不锈钢冶炼用Al-Si脱氧剂的试制(2)
不锈钢最早分别诞生于1910～1914的英国与德国，迄今已有百年历史。其最初的冶炼方法有坩埚、感应炉、电弧炉装入法（单渣）等，前50 年全球产量不到100万t/a。20世纪50年代初，随着工业用氧气成本的降低，出现了电弧炉返回吹氧法，利用熔池短时高温(1800~ 2000℃)实现高铬钢液去碳保铬，但该法冶炼不锈钢生产成本仍然较高，炉体寿命低，不锈钢仍是一种昂贵的金属材料，局限于军工、化工、汽轮机、医疗机械等少数部门的应用。至20世纪60年代后期，随着大功率真空喷射泵的出现，以及氩气成本的降低、底吹喷嘴冷却和透气砖技术的突破，同时温度和压力对C、Cr 选择性氧化基础理论也逐渐成熟，于是在美国及德国相继出现VOD、AOD 等不锈钢精炼的新技术，解决了脱碳保铬的问题，并且由于大量使用废钢和高碳铬铁作为原料，从而大大降低了不锈钢生产成本，生产率也得到了明显提高，钢中碳的质量分数可稳定控制在0.05%以下，不锈钢精炼手段的进步真正解决了不锈钢的晶间腐蚀问题，结束了关于 0Cr18Ni9 与1Cr18Ni9Ti之争。至2006 年，全球不锈钢产量已达到3000万t/a左右[2]。
在现代炼钢生产中，大部分不锈钢都是经过氧化精炼过程冶炼的，都要供氧以去除杂质，随着冶炼的进行，不锈钢中杂质元素不断下降，不锈钢中的氧含量却相应升高。在氧化精炼终了，不锈钢中的氧高于成品允许的含量。因此，不锈钢水脱氧是获得合格钢水的必要手段。从热力学计算可知，钙和钡的脱氧能力远大于铝，但在实际应用中，由于钙、钡和镁的溶解度有限，以及蒸气压较高等原因，实际很难达到最大溶解度，因此，脱氧能力也很难达到计算值。为解决此问题，曾多方设法促进钙在钢液中的溶解，如采用CaSiBa、CaAlBa等合金形式替代直接向不锈钢液中加入钙和钡，以增加钙和钡在钢液中的溶解度，或通过控制出钢温度、改变加入方法等炼钢工艺，虽有所收获，但终究难以防止钙蒸气的大量挥发。在实际应用中常采用复合脱氧剂提高钙的脱氧能力和有利于夹杂物排除。
不锈钢采用铝脱氧，钢水中会产生大量的Al2O3、铝酸盐、铝铬和铝镁尖晶石夹杂物，这些硬脆的不变形夹杂物是缩短不锈钢疲劳寿命，降低疲劳强度和表面质量的主要原因。用硅脱氧，随LF 精炼和连铸工艺的进行，复合夹杂物中氧化铝含量逐渐减少，氧化钙，氧化硅含量逐渐增加，铸坯夹杂物呈弱碱性， 变形能力稍弱。生产过程中降低精炼渣氧化铝含量，提高硅铁的纯度，适当减少精炼过程氧化钙加入量等措施来改善夹杂物变形能力，提高不锈钢铸坯的质量[3]。采用含铝脱氧剂进行终脱氧，在AOD还原过程中，由于还原不充分或时间不足，造成还原产物来不及上浮，影响钢水纯净度，钢水质量（夹杂物水平）不符合产品技术要求。同时，采用含铝脱氧剂进行终脱氧，在连铸过程中常常会因Al2O3、CaOAl2O3、MgOAl2O3及CaS在水口聚集，而产生水口结瘤[4-9]，即便是经钙处理的低碳铝镇静钢仍然如此。降低钢水残铝和采用充分的钙处理是减少和防止水口堵塞的重要措施[5，10-12]。同时，传统的脱氧工艺中以纯铝用作强制脱氧或终脱氧，由于纯铝的物理特性，实际上真正起作用的纯铝仅占投入量的25%左右。而钢液采用Si 脱氧时，钢中形成的绝大部分是变形能力较强的硅酸盐夹杂物。采用SiCaBa和AlMnCa等复合脱氧剂也可避免由铝脱氧剂产生的夹杂物对不锈钢质量产生的不良影响[13，14]。在这些正常的冶金条件下，不锈钢总是不可避免的会存在一定数量的非金属夹杂物。
在不锈钢熔炼过程中，氧主要是以氧化铬的形式存在。根据元素的脱氧能力，不锈钢脱氧剂组元应主要选择比锰有更强的与氧、硫作用能力的元素。硅的脱氧能力强于锰，在不锈钢中具有一定的脱氧作用。硅易与其他多种元素组成合金，是加入其他元素的理想载体，硅常用作各种精炼剂的辅助组元。铝有较强的脱氧能力，铝在不锈钢中的残留及脱氧产物氧化铝对多数牌号的不锈钢的性能有不利影响，铝也较少用作不锈钢脱氧剂的主要组元。