電渣重熔過程中氧的控制

馬東良¹  劉佳佳²  馬東輝³  高遠⁴

（1.中建安裝工程有限公司  山東 濟南 250014；2.山東建澤混凝土有限公司，山東 濟南 250101；

3.中國建筑五局山東公司，山東 濟南 250101；4.恒大集團山東公司，山東 濟南 250100）

摘  要：電渣重熔工藝能夠顯著去除鋼中的非金屬夾雜物、降低鋼中的總氧含量。本文闡述了電渣重熔過程中氧的去除機理，提出了氧含量的控制方法。

關鍵詞：電渣重熔；氧含量；爐渣；

電渣重熔作為一種精煉手段在生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼的方面具有獨特的優(yōu)點，它的優(yōu)點之一就是能夠有效的去除鋼中的非金屬夾雜物。在重熔過程中，自耗電極中的原始夾雜可以去除，重熔鋼中的夾雜主要是金屬熔池冷卻結晶過程中新生成的。由于非金屬夾雜物的存在，嚴重的影響了鋼的強度、塑性等力學性能。大量實踐表明，鋼中的氧化物夾雜與氧含量有著直接的關系，在重熔過程中，鋼中活潑元素如Al、Ti、Ce、B等，經(jīng)常會因為氧化而損失。如何防止活潑元素的氧化，是電渣重熔的重要冶金問題之一。

1 電渣過程中氧的來源

電渣重熔過程中氧通過下述途徑進入熔渣及鋼液^[1]：

1）原始電極鋼中溶解的氧及電極中不穩(wěn)定的氧化物在高溫分解放出的氧；

2）電極表面生成的氧化鐵皮隨電極的重熔帶入渣中的氧；

3）氧直接從大氣中通過渣池轉移到金屬熔池；

4）渣中不穩(wěn)定氧化物帶入金屬熔池中的氧。

2 熔渣的傳氧

當原始電極中的氧含量較低時，電渣冶金實際是一個增氧過程，增氧的程度與渣系的選擇密切相關。大氣中的氧能透過渣層進入金屬中，其氧含量隨大氣中氧分壓的增加而增加，另外不同的渣對氧有不同的透氣性，并且其透氣性與渣的穩(wěn)定性相一致，即在惰性氣氛下重熔時，鋼中氧含量高的渣，其透氣性也高。

許多實驗已證明，由穩(wěn)定性低的氧化物所組成的渣重熔的鋼含氧量高；而由穩(wěn)定性高的氧化物所組成的渣重熔的鋼含氧量低。熔渣的傳氧方式主要由渣中不穩(wěn)定的變價氧化物傳遞，如Fe、Ti、Mn、Cr等低價氧化物，在渣池表面吸收大氣中的氧，形成高價氧化物。這些元素的高價氧化物在渣池和金屬熔池界面放出氧，變成低價氧化物，氧從而進入鋼中，這一反應是一個循環(huán)過程。

為了準確理解熔渣在電渣過程與氧含量的關系，排除空氣在實驗過程中的影響，有人在保護氣氛下做了電渣重熔實驗^[2]。實驗采用4種渣系，分別為：

①四元渣系1(CaF₂-Al₂0₃-CaO-SiO₂)；

②四元渣系2(CaF₂-A1₂0₃-CaO-SiO₂)；

③五元渣系1(CaF₂-Al₂0₃-CaO-SiO₂-MgO)；

④五元渣系2(CaF₂-Al₂0₃-CaO-SiO₂-MgO)；

實驗用電極采用CrNiMo低合金鋼，采用轉爐冶煉，經(jīng)LF+VD精煉后再進行連鑄。在連鑄坯上切下部分坯料再鍛造成Φ50mm的圓棒作為電極。在電渣重熔之前，將電極的表面進行打磨，去掉表面的氧化鐵皮，以減少對實驗結果的影響。實驗采用冷啟動法，重熔過程中沒有添加任何脫氧劑。

為考察氬氣保護下不同渣系對電渣鋼中氧的影響，對重熔前后鋼中的氧進行了分析。同時也分析了重熔錠中的Si和Al的變化。經(jīng)過電渣重熔以后，錠中的氧都比電極中的氧高，同時不同渣系氧的增量不同。由于實驗是在完全氣體保護下進行，可以排除大氣中的氧的影響，并且重熔過程中也沒有添加任何的脫氧劑。因此電渣錠中氧含量的增量完全取決于渣系的選擇。

3 電極表面狀態(tài)、填充比及氬氣流量對氧含量的影響

為了考察電渣重熔過程中影響氧含量的因素，充分發(fā)揮電渣重熔的優(yōu)勢，試驗通過改變電極表面狀態(tài)、填充比以及保護氣氛下氬氣的流量進行電渣錠的生產(chǎn)，并對結果進行了分析^[3]。

通過對電渣重熔后的鋼錠進行顯微分析后發(fā)現(xiàn)，雖然重熔后錠中的氧含量增高，但是電渣錠中的夾雜物尺寸較�。�<5μm）且分布彌散，而電極的中的夾雜物最大為275μm。這說明電極中的大顆粒夾雜物在重熔后已不復存在，重熔后的夾雜物是在金屬熔池凝固過程中重新形成的，呈彌散、細小狀分布，是其他精煉方法所達不到的。

4 氧的控制

由于過去煉鋼水平較低，在鋼中氧含量較低的情況下，電渣重熔過程之所以能夠去氧的原因在于：金屬元素與熔渣的反應沒有達到平衡，反應向脫氧、生成氧化物的方向進行，從而降低了電渣錠中的氧化物夾雜;而目前煉鋼水平大幅提高，鋼中氧較低的情況下，金屬元素與熔渣的反應也沒有達到平衡，但是反應的方向發(fā)生了逆轉，向著熔渣氧化物分解的方向進行，從而導致了電渣錠氧含量的增高，所以在生產(chǎn)過程中應該盡量控制氧的各種來源，盡量使氧含量降到最低。

通過對上述實驗的結果，并結合電極的生產(chǎn)工藝和電渣冶煉過程的渣-金反應分析可以得到以下幾種降低氧含量的方法^[4]：

（1）降低自耗電極中的原始氧含量

a.脫氧劑的使用

因為用Al終脫氧生產(chǎn)的自耗電極所產(chǎn)生的夾雜物在電渣重熔過程中不易析出，所以采用復合脫氧劑如Si-Ca代替Al進行終脫氧，實驗表明使用復合脫氧劑產(chǎn)生的夾雜物熔點低、顆粒大，易于從鋼液中排除，被熔渣吸收。

b.去除表面的氧化鐵皮

使用經(jīng)硫酸酸洗后并進行表面剝皮后的電極立即進行重熔，鋼中氧含量就會降低，對于特殊要求的鋼種，可在剝皮后進行涂層，涂層料采用粉摻和金屬鋁粉并用水玻璃進行調(diào)和。

（2）降低渣中的氧含量

通過渣-金之間的反應，可以得出：Al-O之間的反應是電渣過程的控制反應，電極中Al含量和渣中Al₂O₃含量決定了錠中的氧含量，因此，在生產(chǎn)中為了獲得較低的氧含量，應該減少渣中的Al₂O₃的活度，同時在重熔過程中連續(xù)向渣池添加脫氧劑。

此外，爐渣應進行預先處理，盡量降低渣中帶來的不穩(wěn)定的氧化物的含量。

（3）適當?shù)脑黾訝t渣堿度

在一定范圍內(nèi)增加爐渣堿度有利于降低氧含量，但堿度太高，熔渣的透氣性則會增加，會帶來增氫等行為。

（4）適當提高填充比

填充比的增加降低了電極表面與氧的接觸面積，從而降低了鋼錠中的氧含量，但填充比比不宜過大一般在0.4~0.6之間。

（3）采用保護氣氛

采用保護氣氛進行電渣重熔，降低了氣體中氧的分壓，能有效的降低氧含量。

（6）合理的渣料烘烤制度

重熔過程中加入的物料，有的會含有結晶水，料中的結晶水在重熔過程中高溫下被分解，所以建立合理的烘烤制度，這也是很關鍵的因素。

（7）嚴格的質(zhì)量把關

電渣母材本身的優(yōu)劣是電渣重熔氧來源的很關鍵因素，在前一個冶煉狀態(tài)，比如前期“電爐-精煉爐-鑄錠”，連鑄的后期過程中氧含量處理的合理流程，到最后鋼中氧含量是否在成為電渣母材時氧含量真正在一個好的區(qū)間之內(nèi)，這又關系到合理的檢驗與進錠時的把關問題。所以在重熔前要對電極母材進行嚴格的質(zhì)量把關。

參考文獻

[1] 李正邦.電渣冶金的理論與實踐[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2010

[2] 楊海森，常立忠，朱航宇，等.電渣冶金過程中氧含量變化的研究[J].材料與冶金學報，2011，10(S1)：53-58.

[3] 劉勝國，徐明德，劉鳳霞，等.高碳鉻軸承鋼電渣重熔過程中的氧及其控制[J].特殊鋼，1993(03)：45-48.

[4] 陳青.電渣重熔中去除夾雜物的一些考慮[J].科技傳播，2011(13)：20.