在钢铁冶炼过程中，炼铁是一个还原过程.通过还原剂脱除铁矿石中的氧，使其成为含有碳、硅、锰、磷的生铁;而炼钢是一个氧化过程，通过吹入纯氧气，使碳、硅、锰、磷氧化，获得不同碳含量的钢水。当吹炼到终点时，因钢水中溶解了过多的氧(称为溶解氧[O]_r)，出钢时必须进行脱氧.即把溶解氧转变成氧化物夹杂。通常钢中总氧含量=溶解氧含量+夹杂物中的氧含量(即ω_T[O]=ω_[O]r+ω_[O]i为了提高钢水的纯净度，必须降低钢中的总氧含量。由此可见，在炼钢过程中控制钢中的氧含量是尤为重要的。笔者结合近年来的工作，针对转炉-RH精炼连铸生产超低碳IF钢的工艺讨论了各工序中影响钢中氧含量的因素及控制措施。

1 转炉终点钢水氧含量的控制

　 转炉终点钢水氧含量是决定钢中内生夹杂物数量的重要条件。氧含量高时，生成的一次和二次脱氧产物多，在后续精炼和连铸过程中采用的各种方法只能去除部分生成的夹杂物。笔者根据选取的400多炉生产数据，分析研究了影响转炉终点氧含量的因素，并建立了相应的预报模型。

1.1 终点碳含量

　 当脱碳反应接近终占时，如果继续吹氧，铁会被大量氧化，从而使钢水中的溶解氧增多。图1是转炉冶炼终点氧含量与碳含量的关系图。可见:当终点碳含量低于0.04%时，钢水的终点氧含量相对较高;终点碳含量在0.02%～0.04%范围内时，有些炉次钢水的氧波动在平衡曲线附近(区域I ) , 而有些炉次钢水的氧含量则远离平衡曲线(区域II)，这说明在该区域钢水过氧化严重，应该控制合适的出钢碳含量。实验分析得知:钢水中碳-铁的选择性氧化平衡点的碳含量为0.035%，也就是说终点碳含量低于0.035%时，钢水的过氧化非常严重;转炉出钢时合适的碳含量范围为0.03%～0.05 %，此时钢中氧的总体水平较低。

图1 转炉冶炼终点氧含量与碳含量的关系

1.2 终点温度

　 图2为转炉冶炼终点钢水温度对氧含量的影响。可见:在终点碳含量为0.025%～0.040%范围内.终点氧含量虽然较分散，但总的趋势是随着钢水终点温度的升高，终点氧含量基本呈上升趋势。对数据进行统计分析得知.温度在1620～1680℃范围内时终点氧含量的总体水平较低,平均为0.07%,该范围的炉次共占总炉次的30%左右;出钢温度超过1680℃时，钢水终点氧含量有明显的升高趋势，平均为0.097% ，占总炉次的70%左右。综合考虑，在保证后续工艺温降的条件下，将转炉钢水的终点温度控制在1640～1680℃，对低氧钢的生产是非常有利的此时平均氧含量在0.07%左右。

图2 转炉冶炼终点钢水氧含量与温度的关系

1.3 终渣氧化性

　 通常用渣中的(FeO+ MnO)含量来表征终渣的氧化性。冶炼超低碳钢时，采用高碱度、低氧化性的渣能取得较好的效果。(FeO+ MnO)含量越高，说明钢水的过氧化越严重。( FeO+ M nO)含量与终点氧含量和碳含量的关系如图3所示。由图可知:( FeO+ M nO)含量增加，钢水终点氧含量呈上升趋势;终点碳含量低于0.04%时，(FeO+ MnO)波动较大，说明此时吹氧脱碳比较困难，而且铁被大量氧化。

图3 （FeO+MnO）含量对钢水终点氧含量（a）和终点碳含量（b）的影响

　 为了有效地控制转炉终点氧含量，对冶炼过程进行实时生产指导，根据确定的控制变量以及生产统计数据，采用多元回归分析法建立了转炉冶炼超低碳钢的终点氧含量预测模型，即:

(1)

　 式中ω_[C]、ω_[Si]、ω_[Mn]、 ω_[P]——钢水中碳、硅、锰、磷的质量分数,%；

　 ω_[C]e、ω_[Mn]e、ω_[P]e——冶炼终点钢水中碳、锰、磷的质量分数，%;

　 R一一废钢比;

　 t、t_e一一钢水温度和钢水的终点温度℃;

　 Q——吹氧量m³；

　 ω_(FeO)——渣中氧化铁的质量分数，%。

　 此模型的预测结果示于图4，可见预测值与实测值的相对误差为士13.8%。

图4 转炉终点氧含量的预测值与实际值的对比

　 由式(1)可知，在钢水成分和吹炼制度一定的条件下，要降低转炉终点氧含量，应该注意以下几点：①钢水终点碳含量应不小于0.035% ;②终点温度应控制在1640～1 680℃范围内;③渣中的(FeO+M nO)含量应保持在14%～18%范围内;④采取强化复吹工艺(尤其是对于超低碳钢)。终点碳含量在0.02%～0.05%范围内.顶吹终点氧含量为0.07 %～0.09%;终点碳含量在0.02%～0.05%范围内.复吹终点氧含量为0.025%～0.060%。

　 因此，在转炉冶炼中采用动态控制，提高转炉碳含量和温度的双命中率,减少后吹,加强复吹效果是降低转炉终点氧含量的有效措施。既可节约铁合金消耗量，更重要的是减少了钢中夹杂物的生成量，提高了钢的内在质量。

2 RH处理时钢水氧含量的控制

　 RH真空处理时.影响钢水中总氧含量的因素之一是夹杂物的上浮去除速率。通常提高吹氩流量、增大浸渍管直径，能够提高夹杂物的上浮去除速率，有助于夹杂物的上浮去除。但就某一座RH真空处理装置而言，在保持吹氩流量和钢水环流量不变的情况下，影响钢水总氧含量的主要因素还有初始氧含量、钢包渣中的(FeO+MnO)含量、钢包衬及钢包渣中的SiO₂含量和纯脱气时间等。

2.1 初始氧含量

　 RH处理过程中.纯环流开始时钢水的初始氧含量越低，在纯脱气处理时间内钢水的总氧含量越低。

2.2 钢包渣中的(FeO+ MnO)含量

　 RH处理过程中，FeO和MnO是主要的二次氧化来源。研究发现.在纯脱气处理时间为15 min条件下，ω_{(FeO+ MnO)} =2%时，钢水总氧含量为=0.00248%;ω_{(FeO+ MnO)} =10%时，总氧含量为0.00322%;ω_{(FeO+ MnO)} =20%时，总氧含量为0.00414%。因此，有必要在转炉出钢时尽可能减少下渣量，使钢包渣层的厚度保持在20～30 mm。同时.在出钢后进行钢包渣还原处理，使(FeO+MnO)含量低于2%，这将大大提高钢水的纯净度。日本大多数厂家出钢后均进行钢包渣还原处理.使钢包渣中的(FeO+MnO)含量小于2%，甚至达到1%的水平。对于IF钢，RH脱碳结束后(FeO+MnO)含量应低于10%甚至5%。

2.3 钢包衬及钢包渣中的SiO₂含量

　 当渣中的(FeO+ MnO)含量低于10%时，钢包衬及钢包渣中的SiO₂含量对钢水的二次氧化起主要作用。因此，若要生产超纯净钢，钢包衬及钢包渣中的SiO₂含量应尽量少，所以应使用碱性钢包和碱性保温剂。

2.4 纯脱气处理时间

　 随着处理时间的延长.钢中总氧含量显著降低。但处理时间继续延长时，氧含量变化不大。因此，纯脱气处理时间在15～20min范围内比较合适。

　 在此基础上建立的RH处理过程中钢水总氧含量的预测模型为:

（2）

　　　 式中D_l一浸渍管直径㎝;

　 W_l一钢包中的钢水量t;

　 G一吹氩流量L/min;

　 τ_l一一钢水处理时间min;

　 ω_[O]o一处理前钢水初始氧含量10^{一 4 %。}

　 RH钢水中总氧含量的预测值与实测值的对比结果见图5。可以看出，二者基本吻合,这说明可以用式(2)对RH处理过程中钢水的总氧含量进行预测,并针对产品的用途、级别及用户对钢纯净度的要求确定合理的RH处理操作制度。

图5 RH钢中总氧含量的预测值与实际值的对比

3 连铸过程中氧含量的控制

　 钢水经炉外精炼处理后，其总氧含量可以达到0.002%～0.003%，甚至更低一些。钢水中的大部分夹杂物(85%以上)都上浮去除，可以说钢水的纯净度很高。连铸的主要任务就是防止钢水再污染，并设法进一步排除夹杂物。

　 过去仅把中间包作为钢包与结晶器之间钢水的分配器和存储器。随着对钢质量要求的越来越严格以及钢包冶金技术的成功应用，人们认识到中间包对于控制钢中氧含量、提高钢水纯净度也起着重要的作用。生产实践发现，浇注过程中，中间包钢水的总氧含量与以下因素有关:钢包中钢水的氧含量、钢包渣中的(FeO+MnO)含量、钢包及中间包耐火材料中的SiO₂含量、钢包到中间包钢水的吸气量、水口直径、中间包钢水量、铸坯断而积、拉坯速度以及浇注时间。对于一台连铸机，在中间包结构、水口直径、中间包钢水量、铸坯断面积和拉坯速度基本不变的前提下，建立的中间包钢水的总氧含量预测模型如下:

　 式中钧△_[N]一从钢包到中间包的吸氮量.×10^-4%;

　 A_s——铸坯断面积mm²　 ;

　 v_e——拉坯速度m/min;

　 D₂一一中间包的水口直径㎜;

　 W₂一一中间包中的钢水量t;

　 ρ一钢水密度.kg/㎝³;

　 τ₂一一浇注时间.min.

　 中间包中钢水总氧含量的预测值与实测值的对比结果如图6所示。分析用上述模型预测的中间包总氧含量可知:减少钢包渣中的(FeO+MnO)含量、降低耐火材料中的SiO₂含量、改善保护浇注效果，使吸氮量小于0.000 3%，有利于钢水总氧含量的降低。

　 为了防止钢水再污染并进一步排除夹杂物，在连铸过程中可采用如下技术措施:①采用保护浇注、碱性包衬、碱性覆盖剂和中间包密封充氩等技术来防止二次氧化;②采用钢包下渣检测器和中间包恒重操作来防止浇注过程下渣;③通过控制结晶器液面及结晶器钢水流动的合理性并采用合适的保护渣来防止结晶器卷渣;④中间包中采用挡墙+坝、阻流器和电磁离心搅拌、结晶器采用EMS(电磁制动)、EMBR(电磁搅拌)来促进浇注过程中夹杂物的进一步排除;⑤提高非稳态浇注操作水平。

图6中间包钢水总氧含量的预测值与实际值的对比

　 综上所述，随着对转炉终点氧含量的严格控制以及炉外精炼技术、中间包冶金技术的发展.近几十年来，钢中的总氧含量不断降低，夹杂物越来越少，钢水的纯净度越来越高，钢材性能不断得到改善。1970~ 2000年，钢中平均总氧含量的变化情况如图7所示。

图7 1970～2000年钢中平均总氧含量的水平

4 结论

　 炼钢过程中，应尽可能将转炉冶炼钢水的终点氧含量控制在较低的范围内;钢水进入结晶器之前要严格控制钢中的夹杂物，二次精炼是获得高纯净度钢水的关键;在连铸过程中一是要防止钢水再污染，二是在钢水流动过程中要创造条件尽可能地去除夹杂物这样才能保证最终产品的洁净度。