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现代炼钢技术

引言

1995年世界粗钢产量和1979年几乎相同，约为7亿5千万吨。从1979年至1995年期间，世界钢材消耗量增加了约6千万吨。这6千万吨钢材的增加来自于这期间钢的连铸比的提高，从22%提高到73%，而连铸钢的成品率要高得多。同时，氧气转炉或电弧炉取代平炉炼钢也带来了经济效益。因此，钢生产效率的提高使得世界对钢的需求的增加得到满足，而无须提高钢产量。

近年来，不单炼钢技术的经济性得到很大的提高，对钢材的性能的要求也不断提高。这些要求包括：提高强度以减轻结构的重量；改善韧性以保证使用安全，特别是在零度以下的使用安全；改善冷成形性和表面质量以适应汽车工业发展的需要；改善焊接性能以适应经济性更好的大输入热的焊接工艺；钢的用户还进一步要求每一批钢材之间的性能的可重复性，这因为钢材的进一步加工大都采用自动工序。为了保证满足上述要求，除轧钢技术的改进外，炼钢技术进行重大革新也是必需的。

杂质元素最低的含量要求

有一常用术语叫做“洁净钢”。此术语原来是用来描述一种钢产品，其氧化物和硫化物夹杂的含量很低。此术语现在也指磷、氢、氮含量很低的钢，有时还包括碳含量很低的钢。表1示出了在某些标准或内部技术条件所规定的杂质元素最低的含量要求。

利用所有可能的工艺，生产上述杂质元素总含量不超过60ppm的洁净钢是可能的(1)。有人预见2000年超洁净钢的大生产将保证上述所有元素的总含量不超过20ppm(2)。除了对这些非金属元素的限制外，常常有一些内部标准要求限制金属元素，如某些对表面质量有影响的金属元素。一个例子是有一个公司在50％的产品中要求Cu+Cr+Ni+Sn的总量不超过0.07%(3)。

为了达到如此严格的要求，炼钢技术必须要求对每一生产步骤都加以优化，如生铁的生产，铁水予处理，废钢挑选，氧气转炉炼钢，出钢，钢包精炼，中间包工艺和连铸。其中某些生产步骤将在下面加以讨论。

脱硫和硫化物形态控制

为了从液态金属中除去硫元素，往往需要应用如钙化物这样的硫化物形成剂。由于还原气氛有利于硫化物形成的反应，对高炉铁水进行脱硫是最经济的方法。过去常用的最重要的脱硫剂是碳化钙加一定的附加剂，主要由于其成本低。但现在应用以金属镁为基的脱硫剂可获得更好的脱硫率。如图1(4)所示，同时喷吹上述两种成分可得到最佳经济效果。采用现代脱硫工艺，进入转炉的铁水的典型硫含量可低于0.010%。

图1

氧气转炉炼钢时由于氧化气氛的存在脱硫率很低。当开始时铁水中的硫含量很低时，常

可发现来自废钢的硫含量的升高。往往出钢后硫含量也在0.010%左右，进一步降硫就

要靠钢包精炼。下述条件有利于脱硫，而且往往这些也是脱硫的先决条件。

·无渣出钢以得到较低的氧化势，用底吹惰性气保护钢水，以及加入含有铝等还原剂的保护渣或反应渣。

·有碱性衬砖的钢包

·在钢包中形成激烈湍流，使得脱硫剂可充分散开并且得到高反应介面。·保持较高的温度以促进脱硫反应。

用于钢水脱硫的脱硫剂一般有两种。一是钙合金如CaSi，二是低熔点合成渣如含铝的CaO-Al2O3-CF2系合成渣。图2(5)介绍一种工艺路线，可以获得硫含量低于10ppm。这

样低的硫含量对抗氢诱导裂纹的钢来说是必要的。这些钢还需要进行硫化物夹杂形态控制，可以用喂CaSi芯丝的方法来达到此效果。

图2

脱磷

除了需强碱性氧化物如CaO外，脱磷的条件和脱硫不同，因为强氧化气氛和较低的温度对脱磷是有利的。因此铁水脱磷和钢包脱磷都不是成本低的首选方法。应该提到还有另外的脱磷方法，一是通过两步工艺进行铁水脱磷(6)，另一是在低温出钢时，加入含CaO-FeO的渣子。但后者还需增加操作步骤，如脱氧前将渣子扒去和钢包钢水再加热(7)。

常常利用复合吹炼的优点来得到低磷含量。这包括向熔池表面吹氧的喷咀的优化和底吹惰性气体的优化，从而导致钢液和炉渣之间接近于平衡状态。调整炉渣的碱度和数量，可以获得低磷含量(8)。应该指出，和传统的顶吹工艺相比，熔池的强烈搅拌可获得熔钢较高的金属回收率和较小的[C][O]溶解积。

为了保持在转炉中得到的低磷水平，需要采用无渣出钢和应用低磷的铁合金，见图3(3)。为了避免转炉渣进入钢包，可以采用两种系统，一是采用耐火材料制成的浮塞(9)，另一是一个用电磁炉渣检测系统起动的气动塞(10)。

均匀化

上述常用的无渣出钢工艺，钢包中加入活性渣及底吹惰性气体都利于降低氧化物夹杂，提高钢的洁净度。

上述工艺还对提高合金元素的回收率有利，条件是铁合金的加入是在脱氧后进行的；还对钢液的均匀化以及在二次精炼后期对化学成分进行微调提供条件。从而可以保证炉号至炉

图4