沸腾钢冶炼时钢中硅含量的控制朱溢（马钢钢研所邮编２４３０００）【摘要】推导出沸腾钢在浇铸 时，为保证模内钢水有良好的沸腾，钢中的硅含量与碳含量必须满足关系式１／２ｌｇ［％Ｓｉ］ －１ｇ［％Ｃ］＋１４０３７／Ｔ－７．８６５＜０。因此在冶炼沸腾钢时必须严格控制钢中的硅 含量。关键词沸腾钢，
冶炼，浇铸，Ｓｉ含量控制ＣＯＮＴＲＯＬＯＦＳＩＬＩＣＯＮＣＯＮＴＥ ＮＴＩＮＭＯＬＴＥＮＳＴＥＥＬＩＮＲＥＦＩＮＩＮＧＴＨＥＲＩＭＭＩＮＧＳＴＥＥＬ￥Ｚｈ ｕＨｏｎｇｙｉ（Ｉｒｏｎ＆ＳｔｅｅｌＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭａＡｎｓｈ ａｎＩｒｏｎ＆ＳｔｅｅｌＬｔｄ）【Ｓｙｎｏｐｓｉｓ】Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｒｉｖｅｓｔ ｈａｔａｎｉｎｅｑｕａｌｉｔｙｈａｓｔｏｂｅｍｅｔｉｎｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｏ ｆｓｉｌｉｃｏｎａｎｄｃａｒｂｏｎｉｎｔｈｅｍｏｌｔｅｎｓｔｅｅｌａｓｌｇ［％Ｓｉ］－ ｌｇ［％Ｃ］＋１４０３７／Ｔ－７．８６５＜０ｉｎｏｒｄｅ，ｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｍｅｌ ｔｉｎｍｏｌｄｓｂｏｉｌｉｎｇｗｅｌｌ．ｗｈｉｔｅｔｈｅｒｉｍｍｉｎｇｓｔｅｅｌｉｓｃ ａｓｔｅｄ．Ａｓａｒｅｓｕｌｔ，ｔｈｅｓｉｌｉｃｏｎｃｏｎｔｅｎｔｉｎｍｏｌｔｅｎｓｔ ｅｅｌｍｕｓｔｂｅｒｉｇｉｄｌｙｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｗｈｅｎｔｈｅｒｉｍｍｉｎｇｓｔｅ ｅｌｉｓｒｅｆｉｎｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｒｉｍｍｉｎｇｓｔｅｅｌｒｅｆｉｎｉｎｇｃａｓ ｔｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｏｆｓｉｌｉｃｏｎ１前言冶炼沸腾钢时，如果在出钢前向炉内加硅铁提 温或者在钢包内使用含硅较高的铁合金脱氧。往往会使模内钢水沸腾不良而造成废品。炼钢教科书 上已有阐述，沸腾钢一般不用硅和铝脱氧。只在钢水氧化性过强时，才在盛钢桶内适当加铝或向注 流刺铝进行调整。硅多半是锰铁带入钢中的，锰铁合金含硅量高往往成为模内沸腾微弱的重要原因 ￣［１］。冶金部制定的《氧气转炉技术操作规范》中也明确规定冶炼沸腾钢用的锰铁中含硅量不 得大于１．５％。为什么沸腾钢脱氧可以加适量铝，而对硅则必须严格限制。本文通过理论分析， 推导出为使沸腾钢在模内沸腾良好，硅含量必须满足的不等式。２理论分析在常压下硅和碳的脱氧 能力比较接近。由于硅的存在，控制了钢液中氧的活度，从而抑制了模内钢水中的碳氧反应。下面 通过理论演算来说明。几种脱氧元素在铁液中为相应的氧化物所饱和时的热力学数据见表１￣［２ ］。由于脱氧时钢液中非铁元素的浓度很低，可视为无限稀溶液，其活度系数等于１。故可用［Ｃ ％］代替［ａ＿ｃ］，用［％Ｓｉ］代替［ａ＿（Ｓｉ）］。再设与［％Ｃ］平衡的［ａ＿０］为 ［Ｏ］＿ｃ，与［％Ｓｉ］平衡的［ａ＿０］为［Ｏ］＿（Ｓｉ）。可推导出下面的不等式。推导 过程为。欲使模内钢水中的碳氧反应能够发生，必须使受［％Ｓｉ］控制的［Ｏ］＿（Ｓｉ）大于 碳氧平衡需要［Ｏ］＿ｃ，也就是要＜１，即故有（４）式以冶炼Ｑ２３５－ＢＦ钢为例，一般钢 中的［％Ｃ］控制在０．１５左右，其液相线温度约为１７９８Ｋ。将这两个数据代入（４）式， 有解出［％Ｓｉ］＜０．０２９５就是说如果沸腾钢的含碳量在０．１５％时，钢水中的硅含量必 须小于０．０２９５％，才能保证模内碳氧反应的进行；反之，如果这时钢水中的硅含量大于０． ０２９５％，则模内钢水中的碳氧反应将被抑制，造成沸腾不良，甚至不沸腾。如果在１６００℃ 以上的温度，向钢水内添加含硅较高的合金材料时，将有一部分硅不能被氧化而残留在钢液内。其 残留量可通过计算得到。计算使用１６００℃时的Ｋ值。［％Ｃ］［Ｏ］＿ｃ＝２．０×１０￣（ －３）此时钢液中的［Ｏ］同时要与碳和硅保持平衡，因而［Ｏ］＿（Ｓｉ）＝［Ｏ］＿ｃ，故有 如果钢水中［％Ｃ］＝０．１５，则就是说，如果钢水温度在１６００℃，钢水中碳含量为０．１ ５％，加入含硅量较高的合金材料后，将有０．１２４％的硅不能被氧化而残留在钢水中。温度越 高，含碳量越大时，残留的硅将越多。而当钢水进入模内后，随着温度的下降，这部分残留硅就会 与碳争夺氧，从而使碳氧反应受到抑制。钢水中含硅量过高造成的模内沸腾不良，即使在浇涛过程 中向注流吹氧或者加助沸剂进行挽救，也将是无济于事的，因为增加进去的氧只能与硅发生作用。 钢水中残余的硅含量与铁水中的原始硅含量无关。因为当温度在１４８０℃以下时，硅能被氧化得 很充分。只有当温度升高到１４８０℃以上时，碳与氧的结合力开始大于硅与氧的结合力。此时如 果再往熔池中添加含硅较高的合金材料，必然有部分硅以较大的数量级残留在钢水中。即使延长吹 氧时间这部分硅也不能被氧化除去。或者说此时欲除去硅必须先除去碳。这对沸腾钢来说是十分有 害的。同样道理在钢包内用含硅较高的合金材料脱氧时，也会有相当数量的硅残留在钢液中而未起 脱氧作用。用适量的铝来调整钢水的氧化性，对沸腾钢不会产生太大的影响，因为铝不会像硅那样 在钢水中残留很多。这也可以通过计算来说明。计算仍采用１６００℃时的Ｋ值。由得当说明如果 钢水中铝和碳同时与氧平衡时钢中铝的残留量极少，而且此时的［Ｏ］已经很低，已经不再是沸腾 钢了。以上讲的适量铝远未达到铝碳氧同时平衡，因而铝在钢水中几乎没有残留，不会影响到模内 碳氧反应的进行。即使有时铝的加入稍微过量引起脱氧过度而使沸腾微弱的话，也可在注流上吹氧 或者加助沸剂向钢水增氧进厅挽救。由于硅高而引起沸腾不良的钢锭在进行轧制时会造成钢坯表面 龟裂而致废。对轧废的钢坯断面进行低倍检验发现，钢锭或钢坯皮下有许多气沟与蜂窝气泡连通。 进行高倍检验发现，有大量的硅酸盐夹杂聚集在表皮层。皮下显微夹杂物评级为大于４级。夹杂物 的成分大部分是铁和锰的硅酸盐。没有发现低倍夹杂物。显然，这些夹杂物不是从浇注系统带来的 ，也不是钢包内的脱氧产物来不及上浮而留下来的一次夹杂物，而是当钢水进入模内后随着温度下 降，硅氧平衡发生移动，重新进行脱氧反应而生成的二次夹杂物。有些甚至是在钢液凝固过程中， 在钢液和晶体的两相区继续进行脱氧反应而生成的三次夹杂物。３结论（１）冶炼沸腾钢时，钢水 中的残留硅会对模内碳氧反应产生不利影响。钢水中的残留硅是在１４８０℃以上的温度加入硅含 量较高的合金材料形成的。（２）冶炼沸腾钢时，出钢前应当禁止向炉内加硅铁提温。（３）用于 脱氧的合金材料，其含硅量必须严格限制，不得使用含硅高的合金材料进行脱氧。参考文献｜｜１ 蒋仲乐主编，《炼钢工艺及设备》冶金工业出版社，１９８３年。２曲英主编，《炼钢学原理》， 冶金工业出版社，１９８０年。沸腾钢冶炼时钢中硅含量的控制@朱溢$马钢钢研所沸腾钢，冶炼 ，浇铸，Ｓｉ含量控制推导出沸腾钢在浇铸时，为保证模内钢水有良好的沸腾，钢中的硅含量与碳 含量必须满足关系式１／２ｌｇ［％Ｓｉ］－１ｇ［％Ｃ］＋１４０３７／Ｔ－７．８６５＜０。 因此在冶炼沸腾钢时必须严格控制钢中的硅含量。１蒋仲乐主编，《炼钢工艺及设备》冶金工业出 版社，１９８３年。２曲英主编，《炼钢学原理》，冶金工业出版社，１９８０年。计算仍采用１ ６００℃时的Ｋ值。由得当说明如果钢水中铝和碳同时与氧平衡时钢中铝的残留量极少，而且此时 的［Ｏ］已经很低，已经不再是沸腾钢了。以上讲的适量铝远未达到铝碳氧同时平衡，因而铝在钢 水中几乎没有残留，不会影响到模内碳氧反应的进行。即使有时铝的加入稍微过量引起脱氧过度而 使沸腾微弱的话，也可在注流上吹氧或者加助沸剂向钢水增氧进厅挽救。由于硅高而引起沸腾不良 的钢锭在进行轧制时会造成钢坯表面龟裂而致废。对轧废的钢坯断面进行低倍检验发现，钢锭或钢 坯皮下有许多气沟与蜂窝气泡连通。进行高倍检验发现，有大量的硅酸盐夹杂聚集在表皮层。皮下 显微夹杂物评级为大于４级。夹杂物的成分大部分是铁和锰的硅酸盐。没有发现低倍夹杂物。显然 ，这些夹杂物不是从浇注系统带来的，也不是钢包内的脱氧产物来不及上浮而留下来的一次夹杂物 ，而是当钢水进入模内后随着温度下降，硅氧平衡发生移动，重新进行脱氧反应而生成的二次夹杂 物。有些甚至是在钢液凝固过程中，在钢液和晶体的两相区继续进行脱氧反应而生成的三次夹杂物 。３结论（１）冶炼沸腾钢时，钢水中的残留硅会对模内碳氧反应产生不利影响。钢水中的残留硅 是在１４８０℃以上的温度加入硅含量较高的合金材料形成的。（２）冶炼沸腾钢时，出钢前应当 禁止向炉内加硅铁提温。（３）用于脱氧的合金材料，其含硅量必须严格限制，不得使用含硅高的 合金材料进行脱氧。参考文献｜｜１蒋仲乐主编，《炼钢工艺及设备》冶金工业出版社，１９８３ 年。２曲英主编，《炼钢学原理》，冶金工业出版社，１９８０年。沸腾钢冶炼时钢中硅含量的控 制@朱溢$马钢钢研所沸腾钢，冶炼，浇铸，Ｓｉ含量控制推导出沸腾钢在浇铸时，为保证模内钢 水有良好的沸腾，钢中的硅含量与碳含量必须满足关系式１／２ｌｇ［％Ｓｉ］－１ｇ［％Ｃ］＋１４０３７／Ｔ－７．８６５＜０。因此在冶炼沸腾钢时必须严格控制钢中的硅含量。１蒋仲乐主编，《炼钢工艺及设备》冶金工业出版社，１９８３年。２曲英主编，《炼钢学原理》，冶金工业出版社，１９８０年。
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