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李傳栻老師聊鋼液的脫氧方式

鋼液中的氧，主要是以氧化物或硫氧化物的形式存在，即以非金屬夾雜物的形式存在，這種氧是不可能在脫氧過程中脫除的。此外，就是溶解氧，除了極微量的氣體氧外，基本上都以FeO的形式溶于鋼液。這裡，我們所說的氧，就是溶解氧；脫氧，就是脫除溶解氧。

鋼液的脫氧，可以有3種方式。

1 擴散脫氧

定義：不将脫氧劑直接加入鋼液中，而将其加入爐渣中，降低爐渣中的FeO含量，使鋼液中的FeO向爐渣擴散轉移，從而降低鋼液中的氧含量。

這種方式脫氧的特點：

優點：脫氧産物溶入爐渣或進入爐氣或大氣中，不會沾污鋼液。

問題：鋼液中的FeO向爐渣擴散轉移的速度很慢，而煉鋼過程中的還原期又不可能很長，FeO在鋼液與爐渣兩相中濃度分配狀況，與平衡狀态相距甚遠。

[案例]在電弧爐煉鋼的條件下，如還原渣中的FeO含量為0.5％，在平衡條件下，鋼液中的氧含量應該是0.0025％左右，應該能滿足出鋼的要求。實際生産過程中，熔煉中碳鋼的還原末期，爐渣中FeO含量達到了0.5％的目标值，而鋼液中氧含量卻在0.005％～0.007％左右，必須進一步脫氧。

實際生産中，不可能完全靠擴散這種方式脫氧，但也不能完全不用這種方式。

電弧爐煉鋼過程中，還原期造白渣或電石渣還原，就是典型的擴散脫氧方式。所用的脫氧粉劑按所煉的鋼種調配：

◆ 碳含量高的鋼種，以碳粉為主，并配用少量矽鐵粉；

◆ 碳含量較低的碳鋼或低合金鋼，以矽鐵粉為主，并配用少量碳粉；

◆ 低碳不鏽鋼和其他低碳鋼種，采用矽鐵粉和矽鈣合金粉的混合物，配合比例通過試驗選定。

感應電爐熔煉，熔煉的時間很短，這是不利于鋼液中FeO向爐渣擴散轉移的因素，但是，感應電流和磁場使鋼液發生攪拌，卻又是有利于FeO向爐渣擴散轉移的因素，因此，即使采用感應電爐熔煉，也不可以忽視擴散脫氧的方式。

爐料熔清後，應該經常向渣面撒上述粉料脫氧劑，并将爐蓋蓋嚴，盡量降低爐渣中FeO的含量，實現擴散脫氧。

2 沉澱脫氧

定義：将脫氧劑加入鋼液中，使之直接與鋼液中的氧結合。

脫氧劑與鋼液作用産生的氧化物，密度都小于鋼液，不會沉澱，而且，我們還要采取多種措施盡可能地使其上浮，為什麼說是沉澱脫氧呢？

因為：自鋼液析出氧化物的過程，都屬于“沉澱反應過程”。

沉澱脫氧的實施方式：

◆ 将塊狀脫氧劑直接加入鋼液；

◆ 出鋼時将小塊脫氧劑逐步随流投入鋼液；

◆ 用喂線方式加入鋼包中的鋼液；

◆ 用噴射的方式将粉狀脫氧劑加入到鋼包中鋼液的深處。

采用沉澱脫氧方式的好處：

◆ 脫氧劑直接與鋼液接觸，可以在很短的時間内完成脫氧作業，縮短熔煉時間；

◆ 簡化熔煉工藝；

◆ 降低能耗和各種消耗等。

沉澱脫氧的問題：

◆ 脫氧産物以非金屬夾雜物的形态存在于鋼液中，污染鋼液。

◆ 脫氧元素還可能與鋼液中含有的其他成分化合，形成有害的非金屬夾雜物。

如果在鋼液溫度下脫氧産物是液态的，就較易于與鋼液分離，上浮進入爐渣。

但是，常用脫氧元素的氧化物中，隻有MnO與SiO2複合形成的矽酸錳、CaO與Al2O3複合形成的鋁酸鈣是液态的，其他氧化物都是高熔點的固體細顆粒，也就是鋼中的非金屬夾雜物。

夾雜物顆粒自鋼液中脫除的程度，主要取決于其在鋼液中上浮的速度，上浮速度又與脫氧産物的形狀、大小、密度，界面張力、鋼液的黏度等諸多因素有關，基本上服從斯托克斯定律。

要特别提到的是：按斯托克斯公式，夾雜物的上浮速度與其半徑的平方成正比。也就是說，直徑相差1倍的夾雜物，大顆粒上浮的速度是小顆粒的4倍。

采用沉澱脫氧方式，應該了解生成的氧化物夾雜的特性，采取措施，使其盡可能多地自鋼液中上浮、排出。對于冶金要求高的鋼種，需要相應地采取精煉措施，如：

◆ 攪拌鋼液，其中的夾雜物碰撞、聚集的機會增多，有助于夾雜物的脫除；

◆ 将惰性氣體引入鋼液，使之以微小氣泡的形态從鋼液的底部上浮，氣泡上浮的過程中，不僅可以吸附周邊的夾雜物一并排出，鋼液中溶解的氫和氮也會向氣泡擴散、進入氣泡中，随之排出。

3 綜合脫氧

實際生産中，不可能單一地采用某一種方式，全都是兼用兩種方式脫氧，通常都稱之為“綜合脫氧”。

電弧爐熔煉時，常規脫氧作業的要點大緻如下：

◆ 氧化結束後，保持清潔沸騰約10min，然後扒除氧化渣，此時，鋼液溫度應比出鋼溫度高20～30℃；

◆ 扒渣後，立即加入矽錳鐵或錳鐵和矽鐵，進行預脫氧；

◆ 然後，加入造渣材料，根據所煉鋼種的碳含量，造電石渣或白渣進行擴散脫氧；

◆ 擴散脫氧期間，每次開啟爐門後都應向渣面上撒少量還原粉劑（見擴散脫氧一節），控制爐渣中的FeO含量；

◆ 在白渣條件下出鋼，出鋼前取渣樣分析，其中FeO含量應低于0.5％；

◆ 在出鋼過程中或出鋼後在鋼包中，進行終脫氧。

目前，終脫氧可以有多種方案，常用的有：鋁脫氧、鋁和鈣脫氧、鋁和钛脫氧等。要根據現場條件、熔煉的鋼種、對冶金質量的要求等各種因素，适當地選取。

用感應電爐熔煉時，大都采用不氧化法。熔煉碳含量低的鋼種、磷含量限制嚴格的鋼種，也可采用輕微氧化沸騰的工藝。

脫氧作業的要點如下：

◆ 熔清後（或經輕微沸騰扒除氧化渣、加入新渣料後），使鋼液溫度略高于出鋼溫度，加入矽錳鐵或錳鐵和矽鐵，進行預脫氧；

◆ 預脫氧後，鋼液在爐内保持期間，應經常向渣面撒還原粉劑，蓋嚴爐蓋，盡可能地降低爐渣中FeO的含量，以便鋼液中的FeO向爐渣中擴散；

◆ 出鋼前，爐渣中的FeO含量應低于0.5％；

◆ 在出鋼過程中、或出鋼後在鋼包中，進行終脫氧。

信息來源：鋼鐵技術

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