众所周知,随着国民经济的发展对钢种及其质量要求的日趋提高,钢的冶炼技术由原来的一步法炼钢发展成为二步法炼钢,即分初炼和精炼两个步骤进行。由初炼控制钢水温度和主要元素的含量,由精炼作脱氧除杂合金化处理,以取得预期品种和质量的钢种。
在炼钢中,初炼钢水进入精炼炉前需在钢水表面覆盖保温剂,以防止钢水降温和表面氧化,继而进入精炼炉后需进行脱氧与合金化处理,并造成一定成分的精炼渣以吸附脱氧产物及钢中的其它杂质,达到净化钢水的目的。
钢水表面的保温措施2002年10月前已有技术大致有以下三种:一是钢水带渣出炉,利用钢水表面的渣盖对钢水进行隔离保温,这种方法使钢水在精炼期间由于钢渣的还原而使钢水大量回杂。二是钢水不带渣出炉,钢水表面投加保温性能较好的碳质保温剂(如碳化稻壳)对钢水进行隔离保温,但碳质保温剂对钢水造成的增碳作用对冶炼低碳钢种极为不利。三是采用以煤粉灰为主的无碳保护剂,这种保护剂虽然避免了钢水的增碳作用,但煤粉灰中的主要成分Al2O3和SiO2,一方面在精炼期间由于还原作用发生钢水“回硅”现象,对于冶炼某些对硅含量有严格控制的钢种(如深冲薄板钢)非常不利,另一方面大量的Al2O3需消耗大量的CaO(石灰粉)以形成CaAl2O4(偏铝酸钙)成渣上浮,否则对降低钢中的Al2O3夹杂也很不利。
钢水(特别是铝镇静钢)的脱氧最终都要采用金属铝,而脱氧产物Al2O3的熔点为2050℃,在钢水中以枝状或针状存在,在钢水冷凝时造成钢中枝状或针状氧化物夹杂,影响了钢材的质量。在2002年10月前已有技术中,一方面采用复合脱氧剂(如铝硅铁合金、铝锰铁合金),以形成Al2O3.SiO2或MnO.Al2O3低熔点共熔体,便于成渣上浮,但这种方法使用范围有限,因为在有大量金属铝存在的情况下很难形成硅或锰的氧化物,不适用于铝镇静钢的使用;在铁合金领域研究的铝钙铁合金和铝钡铁合金,以此来取代铝硅铁合金和铝锰铁合金,解决铝镇静钢脱氧产物的复合成渣问题,但截至2002年10月尚未见有成功的报道。另一方面是在精炼期间向钢水中加入氧化钙,以形成CaO.Al2O3(偏铝酸钙)低熔点共熔体成渣上浮,但这种方法是脱氧在前,脱氧产物的复合成渣在后,弥散在钢中的Al2O3需要相当长的时间才能与CaO结合成渣上浮,脱除Al2O3的动力学条件很不理想。