碳化硅對轉(zhuǎn)爐煉鋼脫氧合金化的影響分析

楊懷春，馬進(jìn)國，姜國才

（新疆八一鋼鐵股份有限公司）

1 前言

碳化硅是一種人工合成的化合物，分子式為SiC，分子量為40.07，密度為3.20g/cm3。碳化硅是用優(yōu)質(zhì)石英砂和石油焦在電阻爐內(nèi)煉制，其用途廣泛，作為冶金材料可用作脫氧劑。碳化硅是一種新型的強復(fù)合脫氧劑，取代了傳統(tǒng)的硅粉碳粉進(jìn)行脫氧，和原工藝相比，各項理化性能更加穩(wěn)定，脫氧效果好，降低原材料消耗具有成本優(yōu)勢。為此，新疆八鋼第一煉鋼廠在45t 轉(zhuǎn)爐上進(jìn)行了碳化硅代替脫氧劑的試驗，以探索采用碳化硅脫氧效果以及對鋼材質(zhì)量及成本的影響。

2 碳化硅脫氧的理論分析

在轉(zhuǎn)爐出鋼過程中加入一定量的碳化硅，對鋼水中的氧進(jìn)行脫除，在脫氧的同時碳化硅將會起到增碳、增硅的效果，脫氧反應(yīng)式如下：

根據(jù)SiO2、SiC、FeO、CO、[O]的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能計算反應(yīng)式（1）、（2）、（3）的自由能與溫度的關(guān)系分別為：

根據(jù)最小自由能原理進(jìn)行Gibbs判據(jù)[1]可以得出：在煉鋼環(huán)境下碳化硅分解、脫氧反應(yīng)向正方向進(jìn)行；且SiC分解的產(chǎn)物部分與鋼液中的氧作用，部分融入鋼液達(dá)到合金化增碳增硅的目的。

3 試驗方法及分析

3.1 試驗條件

試驗在HRB400E鋼種進(jìn)行，碳化硅技術(shù)條件及45t轉(zhuǎn)爐鋼水條件見表1、表2。

表1 碳化硅理化指標(biāo)

3.2 碳化硅試驗方案

在現(xiàn)場生產(chǎn)中45t轉(zhuǎn)爐脫氧合金化工藝采用復(fù)合脫氧劑、硅鐵、硅錳鐵、硅鈣鋇。試驗采用碳化硅、硅錳鐵合金、硅鈣鋇。以增硅為基點配加碳化硅量，碳化硅在出鋼過程隨鋼流一起加入，考慮碳化硅中硅元素收得率為80%～85%，與硅鐵相當(dāng)，需要配加碳化硅2.67kg/t，代替硅鐵加入量1.79kg/t，試驗爐數(shù)50爐，根據(jù)鋼中化學(xué)成分驗證對硅、錳、碳元素收得率的影響，如表3所示。

表2 鋼水條件

表3 HRB400E鋼化學(xué)成分控制要求

3.3 碳化硅的脫氧效果

（1）鋼包自由氧含量。

針對試驗爐次脫氧合金化后的鋼包鋼液進(jìn)行鋼包自由氧含量的測定，并與現(xiàn)狀鋼包鋼液氧含量進(jìn)行比對，見圖1。

通過圖1鋼包自由氧含量的比對可以看出，使用碳化硅試驗爐次的脫氧效果較好，試驗爐次鋼包自由氧含量：15×10-6～30×10-6，比目前脫氧合金化鋼包自由氧含量低5×10-6～10×10-6。

圖1 鋼包自由氧含量對比圖

表4 試驗冶煉數(shù)據(jù)統(tǒng)計

（2）碳化硅對合金元素的影響。

表4數(shù)據(jù)表明：試驗爐次硅元素回收率較現(xiàn)狀提高3.32%，錳元素回收與現(xiàn)狀基本持平，碳元素回收率較現(xiàn)狀提高了6.91%，試驗爐次增碳劑碳粉用量較現(xiàn)狀用量降低了0.7kg/t。

通過對合金元素的分析，進(jìn)一步證明了碳化硅代替硅鐵合金是可行的，碳化硅的脫氧產(chǎn)物為低熔點的SiO2和溶解度較低的CO氣體，CO氣體在鋼液上浮的過程中加速鋼液攪拌，并利于脫氧產(chǎn)物擴散和夾渣物上浮，使反應(yīng)更為徹底，碳化硅起到了增碳增硅作用。

3.4 力學(xué)性能分析

新的國家標(biāo)準(zhǔn)GB 1499.2-2007規(guī)定：抗震鋼筋除了滿足一般熱軋帶肋鋼筋的各項要求外，同時還應(yīng)滿足以下三個方面要求：

（3）鋼筋在最大應(yīng)力下的總伸長率≥9%。

力學(xué)性能符合HRB400E鋼的力學(xué)性能要求。

3.5 碳化硅對合金成本的影響

加入碳化硅與未加碳化硅成本對比見表6。

通過試驗獲得試驗鋼的力學(xué)性能指標(biāo)，如表5所示。

表5 試驗鋼力學(xué)性能統(tǒng)計

表6 成本核算

通過成本核算，利用碳化硅代替硅鐵、碳粉、復(fù)合脫氧劑的脫氧合金化工藝，可以降低合金成本2.36元/t。

4 結(jié)論

通過對碳化硅的脫氧能力分析及試驗，碳化硅作為如脫氧劑比硅鐵脫氧劑效果好，硅元素收得率提高3.32%，錳元素回收基本持平，碳元素回收提高6.91%，增碳劑碳粉加入量由1.16kg/t降低到0.46kg/t，碳化硅起到了增碳增硅效果，并降低生產(chǎn)成本2.36元/t。碳化硅作為預(yù)脫氧劑是可行的。

[1]張朝暉.轉(zhuǎn)爐石灰化硅脫氧試驗研究.四川冶金.2001,(3)：13.