氧化期的技術要求及過程控制--脫碳

    脫碳是煉鋼中的一個重要過程，碳的氧化造成鋼液沸騰，可清除鋼液中的氣體和夾雜物，起凈化鋼
液的作用。而且，沸騰所起的攪拌作用，可使熔池中的鋼液溫度均勻。
    脫碳有三種方法：吹氧脫碳法、礦石脫碳法和吹氧一礦石脫碳法。采用這些方法時，脫碳速度及特
點見表6．11。在電弧爐煉鋼中，主要采用吹氧脫碳法和吹氧一礦石脫碳法。
    ①吹氧脫碳法吹氧脫碳法的優點是生產效率高，比礦石脫碳法提高約20％，節約電力。
    a．吹氧的溫度條件。為了使鋼液中的碳能有效地氧化，以便在熔池中形成活躍的沸騰，需要有足夠
高的鋼液溫度。對于冶煉鑄造碳鋼，一般規定必須在鋼液溫度達到l560。C(熱電偶溫度)以上，方可進行
吹氧操作。
    b．供氧方式及吹氧管。電弧爐煉鋼有兩種供氧方法，氧氣站通過管道供氧和由氧氣瓶組成匯流排供
氧，如圖6．6所示。用鋼管制成的吹氧管向電弧爐內吹氧。由于吹氧過程中鋼管被熔化而消耗，為保證
吹氧過程不致間斷，須準備兩個或兩個以上的吹氧管，因此，在爐前要設置分流管，如圖6．7所示。吹
氧管一般是由兩部分組成：一是固定管(接至爐前分流管)，二是可換管，兩者之間用螺紋或插管方式連
接�？蓳Q管的前部包上一層吹氧管包泥(或耐火黏土調水玻璃)，經干燥后使用，吹氧管的直徑一般為3／
4～lin。
    c．吹氧壓力及耗氧量。吹氧時氧氣的壓力一般為O．6～0．8MPa。在正常的鋼液溫度條件下，當脫
碳量為0．3％左右時，每噸鋼液的平均耗氧量大致為4～6m3。
    d．吹氧操作要點。吹氧管對水平線的傾斜度大約為30。，吹氧管端部插入熔池深度為50～i50mm，
如圖6．8所示。吹氧對應移動吹氧管，以利于整個熔池均為沸騰。  e．氧氣純度。電弧爐煉鋼所用的氧
氣要求有較高的純度(含氧量應在99％左右，含水分盡量低)，以免增加鋼液的含氮量和含氫量。
    ②吹氧一礦石脫碳法  在煉鋼中用礦石作為氧化劑來進行脫碳的優點是脫碳比較平緩，易于控制，
且能節省氧氣。但由于礦石溶解于鋼液時，要吸收大量的熱，降低鋼液溫度，延緩脫碳過程的進行，因
而增大電力消耗，因此目前電弧爐煉鋼已不再采用單獨用礦石脫碳的方法。
    采用吹氧加礦石相結合的脫碳方法能兼有吹氧脫碳和礦石脫碳的優點，因而得到較為廣泛的應用。
    a．礦石用量。單獨采用礦石作為氧化劑脫碳時，若lt鋼液脫碳0．Ol％，約需礦石l～1．5kg(對于
高碳鋼可取下限，低碳鋼可取上限)。采用吹氧一礦石脫碳法時，可根據吹氧與加礦石的比例來確定礦石
的實際用量。
    b．加礦溫度。為了能形成鋼液活躍沸騰，冶煉碳鋼時，加礦石前鋼液的最低溫度見表6．12。
    C．操作要點。由于礦石溶解于鋼液時要吸收熱量，為使鋼液溫度不致大幅度降低，應采取分批加礦
石的方式。在吹氧一礦石脫碳法中，一般分2～3批加礦石，在兩批礦石之間吹氧，以提高鋼液溫度，促
使鋼液沸騰活躍、均勻。在生產操作中，常采取每次吹氧后自動流渣的方法。
    d．鋼液凈沸騰。在加完最后一批礦石，并在活躍的鋼液沸騰終了后，還應有一個階段時間使鋼液在
不繼續供氧的條件下，進行較為平緩的沸騰，以便消耗掉鋼液內殘留未熔的礦石。這一階段的鋼液沸騰
通常稱為凈沸騰(或清潔沸騰)。鋼液凈沸騰的時間一般為5～15min，大電弧爐取上限、小電弧爐取下限
。由于凈沸騰期間C0氣泡壓力比活躍沸騰時小，如渣層厚時，將會阻礙沸騰進行，因此必要時可排放1／
3左右的渣，使鋼液在落渣層下進行均勻的沸騰。
    在冶煉低碳鋼時，在氧化末期，當鋼液含碳量接近規格要求時，即可轉入凈沸騰階段。為了避免鋼
液過度氧化，在凈沸騰階段中，一般可加入適量的錳鐵或生鐵，靠錳的氧化或碳、硅、錳的氧化來降低
鋼液中的氧活度。為此，一般規定在鋼液含碳量小于0．15％時，在凈沸騰期間應保持含錳量大于0．I5
％。
    3)脫碳速度的控制
    為了達到有效地凈化鋼液的目的，須有適當的脫碳速度，以便在鋼液中形成活躍的、但又不是過于
劇烈的沸騰。無論是采用哪一種脫碳方法，都應控制適當的脫碳速度。脫碳速度對凈化鋼液效果的影響
見圖6．9和表6．13。
    4)氧化期末鋼液含碳量(終點碳)的控制
    由于煉鋼的還原期中加入的鐵合金(錳鐵等)含有碳，會往鋼液中帶入一些碳分(其值約為0．02％～0
．o5％)，還原期爐渣中的炭粉和電石成分也會使鋼液增加一些碳分(其值約為0．02％～0．o4％)，因此
，氧化期末應控制鋼液的含碳量適當低于成品鋼的含碳量。一般情況下，終點碳的數值可按下式計算
    終點碳(上限)一規格含碳量(中間數)一0．07％    (6．3)對于含碳量大于o．20％的鋼種
    終點碳(下限)一規格含碳量(下限)一0．08％    (6．4)對于含碳量小于或等于0．20 0A的鋼種
    終點碳(下限)一規格含碳量(下限)一0．06％    (6．5)表6．14中的數值可供參考。
    為了在煉鋼過程中及時判斷終點碳量，有以下幾種經驗方法。
    觀察火焰：在氧化脫碳過程中，由電極孔和爐門處的火焰觀察，根據火焰大小估計鋼液含碳量。此
法尤其適用于判斷低碳量，當火焰突然收縮時，表明鋼液含碳量已低于0．1％。
    觀察火花：取小量鋼液倒在鋼板上，根據鋼液飛濺過程中被氧化而產生的火花形狀來判斷其含碳量
。鋼液含碳量與火花形狀有一定的關系。含碳量高時，火花較短而分岔較多；含碳量低時，火花較長而
分岔較少。
    磨砂輪觀察火花：取小量鋼液澆成薄片，在砂輪上磨，根據火花形狀判斷含碳量。鋼液含碳量高時
，火花束短而分岔多，球形火花少；含碳量低時，火花束長而分岔少，球形火花多(詳細可參閱有關火花
定碳的資料)。
    除上述幾種判斷鋼液含碳量的方法外，還有其他的經驗方法。近年來隨著科學技術的發展，已采用
一些爐前快速分析化學成分的手段，能在2～3min內確定鋼液含碳量(以及其他一些元素的含量)。我國已
有不少工廠采用這些先進的方法來及時確定鋼液含碳量，既方便又準確。