摘  要：電渣重熔工藝能夠顯著去除鋼中的非金屬夾雜物、降低鋼中的總氧含量。本文闡述了電渣重熔過程中氧的去除機理，提出了氧含量的控制方法。

關鍵詞：電渣重熔；氧含量；爐渣； 

電渣重熔作為一種精煉手段在生產優質鋼的方面具有獨特的優點，它的優點之一就是能夠有效的去除鋼中的非金屬夾雜物。在重熔過程中，自耗電極中的原始夾雜可以去除，重熔鋼中的夾雜主要是金屬熔池冷卻結晶過程中新生成的。由于非金屬夾雜物的存在，嚴重的影響了鋼的強度、塑性等力學性能。大量實踐表明，鋼中的氧化物夾雜與氧含量有著直接的關系，在重熔過程中，鋼中活潑元素如Al、Ti、Ce、B等，經常會因為氧化而損失。如何防止活潑元素的氧化，是電渣重熔的重要冶金問題之一。

1 電渣過程中氧的來源

電渣重熔過程中氧通過下述途徑進入熔渣及鋼液^[1]：

1）原始電極鋼中溶解的氧及電極中不穩定的氧化物在高溫分解放出的氧；

2）電極表面生成的氧化鐵皮隨電極的重熔帶入渣中的氧；

3）氧直接從大氣中通過渣池轉移到金屬熔池；

4）渣中不穩定氧化物帶入金屬熔池中的氧。

2 熔渣的傳氧

當原始電極中的氧含量較低時，電渣冶金實際是一個增氧過程，增氧的程度與渣系的選擇密切相關。大氣中的氧能透過渣層進入金屬中，其氧含量隨大氣中氧分壓的增加而增加，另外不同的渣對氧有不同的透氣性，并且其透氣性與渣的穩定性相一致，即在惰性氣氛下重熔時，鋼中氧含量高的渣，其透氣性也高。

許多實驗已證明，由穩定性低的氧化物所組成的渣重熔的鋼含氧量高；而由穩定性高的氧化物所組成的渣重熔的鋼含氧量低。熔渣的傳氧方式主要由渣中不穩定的變價氧化物傳遞，如Fe、Ti、Mn、Cr等低價氧化物，在渣池表面吸收大氣中的氧，形成高價氧化物。這些元素的高價氧化物在渣池和金屬熔池界面放出氧，變成低價氧化物，氧從而進入鋼中，這一反應是一個循環過程。

為了準確理解熔渣在電渣過程與氧含量的關系，排除空氣在實驗過程中的影響，有人在保護氣氛下做了電渣重熔實驗^[2]。實驗采用4種渣系，分別為：

①四元渣系1(CaF₂-Al₂0₃-CaO-SiO₂)；

②四元渣系2(CaF₂-A1₂0₃-CaO-SiO₂)；

③五元渣系1(CaF₂-Al₂0₃-CaO-SiO₂-MgO)；

④五元渣系2(CaF₂-Al₂0₃-CaO-SiO₂-MgO)；

實驗用電極采用CrNiMo低合金鋼，采用轉爐冶煉，經LF+VD精煉后再進行連鑄。在連鑄坯上切下部分坯料再鍛造成Φ50mm的圓棒作為電極。在電渣重熔之前，將電極的表面進行打磨，去掉表面的氧化鐵皮，以減少對實驗結果的影響。實驗采用冷啟動法，重熔過程中沒有添加任何脫氧劑。

為考察氬氣保護下不同渣系對電渣鋼中氧的影響，對重熔前后鋼中的氧進行了分析。同時也分析了重熔錠中的Si和Al的變化。經過電渣重熔以后，錠中的氧都比電極中的氧高，同時不同渣系氧的增量不同。由于實驗是在完全氣體保護下進行，可以排除大氣中的氧的影響，并且重熔過程中也沒有添加任何的脫氧劑。因此電渣錠中氧含量的增量完全取決于渣系的選擇。

3 電極表面狀態、填充比及氬氣流量對氧含量的影響

為了考察電渣重熔過程中影響氧含量的因素，充分發揮電渣重熔的優勢，試驗通過改變電極表面狀態、填充比以及保護氣氛下氬氣的流量進行電渣錠的生產，并對結果進行了分析^[3]。

通過對電渣重熔后的鋼錠進行顯微分析后發現，雖然重熔后錠中的氧含量增高，但是電渣錠中的夾雜物尺寸較小（<5μm）且分布彌散，而電極的中的夾雜物最大為275μm。這說明電極中的大顆粒夾雜物在重熔后已不復存在，重熔后的夾雜物是在金屬熔池凝固過程中重新形成的，呈彌散、細小狀分布，是其他精煉方法所達不到的。

4 氧的控制

由于過去煉鋼水平較低，在鋼中氧含量較低的情況下，電渣重熔過程之所以能夠去氧的原因在于：金屬元素與熔渣的反應沒有達到平衡，反應向脫氧、生成氧化物的方向進行，從而降低了電渣錠中的氧化物夾雜;而目前煉鋼水平大幅提高，鋼中氧較低的情況下，金屬元素與熔渣的反應也沒有達到平衡，但是反應的方向發生了逆轉，向著熔渣氧化物分解的方向進行，從而導致了電渣錠氧含量的增高，所以在生產過程中應該盡量控制氧的各種來源，盡量使氧含量降到最低。

通過對上述實驗的結果，并結合電極的生產工藝和電渣冶煉過程的渣-金反應分析可以得到以下幾種降低氧含量的方法^[4]：

（1）降低自耗電極中的原始氧含量

a.脫氧劑的使用

因為用Al終脫氧生產的自耗電極所產生的夾雜物在電渣重熔過程中不易析出，所以采用復合脫氧劑如Si-Ca代替Al進行終脫氧，實驗表明使用復合脫氧劑產生的夾雜物熔點低、顆粒大，易于從鋼液中排除，被熔渣吸收。

b.去除表面的氧化鐵皮

使用經硫酸酸洗后并進行表面剝皮后的電極立即進行重熔，鋼中氧含量就會降低，對于特殊要求的鋼種，可在剝皮后進行涂層，涂層料采用粉摻和金屬鋁粉并用水玻璃進行調和。

（2）降低渣中的氧含量

通過渣-金之間的反應，可以得出：Al-O之間的反應是電渣過程的控制反應，電極中Al含量和渣中Al₂O₃含量決定了錠中的氧含量，因此，在生產中為了獲得較低的氧含量，應該減少渣中的Al₂O₃的活度，同時在重熔過程中連續向渣池添加脫氧劑。

此外，爐渣應進行預先處理，盡量降低渣中帶來的不穩定的氧化物的含量。

（3）適當的增加爐渣堿度

在一定范圍內增加爐渣堿度有利于降低氧含量，但堿度太高，熔渣的透氣性則會增加，會帶來增氫等行為。

（4）適當提高填充比

填充比的增加降低了電極表面與氧的接觸面積，從而降低了鋼錠中的氧含量，但填充比比不宜過大一般在0.4~0.6之間。

（3）采用保護氣氛

采用保護氣氛進行電渣重熔，降低了氣體中氧的分壓，能有效的降低氧含量。

（6）合理的渣料烘烤制度

重熔過程中加入的物料，有的會含有結晶水，料中的結晶水在重熔過程中高溫下被分解，所以建立合理的烘烤制度，這也是很關鍵的因素。

（7）嚴格的質量把關

電渣母材本身的優劣是電渣重熔氧來源的很關鍵因素，在前一個冶煉狀態，比如前期“電爐-精煉爐-鑄錠”，連鑄的后期過程中氧含量處理的合理流程，到最后鋼中氧含量是否在成為電渣母材時氧含量真正在一個好的區間之內，這又關系到合理的檢驗與進錠時的把關問題。所以在重熔前要對電極母材進行嚴格的質量把關。

參考文獻

[1] 李正邦.電渣冶金的理論與實踐[M].北京：冶金工業出版社，2010

[2] 楊海森，常立忠，朱航宇，等.電渣冶金過程中氧含量變化的研究[J].材料與冶金學報，2011，10(S1)：53-58.

[3] 劉勝國，徐明德，劉鳳霞，等.高碳鉻軸承鋼電渣重熔過程中的氧及其控制[J].特殊鋼，1993(03)：45-48.

[4] 陳青.電渣重熔中去除夾雜物的一些考慮[J].科技傳播，2011(13)：20.