以上数据表明：
①钢中T[O]低，说明钢中夹杂物数量少，钢水较“干净”；

②洁净钢是一个相对概念，钢中T[O]控制到什么水平，决定于钢种和产品用途；
③产品质量不仅要控制夹杂物数量，而且夹杂物的形态、尺寸和分布也要得到控制。
　

2 转炉终点钢中氧的控制

T[O]=[O]D+[O]I

双卡通出钢时：[O]I→0，T[O]=[O]D

生产统计表明，终点[O]D（a[O]）决定于：

（1）终点[C]

转炉冶炼终点由副测定的C和a[O]统计关系可知：

I区：[O]D波动在C—O平衡曲线附近

[C][D]=0.0027 炉龄<2500炉

II区：[O]D远离C—O平衡曲线

[C][D]=0.0031～0.0037 炉龄>2500炉

当炉龄大于3000炉，达到7500炉甚至10000炉，钢水中[C][D]积远离平衡线，且波动较大，这可能与采用溅渣护炉操作，降低了复吹冶金效果有关。

点火加热装置

（2）终点温度

生产统计转炉终点钢水温度与a[O]的关系所示：

当终点[C]=0.025%～0.040%时，随着温度的升高，终点[O]D呈上升趋势。当t>1680℃

时，终点[O]D明显增加。

（3）终渣（FeO）

&n 当终点[C]=0.02%～0.06%时，终点渣中（FeO+MnO）为14%～24%，而终点[O]D波动较大。
（4）氧耗量

终点[C]=0.02%～0.06%，氧耗量在48～58m3/t之间，而终点[O]D波动在（400～1400）×10-6。说明终点[C]越低（或后吹），吹入氧主要用来氧化铁，使渣中FeO大增，同时增加了终点[O]D。

（5）转炉终点[O]D预报模型

根据确定的控制变量，采用多元回归分析，得到转炉终点氧含量预报模型：

[O]D=-3712.923+16.383[C]iron+248.706[Si]iron-1014.045[Mn]iron-3523.575
iron-1.221Tiron-1.254Rscrap+18.057/ [C]end-2640.148[Mn]iron+3523.575

end+3.749Tend-3.55×10-2Q+8.917(FeO)

预报结果：预报值与实测值相对误差在±（11.3%～11.8%）

由以上统计方程可知，在铁水成分和吹炼制度一定的条件下，要降低转炉终点[O]D，必须准确控制好以下参数：

①控制[C]end≥0.035%；
②控制终点温度在1640～1680℃NFJ防静电不发火地面；r>
③渣中（FeO+MnO）在14%～18%；

④提高转炉终点碳和温度的命中率，杜绝后吹；

⑤强化复吹效果（尤其是对低碳钢）

&n [C]end=0.02%～0.05 顶吹终点[O]D=（700～900）×10-6
[C]end=0.02%～0.05 复吹终点[O]D=（250～600）×10-6

采用动态控制，提高转炉[C]和温度的双命中率，减少后吹，加强溅渣护炉后高炉龄的复吹效果是降低转炉终点[O]D含量的有效措施，既可节约铁合金消耗，更重要的是从源头上减少钢中夹杂物生成，提高钢的洁净度，这对生产低碳钢或超低碳钢的冷轧薄板是非常重要的。

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