氧化期的技术要求及过程控制--脱碳

    脱碳是炼钢中的一个重要过程，碳的氧化造成钢液沸腾，可清除钢液中的气体和夹杂物，起净化钢
液的作用。而且，沸腾所起的搅拌作用，可使熔池中的钢液温度均匀。
    脱碳有三种方法：吹氧脱碳法、矿石脱碳法和吹氧一矿石脱碳法。采用这些方法时，脱碳速度及特
点见表6．11。在电弧炉炼钢中，主要采用吹氧脱碳法和吹氧一矿石脱碳法。
    ①吹氧脱碳法吹氧脱碳法的优点是生产效率高，比矿石脱碳法提高约20％，节约电力。
    a．吹氧的温度条件。为了使钢液中的碳能有效地氧化，以便在熔池中形成活跃的沸腾，需要有足够
高的钢液温度。对于冶炼铸造碳钢，一般规定必须在钢液温度达到l560。C(热电偶温度)以上，方可进行
吹氧操作。
    b．供氧方式及吹氧管。电弧炉炼钢有两种供氧方法，氧气站通过管道供氧和由氧气瓶组成汇流排供
氧，如图6．6所示。用钢管制成的吹氧管向电弧炉内吹氧。由于吹氧过程中钢管被熔化而消耗，为保证
吹氧过程不致间断，须准备两个或两个以上的吹氧管，因此，在炉前要设置分流管，如图6．7所示。吹
氧管一般是由两部分组成：一是固定管(接至炉前分流管)，二是可换管，两者之间用螺纹或插管方式连
接。可换管的前部包上一层吹氧管包泥(或耐火黏土调水玻璃)，经干燥后使用，吹氧管的直径一般为3／
4～lin。
    c．吹氧压力及耗氧量。吹氧时氧气的压力一般为O．6～0．8MPa。在正常的钢液温度条件下，当脱
碳量为0．3％左右时，每吨钢液的平均耗氧量大致为4～6m3。
    d．吹氧操作要点。吹氧管对水平线的倾斜度大约为30。，吹氧管端部插入熔池深度为50～i50mm，
如图6．8所示。吹氧对应移动吹氧管，以利于整个熔池均为沸腾。  e．氧气纯度。电弧炉炼钢所用的氧
气要求有较高的纯度(含氧量应在99％左右，含水分尽量低)，以免增加钢液的含氮量和含氢量。
    ②吹氧一矿石脱碳法  在炼钢中用矿石作为氧化剂来进行脱碳的优点是脱碳比较平缓，易于控制，
且能节省氧气。但由于矿石溶解于钢液时，要吸收大量的热，降低钢液温度，延缓脱碳过程的进行，因
而增大电力消耗，因此目前电弧炉炼钢已不再采用单独用矿石脱碳的方法。
    采用吹氧加矿石相结合的脱碳方法能兼有吹氧脱碳和矿石脱碳的优点，因而得到较为广泛的应用。
    a．矿石用量。单独采用矿石作为氧化剂脱碳时，若lt钢液脱碳0．Ol％，约需矿石l～1．5kg(对于
高碳钢可取下限，低碳钢可取上限)。采用吹氧一矿石脱碳法时，可根据吹氧与加矿石的比例来确定矿石
的实际用量。
    b．加矿温度。为了能形成钢液活跃沸腾，冶炼碳钢时，加矿石前钢液的最低温度见表6．12。
    C．操作要点。由于矿石溶解于钢液时要吸收热量，为使钢液温度不致大幅度降低，应采取分批加矿
石的方式。在吹氧一矿石脱碳法中，一般分2～3批加矿石，在两批矿石之间吹氧，以提高钢液温度，促
使钢液沸腾活跃、均匀。在生产操作中，常采取每次吹氧后自动流渣的方法。
    d．钢液净沸腾。在加完最后一批矿石，并在活跃的钢液沸腾终了后，还应有一个阶段时间使钢液在
不继续供氧的条件下，进行较为平缓的沸腾，以便消耗掉钢液内残留未熔的矿石。这一阶段的钢液沸腾
通常称为净沸腾(或清洁沸腾)。钢液净沸腾的时间一般为5～15min，大电弧炉取上限、小电弧炉取下限
。由于净沸腾期间C0气泡压力比活跃沸腾时小，如渣层厚时，将会阻碍沸腾进行，因此必要时可排放1／
3左右的渣，使钢液在落渣层下进行均匀的沸腾。
    在冶炼低碳钢时，在氧化末期，当钢液含碳量接近规格要求时，即可转入净沸腾阶段。为了避免钢
液过度氧化，在净沸腾阶段中，一般可加入适量的锰铁或生铁，靠锰的氧化或碳、硅、锰的氧化来降低
钢液中的氧活度。为此，一般规定在钢液含碳量小于0．15％时，在净沸腾期间应保持含锰量大于0．I5
％。
    3)脱碳速度的控制
    为了达到有效地净化钢液的目的，须有适当的脱碳速度，以便在钢液中形成活跃的、但又不是过于
剧烈的沸腾。无论是采用哪一种脱碳方法，都应控制适当的脱碳速度。脱碳速度对净化钢液效果的影响
见图6．9和表6．13。
    4)氧化期末钢液含碳量(终点碳)的控制
    由于炼钢的还原期中加入的铁合金(锰铁等)含有碳，会往钢液中带入一些碳分(其值约为0．02％～0
．o5％)，还原期炉渣中的炭粉和电石成分也会使钢液增加一些碳分(其值约为0．02％～0．o4％)，因此
，氧化期末应控制钢液的含碳量适当低于成品钢的含碳量。一般情况下，终点碳的数值可按下式计算
    终点碳(上限)一规格含碳量(中间数)一0．07％    (6．3)对于含碳量大于o．20％的钢种
    终点碳(下限)一规格含碳量(下限)一0．08％    (6．4)对于含碳量小于或等于0．20 0A的钢种
    终点碳(下限)一规格含碳量(下限)一0．06％    (6．5)表6．14中的数值可供参考。
    为了在炼钢过程中及时判断终点碳量，有以下几种经验方法。
    观察火焰：在氧化脱碳过程中，由电极孔和炉门处的火焰观察，根据火焰大小估计钢液含碳量。此
法尤其适用于判断低碳量，当火焰突然收缩时，表明钢液含碳量已低于0．1％。
    观察火花：取小量钢液倒在钢板上，根据钢液飞溅过程中被氧化而产生的火花形状来判断其含碳量
。钢液含碳量与火花形状有一定的关系。含碳量高时，火花较短而分岔较多；含碳量低时，火花较长而
分岔较少。
    磨砂轮观察火花：取小量钢液浇成薄片，在砂轮上磨，根据火花形状判断含碳量。钢液含碳量高时
，火花束短而分岔多，球形火花少；含碳量低时，火花束长而分岔少，球形火花多(详细可参阅有关火花
定碳的资料)。
    除上述几种判断钢液含碳量的方法外，还有其他的经验方法。近年来随着科学技术的发展，已采用
一些炉前快速分析化学成分的手段，能在2～3min内确定钢液含碳量(以及其他一些元素的含量)。我国已
有不少工厂采用这些先进的方法来及时确定钢液含碳量，既方便又准确。