摘要：对40 t转炉脱氧工艺作了系统研究，通过测定钢液氧含量变化，查清了脱氧后钢中游离氧含量水平，找出了影响氧含量变化规律的因素。定量地评价了转炉冶炼操作，为冶炼控制钢中氧含量指出了方向，优化了以钢液氧活度为依据的脱氧操作制度。

关键词：氧含量；脱氧；转炉

     为提高企业核心竞争力，承德钢铁集团公司(以下简称承钢)积极推进品种开发工作，以实现产品结构由普碳钢材为主向品种钢材为主的转变。由于品种钢材对钢中氧及其夹杂物含量的要求越来越高，脱氧工艺逐步成为提高钢的内在质量，实现品种开发的关键所在。

  目前脱氧剂用量凭经验加入，存在脱氧不足和过度的现象。脱氧不足，造成钢中氧含量偏高，钢水降温或凝固过程中，氧会析出，或呈CO状态，或呈其它元素的氧化物，都会对钢材性能造成不良影响。脱氧过度，连铸过程易发生钢流不畅现象。因此，钢厂决定应用定氧技术，提高转炉终点控制水平，优化脱氧工艺，提高钢的内在质量，为品种开发奠定基础。

1研究内容及试验方案

1．1  主要研究内容及思路

    利用浓差定氧技术对不同钢种进行定氧，了解冶炼各个阶段钢中氧含量及各项工艺对钢中氧含量的影响，不断优化脱氧及深脱氧工艺。研究内容如下：

    (1)测定终点钢水氧活度、碳含量及温度；测定补吹时间对钢中游离氧含量的影响；

    (2)钢水经过脱氧后，吹氩前后钢中游离氧含量的变化；

    (3)根据定氧结果，制定出不同钢种、不同终点参数情况下的脱氧制度，降低钢中氧含量。

1．2  转炉炼钢主要工艺条件参数

    氧气顶吹转炉：3×40 t，四孔拉瓦尔式氧枪

    平均出钢量：37 t，生产钢种为Q195、HRB335

    脱氧剂：Si—Al—Ba、Si—Ca、复合脱氧剂

    品种钢开发的工艺路线为：40 t转炉一顶渣精炼→连铸。采用终点拉碳出钢，专用设备定位挡渣，使用复合脱氧剂脱氧，钢包吹氩过程中采用喂线和顶渣精炼工艺，连铸实施全程保护等措施。

1．3试验方案

    (1)对常规钢种(Q195、HRB335)进行定氧，根据定氧结果，制定在不同终点情况下的脱氧工艺。

    (2)对制定的脱氧工艺进行试生产和确认，最终确定各钢种的脱氧工艺。

2脱氧工艺效果分析

2．1  转炉终点钢中氧的控制分析

    (1)吹炼终点钢中氧含量见表1。

    从测定结果来看，HRB335终点钢水氧活度低于Q195，主要原因是Q195碳含量要求低，终点拉碳受限制，造成钢中氧含量高。

    (2)吹炼终点碳和氧含量的对应关系(见图1、图2)。

    根据定氧结果，在ω([C])≤0．15％时，[%C]·[％O]浓度积基本稳定在0．002 6～0．002 9；当ω([C])>0．15％时，随含碳量增加[％C]·[％O]浓度积逐步上升。[C]含量越低，钢水氧活度上升越明显；ω([C])>0．10％时，ω([C])每上升0．01％，钢水氧活度降低(5～10)×10^-6；ω([C])<0．10％之时，钢水氧活度急剧上升，ω([C])每降低0．01 %，钢水氧活度上升55×10^-6左右。

(3)补吹对钢水氧活度的影响见表2。

  经试验测定，在碳含量不高的情况下进行补吹，氧活度(质量分数)增加速率)为9．85×10^-6／s，补吹10 s钢水氧活度(质量分数)增加100×10^-6左右，可见，补吹对钢内在质量影响较大，因此，必须控制补吹。

2．2脱氧工艺分析

    在转炉冶炼终点操作中，炉内钢液中C、O活度、T存在一定的统计关系，但对于同一钢种，出钢温度变化不大，在ω([C])≤0．50 %时可近似认为与温度无关。对于HRB335钢种，根据表3的测试数据，在0．03％≤ω([C])≤0．10％时，对Si—Al—Ba用量进行回归分析，得到公式如下：

                         m            t

W_Si-Al-Ba=(---------+----------)×10/1.266           (1)

                      [ %C]      1000

        式中，W_Si-Al-Ba为每吨钢Si—Al—Ba加人量，kg；m为[％C]۰[％O]积，当0．03％≤ω[C]<0．06％时，取0．002 6，当0．06％≤ω[C]≤0．10％时，取0．002 9；t为补吹时间，s。

      对于Q195钢种，受合金加入量少、终点碳控制相对较低的影响，其氩后钢水氧活度波动较大，为保证Si-Al-Ba脱氧效果，防止浇注过程中发生钢流不畅现象，同时增加Ca—Si进行钢水预脱氧。根据表3的测试数据，在0．03％≤ω([C])≤0．10％对Si—Al-Ba用量和Ca—Si用量进行回归分析，得到公式如下：

  Q195钢W_{Si –Al-Ba}吨用量同式(1)。

                     m             t

W_Ca-Si=(----------+----------)×10/0.633+5 (2)

                  [%C]       1000

  式中，W_Ca-Si为每吨钢Ca—Si加入量，kg。

  在实际生产中对所得到的脱氧公式进行验证，从测试结果分析表4可知，脱氧剂实际加入量与计算值较接近，HRB335氩后钢水氧活度平均为21．78×10^-6(质量分数)，Q195氩后钢水氧活度平均为27．3×10^-6(质量分数)，均达到工艺要求，该公式较为准确。

2．3  吹氩和喂线对钢水氧活度的影响

    吹氩和喂线对钢水氧活度的影响见表5、表6。HRB335脱氧较充分，吹氩过程氧活度变化不大。Q195脱氧不充分，吹氩过程还可继续脱氧，采用喂线处理后，吹氩过程钢水氧活度可平均下降17．45×10^-6(质量分数)，较不喂线炉次下降6．85×10^-6以上，因此喂线脱氧有较好效果。

2．4  工艺优化前后的力学性能

    工艺优化前后的力学性前见表7。由表7可知，同一规格下，在钢的化学成分和轧制工艺基本相同时，优化脱氧工艺后HRB335平均屈服强度提高19MPa，抗拉强度提高38MPa，伸长率无变化，能够较好的满足下道工序要求。由于承钢钢中含有微量钒、钛因素，Q195力学性能按Q235检验。优化脱氧工艺后的Q195其平均屈服强度提高25MPa，抗拉强度提高45MPa，伸长率提高3％，力学性能有所提高。

3结论

    (1)当ω([C])≤0．15％时，终点[％C]·[％O]浓度积基本稳定在0．002 6～0．002 9，当ω([C])>0．15％时，随含碳量的增加[％C]·[％O]浓度积逐步上升。   

    (2)[C]含量越低，氧活度上升越明显；ω([C])>0．10％时，ω([C])每上升0．01％，氧活度(质量分数)降低(5～10)× 10^-6；ω([C])<0．10 %之时，[O]含量急剧上升，ω([C])每降低0．01%，氧活度(质量分数)上升55×10^-6左右。

    (3)应用Si—Al—Ba进行脱氧时，终点在0．03％≤ω([C])≤0．10％时，对于HRB335钢种，其加入量遵循公式(1)：  

                          m               t

W_{Si -AI-Ba}=(---------+--------------)×l0／1．266 

                       [%C]        1000

    对于Q195钢种，Si-Al-Ba脱氧剂用量与HRB335钢种相同，但是为保证Si—Al—Ba脱氧；效果，同时增加Ca—Si进行钢水预脱氧，加入量可遵循公式(2)：  

                      m              t

W_Ca—Si=(---------+-----------)×10／0．633+5 

                    [%C]      1000