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1、低珪低碳沖壓用鋼增硅機理探究硅是生產(chǎn)SPHC等沖壓用鋼時必須嚴格控制的化學(xué)成分指標(biāo)。硅在煉鋼過程中起還原劑和脫氧劑的作用，但是硅含量的增加明顯提高鋼的冷加工硬化率，使鋼在冷軋過程中很快變硬變脆，不利于繼續(xù)軋制，降低了鋼板的深沖性能。目前國內(nèi)鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)過程中普遍遇到的突出問題之一就是鋼水中的硅含量難以精確控制，往往因為硅含量超標(biāo)而造成產(chǎn)品改判。因此，目前來說硅量過高的問題仍然是各大鋼廠需要認真解決的問題。一、轉(zhuǎn)爐-精煉-連鑄流程鋼水中硅含量的變化鋼中的硅主要來自由高爐鐵水、煉鋼生鐵和煉鋼時加入的造渣劑、脫氧劑。硅是轉(zhuǎn)爐冶煉中易于去除的元素，氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中，鐵水中的硅很容易被氧化。吹煉
2、時鐵液中的硅可發(fā)生下列氧化反應(yīng)［1］:式中：是反應(yīng)進度為lmol的化學(xué)反應(yīng)的吉布斯自由能變化。反應(yīng)（1）能形成覆蓋在鐵液表面的高熔點Si02固體膜，阻礙［Si］氧化的繼續(xù)進行；反應(yīng)（2）僅能發(fā)生在1700°C高溫的鐵水液面上；只有反應(yīng)（3）及（4）才能在鐵液與熔渣界面上正常進行。由上面各式可見，鐵水中的硅與氧反應(yīng)生成氧化硅的標(biāo)準(zhǔn)自由能變化值很低，表明硅極易與氧結(jié)合。它們的分配常數(shù)可由相應(yīng)的反應(yīng)得出，以（4）式為例：可見，降低溫度（增大K），提高渣中FeO（Fe2+、02-）的活度及降低（提高堿度）都可促進［Si］的氧化。降低溫度有利于LSi的提高，說明硅氧化是強放熱反應(yīng)（（III）?-60
3、0kJ.mol-1、（IV）-350kJ.mol-1），因此在熔煉之初鐵水溫度較低時［Si］即可被大量氧化，很快迗到極低含量，并使熔池溫度迅速上升，鐵水中的硅經(jīng)過吹煉，基本全部進入渣中，鋼水中幾乎不含硅。濟鋼對SPHC鋼生產(chǎn)過程鋼水Si含量及渣樣成分變化進行了分析［2］，表1給出了不同工序鋼水Si含量變化的檢測數(shù)據(jù)。可以看出，LF精煉過程發(fā)生了還原反應(yīng)，精煉渣里的氧化硅還原成Si并進入了鋼水，造成硅含量的增加，即發(fā)生回硅。表1濟鋼SPHC不同工序鋼水Si含量（％）上述研究結(jié)果表明，低碳低硅鋼中硅含量的增加以至超標(biāo)的確是在轉(zhuǎn)爐出鋼后的LF爐外精煉過程中產(chǎn)生的。二、精煉過程增硅的熱力學(xué)及動力學(xué)
4、條件由于鋼水增硅主要發(fā)生在LF精煉過程，在此將結(jié)合LF爐內(nèi)氣氛，探討精煉過程增硅的熱力學(xué)及動力學(xué)條件。（一）LF鋼包精煉爐內(nèi)氣氛鋼包精煉爐完成的是電爐還原期內(nèi)的工作，包括脫氧、脫硫、合金化，這意味著LF精煉爐內(nèi)必須是一種還原性的氣氛條件［3］。精煉過程中LF爐內(nèi)基本處于隔絕空氣的密封狀態(tài)，爐內(nèi)煙氣大部分是惰性氣體，主要來自攪拌鋼液的氬氣，其它組分包括CO、C02及少量的氧和煙塵。加熱時石墨電極與渣中的FeO、MnO等氧化物作用生成CO氣體，再加上強還原性精煉渣的作用，形成了LF精煉爐內(nèi)的還原性氣氛。另外，加熱時石墨電極還與鋼包中的氧氣作用生成CO或C02,可以使氣氛中的氧含量降至0.5%以
5、下，有效阻止?fàn)t氣中氧向鋼液的傳遞，保證了精煉時爐內(nèi)始終處于還原氣氛。（二）增硅的熱力學(xué)條件鋼液w（［0］）和精煉渣中FeO的質(zhì)量分數(shù)降至極低，即渣一鋼間氧勢很低時，渣中的Si02將被還原，發(fā)生回硅，造成鋼液w（［Si］）超標(biāo)。還原性過強還容易造成鋼液增氮和增碳的現(xiàn)象，對要求極低C、Si、S含量的SPHC、SPHD鋼成分控制造成不利影響，進而對鋼板的冷沖壓性能帶來損害。精煉溫度（?1600°C）下，鋼中常用元素之間存在著下列反應(yīng)，反應(yīng)式及其在1600°C時的吉布斯自由能如下所示：比較上面各可知，精煉溫度下（8）式對應(yīng)的值最低，說明鋁的氧化物最穩(wěn)定，鋁的氧化反應(yīng)優(yōu)先于硅、錳的氧化反應(yīng)。因此在還
6、原性氣氛中，當(dāng)這幾種元素及其化合物同時存在時鋁很容易把硅、錳還原出來。鋼水中的［A1］與渣中的Si02反應(yīng)是造成鋼水回硅的重要原因［4］。自⑻相去⑺式可得硅_鋁之⑽反應(yīng)式為：該式1600°C時的=-75.643
