转炉炼钢脱氧技术的现发展状摘要：介绍了沉淀脱氧、扩散脱氧、真空脱氧和复合脱氧法对钢水脱氧的影响以及各种脱氧工艺效果之间的比较。
关键词：脱氧工艺，效果分析The Present Situation Of BOF Purging ProcessAbstract：The present paper introduces settling purging and spread purging and vacuum purging and composite purging and the comparison to all kinds of purging process.Key word：purging process；effect analyse前言当钢液中大量元素，特别是碳被氧化到较低浓度时，钢液内就存在着较高量的氧（ω[ O ]＝0.02%～0.08%）。
这种饱含氧的钢液在冷凝固时，不仅在晶界上析出FeO及FeO-FeS，使钢的塑性降低及发生热脆，而且其中的[ C ]及[ O ]将继续反应，甚至强烈反应。
因为其内的氧在冷却的钢液中溶解度减小，出现偏析时，毗连于凝固层的母体钢液的含氧量增高，超过了ω[ C ]·ω[ O ]平衡值，于是CO 气泡形成，使钢锭饱含气泡，组织疏松，质量下降。
因此，只有在控制沸腾（沸腾钢）或不出现沸腾（镇静钢）时，才可能获得成分及组织合格的优质钢锭或钢坯。
为此，对于沸腾钢，ω[ O ]需降到0.025%～0.030%，对于镇静钢，ω[ O ]应小于0.005%。
【1】2 脱氧原理2.1 钢液的脱氧不管是哪种炼钢方法，都需要在熔池中供氧去除C、Si、Mn、P等杂质元素，氧化精炼结束后，钢液达到了一定成分和温度。
如果钢水不进行脱氧，连铸胚就得不到正确的凝固组织结构。
钢中氧含量高，还会产生皮下气泡、疏松等缺陷，并加剧硫的危害作用。
而且还会生成过多的氧化物杂质，降低钢的塑性、冲击韧性等力学性能。
因此，必须在出钢或浇注过程中，加脱氧剂适当减少钢液含氧量，除去钢中的过剩氧。
2.2 脱氧剂和脱氧能力炼钢常用的脱氧元素有：硅、锰和铝。
硅：硅的脱氧生成物位SiO2或硅酸铁（FeO·SiO2）。
硅脱氧反应式为：[ Si ] + 2[ O ] = SiO2∆G=—576440+218.2T J/molK＝在ω[ O ] [Si]<2%，·值接近1，于是可得ω[Si]%·ω≈a Si ·炉渣碱度越高，SiO 2的活度越小，残余量越低，硅的脱氧效果越好。
各种牌号的Fe-Si 是常用的脱氧剂锰：锰是弱脱氧剂，常用于沸腾钢脱氧，其脱氧产物并不是纯的MnO ，而是MnO 与FeO 的熔体。
锰脱氧反应式可表示为：[Mn]+[O] =(MnO)(l) ∆G θ=—244300+107.6T J/mol[Fe]+[O] =(FeO)[Mn]+ (FeO)= (MnO)+Fe (l)实验测得上述反应的平衡常数： lglg =k MnO ][%)(Mn N N W FeO l MnO ∙=T 6440—2.95 k Mn lg =a Mn N o l MnO W ∙][%)(lg =T12760—5.62 当金属含锰增加时，与之平衡的脱氧产物中的N MnO 也是随之增大。
当N MnO 增大到一定的浓度时，脱氧产物开始有固态的FeO ·MnO 出现铝：铝是强脱氧剂，常用于镇静钢的终脱氧，铝脱氧反应为：2[Al]+3[O] =Al2O3 ∆G θ=—1242400+394.93T J /mol复合脱氧剂：使用两种或多种脱氧元素制成的复合脱氧剂，例如硅锰、硅钙、硅锰铝等复合脱氧剂，复合脱氧剂有以下优点：(1)可以提高脱氧元素的脱氧能力；(2)有利于形成液态的脱氧产物，便于产物的分离和上浮；(3)有利于提高易挥发元素在钢中的溶解度，减少元素的损失，提高脱氧元素的脱氧效率。
【2】3 三种不同脱氧工艺比较3.1 沉淀脱氧沉淀脱氧法是指将脱氧剂加到钢液中，它直接与钢液中的氧反应生成稳定的氧化物，即直接脱氧。
沉淀脱氧效率高，操作简单，成本低，对冶炼时间无影响，但沉淀脱氧的脱氧程度取决于脱氧剂能力和脱氧产物的排除条件。
向钢液中加人与氧的亲和力比铁大的元素，使溶解于钢液中的氧化铁还原，用公式表示如下:x[ M ] + y[ Fe0 ] = ( M x O y ) + yFe这种脱氧法的缺点是随着氧化铁的还原，在钢液中产生了新的氧化物Fe x0y，因此采用这种方法脱氧时，必须创造夹杂物上浮的良好条件。
【3】图3.1成品钢锭氧含量的趋势图3.2 扩散脱氧扩散脱氧是根据氧分定律建立起来的，一般用于电炉还原期，或钢液的炉外精炼。
随着钢液中氧向炉渣中扩散，炉渣中（FeO）逐渐增多，为了使（FeO）保持在低水平，需在渣中加脱氧剂来还原渣中的（FeO），这样可以保证钢液中的氧不断向渣中扩散。
扩散脱氧的产物存在于熔渣中，这样有利于提高钢液个纯洁度，但扩散脱氧的速度慢，时间长，可以通过吹氩搅拌或钢渣混冲等方式加速脱氧进程。
另外，进行扩散脱氧操作前，需换新榨，以防止回磷。
将脱氧剂加入到炉渣中，直接降低炉渣中的氧化铁含量，借分配定律的作用使钢液中的氧化铁逐渐转移到炉渣中来。
平衡状态下，氧在炉渣和钢液之间的分配服从分配定律为:L FeO=，即[%FeO]= L FeO×a(FeO)由上式可见，如人为降低(Fe0)，则钢液中的[Fe0]就会扩散进人炉渣。
因此，决定熔池中氧含量的主要因素不是钢液中的含碳量，而是炉渣中的氧化铁含量。
将含氧化铁较低的合成渣置于盛钢桶内与钢液混合，也能得到相同效果。
【4】表3.2 各种钢扩散脱氧工艺优化前后的技术指标对比从表2可以看出，经扩散脱氧工艺优化后，各钢种Si、Mn等成分的收得率提高，Als 损失量降低了0.005%以上，脱氧合金成本大大降低，平均达到3元/t钢以上。
按年产420万t钢计算，年可创效益1 000万元以上。
3.3 真空脱氧真空脱氧法是将钢包内钢液置于真空条件下，通过抽真空打破原有的碳氧平衡，促使碳与氧的反应，达到通过钢中碳除去氧的目的。
此法的优点为脱氧产物是CO，不会污染钢液；CO气泡具有去气和吸附夹杂的作用；CO气泡逸出时，可起到搅拌钢液的作用。
在根本改善钢的质量方面，应用真空脱氧有很大意义，这是因为采用其他脱氧方法不可能完全去除钢中的夹杂物。
真空碳脱氧服从以下热力学规律:[C] + {O} = COlgK=lg==2.003[%O] =如果根据上式近似评价碳在1873 K下的脱氧能力，则当P CO =10-3 Pa时，碳就具有比铝还强的脱氧能力。
前苏联的研究表明，1873 K时，P CO =0.006687 Pa，[O] =(18.2±2.07)×10-5%，[C]×[O] =1.3×10-10。
在真空碳脱氧的过程中吹入100～200 L/min的氩气进行搅拌，为产生CO气泡创造了条件，真空度达0.5乇时解除真空，可以达到钢中游离氧含量100×10-6以下。
初炼炉出钢不加合金及预脱氧剂，钢水中游离氧在500×10-6左右，大包温度在1580℃以上直接入真空位，根据钢液碳含量增碳至0.13%，然后进行真空碳脱氧处理约8 min，真空度达到0.5乇后解除真空，取样吊至LF炉精炼，根据钢种不同直接加入相应量的硅锰合金，后步工序同正常炉次操作。
每炉钢(120 t/炉)降低脱氧剂及石灰消耗量，见下表：【5】表3.3.1 每炉钢降低脱氧剂及石灰消耗情况表3.3.2 每炉钢增加的成本从表3.3.1和表3.3.2可以看出，采用真空碳脱氧工艺后，非过氧化炉次每炉钢可降低成本2229元，对过氧化炉次，由于铝线用量比此工艺多消耗300 m以上，故每炉钢成本可以降低3000元左右。
3.4 复合脱氧依据钢的电弧炉冶炼原理，经过对铁合金炉渣的筛选再处理，采用“SC复合脱氧剂”，它是铁合金生产中的副产品(炉渣)，主要成分正是电石渣所需的成分CaC2。
SC复合脱氧剂的化学成分见表3.4.1。
表3.4.1 SC复合脱氧剂的化学成分（%）其中SiCa脱氧反应的自由能变化远低于C的氧化反应：SiCa＋3FeO＝3Fe＋CaSiO3△G1873K＝﹣1032.9 KJ 这样，就可以使用复合脱氧剂的方法解决难以获得电石渣或类似电石渣脱氧剂的问题。
表3.4.2 SC复合脱氧剂与Si-Fe-C脱氧剂脱氧效果比较表3.4.2是在冶炼12Mn和ZG230—450钢中使用SC复合脱氧剂和Si-Fe-C粉两种脱氧剂的脱氧效果比较。
可以看出，与Si-Fe-C相比，SC脱氧剂不仅有横好的脱氧效果，而且脱氧速度快、脱氧率高，每炉可缩短冶炼时间。
【6】4 三种脱氧工艺的对比沉淀脱氧法，是目前应用得最广泛的方法。
相当于扩散脱氧和真空扩散法，设备简单，工艺流程也不复杂。
图4 3种脱氧方法的特点对于扩散脱氧法，由于脱氧剂加在渣层内，脱氧反应在渣钢液界面进行，脱氧产物不进入钢液中，就不会沾污钢液，因而在原则上说是冶炼优质钢最好的脱氧方法。
真空脱氧法，对于机器设备和操作精良有较高的要求，可以得到脱氧效果较好的钢液。
复合脱氧法，相对于单一脱氧剂而言，效率有很大的提升。
5 总结通过比较沉淀脱氧、扩散脱氧、真空脱氧以及复合脱氧法，可见不同的工艺各有其优缺点。
应当在生产实践中，有机的结合这4种脱氧工艺。
有效的将复合脱氧剂应用到沉淀、扩散、真空脱氧工艺中。
这样可以大大减少脱氧剂的使用量，同时能加快脱氧速度，降低工人的劳动强度。
结合各种脱氧工艺生产，还可以减低电能消耗，提升钢液质量。
参考文献：【1】钢铁冶金原理（第三版），黄希古，主编，冶金工业出版社.【2】现代冶金学（钢铁冶金卷），朱苗勇，主编，钢铁工业出版社.【3】沉淀脱氧和柔性吹氩搅拌对于提高钢锭质量的分析，姚国平，太原科技，2008.12.【4】炼钢厂150t转炉出钢过程脱氧工艺研究，范启兴，梅山科技，2008增刊(1).【5】精炼过程中的真空碳脱氧试验，李慧勇，宽厚板，2009.8.【6】复合脱氧粉剂在电炉炼钢扩散脱氧中的应用，吉仁龙，铁合金，1996.7.。