·1110 工程科学学报，第43卷，第8期 下降，钢中氧向炉渣传递趋势会逐渐减弱，在整个 30 (a) (b) .o RH脱碳过程中，顶渣T.Fe含量略微增加)，但由 25 23 于西昌钢钒厂整个F钢冶炼流程长，钢液与炉渣 21.0 207 接触时间长且RH过程炉渣氧势本身较高以及合 20 19.8 196 17.0 适的吹氧制度，转炉结束至H进站钢液氧含量对 15 133 13.9 顶渣氧化性影响要大于强制吹氧脱碳期间钢液氧 11.2 11.0 10 含量增加引起的炉渣氧化性变化。因此，在低转炉 终点和RH进站钢液氧活度下，在RH过程采用强 制吹氧脱碳工艺适当增加吹氧量，可达到控制顶 0 渣氧化性的目的 6 The number of heats in different decarburization processes 650 lOL content in stecl after BOF 图4。不同脱碳工艺炉次钢中T.O和N含量变化.()自然脱碳： O]content in steel before RH 18 O]content in steel after decarburization (6)强制脱碳 T.Fe content in slag after RH 三 Fig.4 Total oxygen and nitrogen changes in different decarburization process heats:(a)natural decarburization process;(b)forced 575 decarburization process 14日 50 钢液脱氨反应式如下所示： 2 525 2N]=N2(g) (1) 500 △G8=-7200+47.78T (2) 290 88.1 8 lg[N]=- T +0.5gP,-∑W1-1.264 (3) 15<Oxygen blowing≤25 Oxygen blowing≤l5 25<Oxygen blowing40 Oxygen blowing>40 j=2 Oxygen blowing/m3 其中，T为钢液温度，K;N为钢中氮的质量分 图3不同吹氧量时各工序钢中[O]和RH结束渣中T.Fe变化 数，%；P2为钢液表面氮分压，Pa;[门为钢中其他 Fig.3 Changes of [O]content in molten steel of the different processes 溶质的质量分数，%：以为钢中其他溶质与氨的相 and T.Fe content in the ladle slag after the RH treatment for different 互作用系数；N2(g)表示氮气；△G为标准吉布斯自 oxygen blowing conditions 由能变化，kJmo 综上可知，在能满足RH脱碳效果的前提下， 由式(2)、(3)可知，钢液温度、氨分压、钢液 尽量提高转炉终点钢液碳含量、降低钢液氧含量， 成分为影响钢液脱氨的因素.H精炼过程采用 后续在RH精炼时采用强制吹氧脱碳工艺，适当增 强制吹氧脱碳工艺期间，真空室内碳氧反应相较 大吹氧量来弥补钢中氧的欠缺，可显著降低F钢 于自然脱碳更加剧烈，钢液中快速生成大量 顶渣氧化性 CO气泡，CO气泡对于氮来说相当于真空，越多 2.2脱碳工艺对热轧板中T.0和N]含量的影响 的CO气泡越有利于脱氨速率的提高：同时，强制 不同脱碳工艺热轧板中T.O和N)含量变化 吹氧脱碳期间更剧烈的熔池搅拌能有效增大气 如图4所示，每炉T.O和N)含量为热轧板中部、 液反应界面积，提高脱氨速率24-2因此，强制脱 1/4处、边部三个位置所测均值.由图4可知，自然 碳工艺相较于自然脱碳工艺可有效降低F钢N 脱碳工艺炉次与强制脱碳工艺炉次的T.O含量最 含量 大值仅相差1.3×106，其T.0平均质量分数分别为 2.3脱碳工艺对热轧板中夹杂物影响 13.3×106和13.9×106，说明两种脱碳工艺控制热 为了更好体现脱碳工艺对最终产品质量的影 轧板T.O含量均比较理想；自然脱碳工艺炉次 响，本文以不同脱碳工艺生产的超低碳F钢热轧 [N含量最小值为19.8×106、最大值达到23.5×106， 板为研究对象，对热轧板进行取样分析钢中夹杂 强制脱碳工艺炉次N)含量最小值为17.0×106、 物.在采用自然脱碳工艺与强制脱碳工艺生产的 最大值仅为20.7×10，自然脱碳工艺炉次N)平均 两个炉次中选择典型夹杂物，其成分及形貌如图5、 质量分数较强制脱碳工艺高2.4×106，说明强制脱 6所示.根据夹杂物的形貌和成分不同，两种脱碳 碳工艺可有效降低F钢N含量，这与不同脱碳 工艺热轧板中夹杂物均可分为以下三类：(1)A1O3 工艺钢液脱氨条件不同有关 夹杂物；(2)Al2O3-TiO,复合夹杂物；(3)其他类夹下降，钢中氧向炉渣传递趋势会逐渐减弱，在整个 RH 脱碳过程中，顶渣 T.Fe 含量略微增加[13] ，但由 于西昌钢钒厂整个 IF 钢冶炼流程长，钢液与炉渣 接触时间长且 RH 过程炉渣氧势本身较高以及合 适的吹氧制度，转炉结束至 RH 进站钢液氧含量对 顶渣氧化性影响要大于强制吹氧脱碳期间钢液氧 含量增加引起的炉渣氧化性变化. 因此，在低转炉 终点和 RH 进站钢液氧活度下，在 RH 过程采用强 制吹氧脱碳工艺适当增加吹氧量，可达到控制顶 渣氧化性的目的. 650 625 600 575 550 525 500 Average [O] content in molten steel/10 290 −6 Average T.Fe content in slag after RH/ % 18 16 14 12 10 8 Oxygen blowing≤15 15<Oxygen blowing≤25 25<Oxygen blowing≤40 Oxygen blowing>40 Oxygen blowing/m3 [O]ave content in steel after BOF [O]ave content in steel before RH [O]ave content in steel after decarburization T.Feave content in slag after RH 图 3    不同吹氧量时各工序钢中 [O] 和 RH 结束渣中 T.Fe 变化 Fig.3    Changes of [O] content in molten steel of the different processes and  T.Fe  content  in  the  ladle  slag  after  the  RH  treatment  for  different oxygen blowing conditions 综上可知，在能满足 RH 脱碳效果的前提下， 尽量提高转炉终点钢液碳含量、降低钢液氧含量， 后续在 RH 精炼时采用强制吹氧脱碳工艺，适当增 大吹氧量来弥补钢中氧的欠缺，可显著降低 IF 钢 顶渣氧化性. 2.2    脱碳工艺对热轧板中 T.O 和 [N] 含量的影响 不同脱碳工艺热轧板中 T.O 和 [N] 含量变化 如图 4 所示，每炉 T.O 和 [N] 含量为热轧板中部、 1/4 处、边部三个位置所测均值. 由图 4 可知，自然 脱碳工艺炉次与强制脱碳工艺炉次的 T.O 含量最 大值仅相差 1.3×10−6 ，其 T.O 平均质量分数分别为 13.3×10−6 和 13.9×10−6，说明两种脱碳工艺控制热 轧 板 T.O 含量均比较理想 ；自然脱碳工艺炉 次 [N] 含量最小值为 19.8×10−6、最大值达到 23.5×10−6 ， 强制脱碳工艺炉次 [N] 含量最小值为 17.0×10−6、 最大值仅为 20.7×10−6，自然脱碳工艺炉次 [N] 平均 质量分数较强制脱碳工艺高 2.4×10−6，说明强制脱 碳工艺可有效降低 IF 钢 [N] 含量，这与不同脱碳 工艺钢液脱氮条件不同有关. 1 2 3 The number of heats in different decarburization processes 4 5 6 Mass fraction/10−6 30 25 15.5 (a) (b) T.O [N] 19.8 21.0 23.5 20.7 19.6 17.0 20 15 10 5 0 13.9 11.0 16.8 11.2 13.3 图 4    不同脱碳工艺炉次钢中 T.O 和 [N] 含量变化. （a）自然脱碳； （b）强制脱碳 Fig.4     Total  oxygen  and  nitrogen  changes  in  different  decarburization process  heats:  (a)  natural  decarburization  process;  (b)  forced decarburization process 钢液脱氮反应式[23] 如下所示： 2[N] = N2(g) （1） ∆G ⊖ = −7200+47.78T （2） lg[N] = − 188.1 T +0.5lgPN2 − ∑m j=2 e j N [j]−1.264 （3） T [N] PN2 [j] e j N N2(g) ∆G ⊖ 其中 ， 为钢液温度 ， K； 为钢中氮的质量分 数，%； 为钢液表面氮分压，Pa； 为钢中其他 溶质的质量分数，%； 为钢中其他溶质与氮的相 互作用系数； 表示氮气； 为标准吉布斯自 由能变化，kJ·mol–1 . 由式（2）、（3）可知，钢液温度、氮分压、钢液 成分为影响钢液脱氮的因素. RH 精炼过程采用 强制吹氧脱碳工艺期间，真空室内碳氧反应相较 于自然脱碳更加剧烈 ，钢液中快速生成大 量 CO 气泡，CO 气泡对于氮来说相当于真空，越多 的 CO 气泡越有利于脱氮速率的提高；同时，强制 吹氧脱碳期间更剧烈的熔池搅拌能有效增大气 液反应界面积，提高脱氮速率[24−26] . 因此，强制脱 碳工艺相较于自然脱碳工艺可有效降低 IF 钢 [N] 含量. 2.3    脱碳工艺对热轧板中夹杂物影响 为了更好体现脱碳工艺对最终产品质量的影 响，本文以不同脱碳工艺生产的超低碳 IF 钢热轧 板为研究对象，对热轧板进行取样分析钢中夹杂 物. 在采用自然脱碳工艺与强制脱碳工艺生产的 两个炉次中选择典型夹杂物，其成分及形貌如图 5、 6 所示. 根据夹杂物的形貌和成分不同，两种脱碳 工艺热轧板中夹杂物均可分为以下三类：（1）Al2O3 夹杂物；（2）Al2O3−TiOx复合夹杂物；（3）其他类夹 · 1110 · 工程科学学报，第 43 卷，第 8 期