包燕平等：炼钢过程中合金减量化研究现状及展望 ·1019· 合金的形态 浮逃逸，导致合金收得率低. 减少合金损失 近年来治金工作者也从合金本身的理化性能方 合金的基本特征 合金的理化特征 面进行了一定的研究，力求提高合金收得率21 合金的复合结构 Brovko等☒进行了使用密度较高的锰硅合金取代 程中 提 合金的加人方式 人 高合 部分硅铁和全部高碳锰铁治炼低合金钢的现场试 验，结果发现硅的收得率由83%提高到了85%，锰 合金的加人工艺 合金的加人顺序 得 的收得率由90%提高到了93.5%.蒋汉祥等a进 技术 合金的加人时机 行了钒渣代替钒铁直接合金化冶炼ZG20CMOV钢 低炼 的理论和工艺研究，发现钒渣的碱度、还原剂、粒度、 究 大数据分析 炼钢工艺 温度等理化特征均对合金元素的收得率有一定 炼钢工艺参数 影响. 图3合金减量化技术的研究路线图 2.1.3合金的复合结构 Fig.3 Research approaches of ferroalloy reduction technology 单一元素的合金脱氧效果有限，脱氧产物的去 除缓慢，并且多数合金受密度限制不易充分进入钢 2.1合金的基本特征的影响 液熔化.采用两种或者多种元素组成复合合金能较 2.1.1合金的形态 好地促进脱氧产物去除，并且通过设计合金的结构 不同种类合金的形态主要有块状、线状、粉状甚 调整合金密度，还能使合金更好地进入钢液内部充 至液态状，合金形态的不同决定了其加入的钢液方 分熔化，减少合金的烧损. 式和收得率不同.如铝系合金有铝线和铝块，甚至 己有不少学者针对复合合金的脱氧效果和合金 部分钢厂还采用铝锭进行脱氧和合金化. 收得率进行了研究-2.Gasik等u研究了合金洁 一般来说线状合金的收得率比块状合金高，并 净度包括O、N、C和S元素含量与钢质量的关系 且有学者进行了对比试验).李建军研究了分 张朝晖等开展了钙基复合脱氧剂和SiAlFe脱氧 别向钢包中投铝块和喂铝线条件下的铝的收得率， 剂在转炉出钢过程中的工业试验，发现前者比后者 发现投铝块炉次铝的平均收得率为15.8%，而喂铝 Si、Mn收得率分别提高了1.78%和0.68%.宋波 线炉次铝的平均收得率为67.5%.傅余东同也对比 等图通过试验研究发现复合添加Al和SiMg合金 研究了低碳低硅钢冶炼过程采用喂线和出钢过程投 可以降低Mg的蒸发速率，提高镁合金的收得率.王 铝块或含铝复合脱氧剂两种不同方法下铝的收得 志刚等对比研究了在100tLF炉喂实心纯钙线 率，发现投铝块炉次铝的平均收得率为16.3%，喂 和粉末状硅钙线工艺，结果发现纯钙线的收得率更 铝线炉次铝的平均收得率为42.6%. 高，冶金效果好 2.1.2合金的理化特征 2.2合金加入工艺的影响 合金的密度、强度、粉化性和蒸汽压等理化特征 2.2.1合金的加入方式 都会直接或者间接地影响合金的收得率.如密度小 合金加入钢液的方式主要有投料、喂线、喷粉 的合金加入钢液后会在熔化完之前上浮至钢渣界面 等，不同的加入方式适用于不同种类和特点的合金， 或者钢液面造成烧损：强度低或者易粉化的合金在 如表2所示.同一种合金在不同加入方式下的收得 储存和运输过程中会产生大量的粉末造成合金的损 率不同，并且采用同一种加入方式时，合金的收得率 失：蒸汽压高的合金在加入钢液后易气化并迅速上 也随着加入工艺参数的不同而不同. 表2合金的主要加入方式及特点 Table 2 Ferroalloy adding modes and characteristics 合金加入方式 适用的合金类型 合金收得率 成本 应用情况 投料 溶解度大、密度大、蒸汽压低的块状合金，如锰系、硅收得率有限，因合金而异 料仓设备投资较高，合金 非常广泛 系合金、钛铁、铬铁、铌铁等 且有一定波动 制作成本小 溶解度有限、密度小、蒸汽压高的合金，如铝线、钙 设备轻便、投资少、占空间 喂线 收得率比投料高且稳定 非常广泛 线、硅钙线等 小、灵活性较大 溶解度有限、密度小、蒸汽压高的合金，如硅钙粉、氧收得率高且稳定，能精确 设备简单，投资较少，灵活 喷粉 比较广泛 化钙粉、铝粉等 控制钢液合金成分 性大包燕平等: 炼钢过程中合金减量化研究现状及展望 图 3 合金减量化技术的研究路线图 Fig． 3 Ｒesearch approaches of ferroalloy reduction technology 2. 1 合金的基本特征的影响 2. 1. 1 合金的形态 不同种类合金的形态主要有块状、线状、粉状甚 至液态状，合金形态的不同决定了其加入的钢液方 式和收得率不同． 如铝系合金有铝线和铝块，甚至 部分钢厂还采用铝锭进行脱氧和合金化． 一般来说线状合金的收得率比块状合金高，并 且有学者进行了对比试验［13］． 李建军［14］研究了分 别向钢包中投铝块和喂铝线条件下的铝的收得率， 发现投铝块炉次铝的平均收得率为 15. 8% ，而喂铝 线炉次铝的平均收得率为 67. 5% ． 傅余东［3］也对比 研究了低碳低硅钢冶炼过程采用喂线和出钢过程投 铝块或含铝复合脱氧剂两种不同方法下铝的收得 率，发现投铝块炉次铝的平均收得率为 16. 3% ，喂 铝线炉次铝的平均收得率为 42. 6% ． 2. 1. 2 合金的理化特征 合金的密度、强度、粉化性和蒸汽压等理化特征 都会直接或者间接地影响合金的收得率． 如密度小 的合金加入钢液后会在熔化完之前上浮至钢渣界面 或者钢液面造成烧损; 强度低或者易粉化的合金在 储存和运输过程中会产生大量的粉末造成合金的损 失; 蒸汽压高的合金在加入钢液后易气化并迅速上 浮逃逸，导致合金收得率低． 近年来冶金工作者也从合金本身的理化性能方 面进行了一定的研究，力求提高合金收得率［12，15］． Brovko 等［12］进行了使用密度较高的锰硅合金取代 部分硅铁和全部高碳锰铁冶炼低合金钢的现场试 验，结果发现硅的收得率由 83% 提高到了 85% ，锰 的收得率由 90% 提高到了 93. 5% ． 蒋汉祥等［16］进 行了钒渣代替钒铁直接合金化冶炼 ZG20CrMOV 钢 的理论和工艺研究，发现钒渣的碱度、还原剂、粒度、 温度等理化特征均对合金元素的收得率有一定 影响． 2. 1. 3 合金的复合结构 单一元素的合金脱氧效果有限，脱氧产物的去 除缓慢，并且多数合金受密度限制不易充分进入钢 液熔化． 采用两种或者多种元素组成复合合金能较 好地促进脱氧产物去除，并且通过设计合金的结构 调整合金密度，还能使合金更好地进入钢液内部充 分熔化，减少合金的烧损． 已有不少学者针对复合合金的脱氧效果和合金 收得率进行了研究［17--23］． Gasik 等［21］研究了合金洁 净度包括 O、N、C 和 S 元素含量与钢质量的关系． 张朝晖等［17］开展了钙基复合脱氧剂和 SiAlFe 脱氧 剂在转炉出钢过程中的工业试验，发现前者比后者 Si、Mn 收得率分别提高了 1. 78% 和 0. 68% ． 宋波 等［18］通过试验研究发现复合添加 Al 和 SiMg 合金 可以降低 Mg 的蒸发速率，提高镁合金的收得率． 王 志刚等［19］对比研究了在 100 t LF 炉喂实心纯钙线 和粉末状硅钙线工艺，结果发现纯钙线的收得率更 高，冶金效果好． 2. 2 合金加入工艺的影响 2. 2. 1 合金的加入方式 合金加入钢液的方式主要有投料、喂线、喷粉 等，不同的加入方式适用于不同种类和特点的合金， 如表 2 所示． 同一种合金在不同加入方式下的收得 率不同，并且采用同一种加入方式时，合金的收得率 也随着加入工艺参数的不同而不同． 表 2 合金的主要加入方式及特点 Table 2 Ferroalloy adding modes and characteristics 合金加入方式 适用的合金类型 合金收得率 成本 应用情况 投料 溶解度大、密度大、蒸汽压低的块状合金，如锰系、硅 系合金、钛铁、铬铁、铌铁等 收得率有限，因合金而异 且有一定波动 料仓设备投资较高，合金 制作成本小 非常广泛 喂线 溶解度有限、密度小、蒸汽压高的合金，如铝线、钙 线、硅钙线等 收得率比投料高且稳定 设备轻便、投资少、占空间 小、灵活性较大 非常广泛 喷粉 溶解度有限、密度小、蒸汽压高的合金，如硅钙粉、氧 化钙粉、铝粉等 收得率高且稳定，能精确 控制钢液合金成分 设备简单，投资较少，灵活 性大 比较广泛 · 9101 ·