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1、鋼中氫、氮、氧的來源及其控制對策1 前 言?????1996年，我國的鋼產(chǎn)量突破1億t，成為世界第一產(chǎn)鋼大國。但與世界主要發(fā)達產(chǎn)鋼國家相比，在品種結(jié)構(gòu)、產(chǎn)量質(zhì)量、技術(shù)裝備、能源消耗、生產(chǎn)成本等方面還有不少的差距，因此，我們還沒有成為世界鋼鐵強國。?????世界上發(fā)達的鋼鐵工業(yè)國家都經(jīng)歷了同樣的發(fā)展歷程。即先是粗鋼在量上按年份絕對增長，到達一定高峰后調(diào)整結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)而追求品種質(zhì)量。當(dāng)品種質(zhì)量占據(jù)市場的絕對份額后，由于激烈的競爭，相繼在高附加值的精品上下功夫。人們在20世紀(jì)50年代前，主要致力于脫磷、脫硫、脫氧。隨現(xiàn)代鐵水預(yù)處理技術(shù)的發(fā)展，“三脫”(脫磷、脫硫、脫硅)在生產(chǎn)上已實現(xiàn)了最經(jīng)濟成本。人們
2、可以把普通鋼的硫磷比一般標(biāo)準(zhǔn)≯0.040%再降至更低的水平。這樣磷、硫的危害在下降的同時，氫、氮、氧對鋼的危害則愈加顯露出來。鋼中氫的致裂，氮的發(fā)脆，全氧與鋼中夾雜物的緊密關(guān)系，在分析鋼的缺陷時已形成了共識。20世紀(jì)50年代后，人們著手深入研究對鋼的脫氫、脫氮、脫氧。到目前為止從某種意義上講，對氫、氮、氧的控制和要求，即反映出整條工藝路線的綜合水平又反映出一個工廠所能生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品檔次的高低。2 我國鋼中氫、氮、氧的控制與外國先進水平的現(xiàn)狀?????對鋼中氫、氮、氧要求，我國已有一些部門和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，也包括企業(yè)內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，在一些特殊用途的鋼上做出了規(guī)定。如馬鋼快速客車輪鋼中含氫(w)≤2×10
3、-6，重載貨車輪鋼中含氫(w)≤3.5×10-6；特鋼企業(yè)生產(chǎn)的軸承鋼對全氧提出明確的要求。但在我國的國家標(biāo)準(zhǔn)(GB)中，除了眾所周知的對優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼提出過鋼中含氮的(w)≯80×10-6以外，到目前為止，根據(jù)已有的資料，還沒有見到將鋼中氫、氮、氧作為有害元素控制的新標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布或頒布。我國有爐外精煉裝置，經(jīng)真空處理的鋼不足鋼產(chǎn)量的1/10。以4大鋼鐵企業(yè)為例。由于各家產(chǎn)品不同，工藝不同，精煉裝置的不同，氫、氮、氧波動幅度較大。即便以我國先進的擁有真空處理裝備的煉鋼廠與國外相比，在這方面仍有較大差距(見表1、表2)。3 結(jié)凈鋼或純凈鋼的出現(xiàn)及發(fā)展?????中國的鋼鐵市場是國際市場的一部分。中國
4、鋼鐵企業(yè)不能生產(chǎn)的或?qū)嵨镔|(zhì)量上尚存不足的產(chǎn)品，還得從國外大量進口，這個量每年仍有1000～1500萬t。要實現(xiàn)從量變到質(zhì)變，值得一提的是國外生產(chǎn)的所謂“潔凈鋼”(Clean-steel)或“純凈鋼”(Purity-steel)，在對鋼的純凈度上出現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。通常這種鋼是指［S］、［P］、［H］、［N］、T［O］含量(w)總和≯100×10-6。當(dāng)然還有一種觀點就是還得強調(diào)夾雜物的形態(tài)與尺寸。對不同的鋼號有不同的要求，比如滾珠軸承鋼，要求夾雜物D＜15μm，輪胎鋼簾線要求夾雜物D＜10μm。除此之外，隨煉鋼技術(shù)的不斷提高，超純凈鋼的概念也出現(xiàn)在世界冶金的論壇上。德國預(yù)測：鋼水中可能達到的元素
5、含量為(w)/×10-6：［C］≤20、［P］≤15、［S］≤5、［N］≤15、T［O］≤10、［H］≤0.7，總含量≤65.7×10-6；日本報告：到2000年，在批量生產(chǎn)的超純凈鋼中，上述幾種有害元素的含量可控制在(w)/×10-6,［C］≤16、［P］≤12、［S］≤4、［N］≤14、T［O］≤5、［H］≤0.5，總含量≤51.5×10-6(見圖1、圖2)。4 影響鋼中氫、氮、氧的因素與其控制4.1 鋼中氫、氮、氧的來源在常壓下進行鋼的冶煉，氣體除鐵水中已溶解的外，還可以通過各種原輔料及爐氣進入鋼液。當(dāng)進入鋼中的氣體量超過冶煉過程脫碳沸騰的脫氣量時，鋼中氣體的含量就增加［4］。各種不同
6、的煉鋼爐，終點鋼水中都含有一定量的氫、氮、氧，實測和統(tǒng)計情況見表3。4.1.1 氫的來源氫氣在爐氣中的分壓力很低，大氣中氫的分壓力為0.053Pa。因此鋼中的氫主要由爐氣中的水蒸汽的分壓力來決定的(見圖3)。氫進入鋼液的主要途徑是：通過廢鋼表面的鐵銹(XFeO.rFe3O4.2H2O)；鐵合金中的氫氣；增碳劑、脫氧劑、復(fù)蓋劑、保溫劑、造渣劑(Ca(OH)2)、瀝青和焦油中的水份；未烤干的鋼包、中間包、中注管、湯道；鋼錠模的噴涂料；結(jié)晶器滲水以及大氣中的水份與鋼水或爐渣作用而進入鋼中。4.1.2 氮的來源氮氣在爐氣中的分壓力很高，大氣中氮的分壓力大體保持在7.8×104Pa。因此鋼中的氮主要是
7、鋼水裸露過程中吸入并溶解的。電爐煉鋼，包括二次精煉的電弧加熱，加速了氣體的解離，故［N］含量偏高；平爐治煉時間長增加了氮含量；轉(zhuǎn)爐復(fù)吹控制不當(dāng)，氮氬切換不及時也會增加氮的含量(見圖4)；鐵合金、廢鋼鐵和渣料中的氮也會隨爐料帶入鋼水。4.1.3 氧的來源氧在各種煉鋼爐冶煉終點時都以一定量存在于鋼水中，氧是我們供給的這是不言而喻的。因為煉鋼過程首先是氧化過程，脫［P］、脫［S］、脫［Si］、脫［C］都需要向鐵水供
