化合水

由於新鋼冶煉產能及品種結構的變化，鋼中氫含量的情況被越來越關注。氫是鋼中的有害元素，表現在兩個方面: 一是溶入鋼中使鋼的塑性和韌性降低，引起氫裂; 二是當氫從鋼中析出時，會造成內部裂紋性質的缺陷。白點是這類缺陷中最突出的一種，它使鋼的力學性能降低，熱處理淬火時使零件開裂，使用時造成零件的斷裂。為了控制鋼水中氫的產生，就必須設法在鋼鐵冶金過程中最大限度地控制水分的帶入。從影響鋼水中氫含量的鍊鋼輔料入手，從化合水的角度進行系統的檢測和研究分析，提出了鍊鋼輔料中化合水的質量控制措施，並把對輔料功能、質量的關注上升到關注提高品種鋼質量的高度 ^[1]  。

鍊鋼輔料中化合水的檢測

1 鍊鋼輔料的種類

鍊鋼用輔料品種較多，根據鍊鋼流程主要的鍊鋼用輔料分為以下幾類: 鐵水預處理類、轉爐鍊鋼類、精煉爐類、中包連鑄類等。

從鋼中氫的來源理論分析: 氫在爐氣中的分壓力很低，大氣中氫的分壓力為0． 053 Pa，因此鋼中氫主要是由爐氣中水蒸汽的分壓力決定的。氫進入鋼液的主要途徑如下: 通過廢鋼表面的鐵鏽( αFeO·γFe2O3·2H2O) ，鐵合金中的氫，增碳劑、脱氧劑、覆蓋劑、保温劑、造渣劑等鍊鋼輔料中的水分，未烘烤乾的鋼包、中間包及中注管中的水分，結晶器滲水及大氣中的水分與鋼液和爐渣作用而進入鋼液中。

2.鍊鋼輔料中的化合水及其檢測方法

對鍊鋼輔料中的水分通常會進行水分常規檢測，這裏的檢測通常是指遊離水的檢測，而對於其化合水的檢測，大多鋼廠基本上沒有開展此項工作。

遊離水又稱自由水分，是指物料中所含的水分超出與空氣中水蒸汽分壓相等時的多餘水分，用一句通俗的話來表述就是物料在100 ℃左右的温度下乾燥失重至恆量時丟失的水分，也就是通常的結算水分。

化合水是指輔料中的結晶水，及以OH －、H + 或H3O + 等形式存在於物料中的水。化合水通常在100 ℃左右的温度下乾燥是不會丟失的( 少數物料如石膏類品種除外) 。

化合水的概念理論上有解釋，但在相關的產品標準或分析檢測標準中並沒有相關的檢測方法，為此我們使用了自已開發的化合水檢測方法———無水高氯酸鎂吸收重量法，主要原理是: 試樣在管式爐中加熱至1 000 ℃時，化合水從輔料中分解，通入高純氬氣作為載氣，化合水隨載氣帶出，由裝有強力吸水劑無水高氯酸鎂的吸收管吸收後稱量，並通過吸收管的增重計算出輔料中結晶水的含量。該法在輔料的檢測應用中重現性良好，其精密度和準確度符合檢測誤差要求。

3.鍊鋼輔料化合水的基本情況

我們對現有的部分鍊鋼輔料進行了化合水的檢測。遊離水與化合水含量之間沒有直接的對應關係，主要的鍊鋼輔料的化合水含量比較高，總體的趨勢是含鈣、鎂元素的輔料中化合水的含量較高，如低碳鹼性覆蓋劑、終渣改性球、鋁鈣鋼水脱硫劑等，高含量的化合水對鍊鋼控氫是不利的。

制定鍊鋼輔料化合水技術指標

鍊鋼輔料化合水的含量高低對於鍊鋼生產控氫有影響，為此，新鋼引入輔料產品中化合水的檢測，並在採購合同中規範了化合水為重要技術指標。並根據鍊鋼爐前、放鋼後、精煉、連鑄等不同工藝所用的不同輔材進行細分，嚴格規定了不同層次的化合水的允許量。如精煉、連鑄階段對於水分含量要求嚴格，此時的精煉劑、保護渣的化合水考核就控制在不超過0． 50%; 轉爐氧化階段，對於使用水分含量不高的輔料，輔料的化合水可以放寬至1% ～ 5%;少數輔料也可以不規定化合水的含量 ^[2]  。

化合水控制主要有兩個方面:

1) 輔料生產過程中的原材料控制，在鍊鋼輔料中的脱硫輔料大量使用了石灰類物質作為基料，因此提高或提升迴轉窯石灰質量，對於化合水的控制十分重要; 在覆蓋劑或保護渣類產品中提出儘量使用預熔工藝生成有一定化學結構的、穩定的化合物或固熔物，而不是簡單的混配，這對於化合水的控制十分有效; 針對個別化合水極高的產品，對其原材料進行分析，如終渣改性球中化合水高達7% 左右，生產工藝使用了自身的水化反應而成，導致化合水居高不下，因此提出了變更配方或添加適量的黏結劑以達到保鎂降水的作用;

2) 對於產品的包裝和保質期要引起足夠的重視，如RH 低碳脱硫劑這類化合水要求高的產品應雙層包裝最好加薄膜，含石灰質的輔料儘量少曝露在空氣中等。

經過一年多鍊鋼輔料中化合水的控制實踐，取得了階段性的效果:

1) 淘汰了落後及效果差的爐輔料產品10 餘種: 如一般的脱硫產品、脱氧產品等;

2)對鍊鋼用的覆蓋劑產品進行優化，由原來的7 種精簡為3 種，覆蓋劑的功能效果大大提高，其使用量也大大減少;

3) 部分輔料系列產品內在質量的提高，使用量大大減少，減輕了工人的勞動強度，改善了鍊鋼作業環境;

4) 爐輔料的總水分大大減少，質量和功能大大提高，提高了鋼水的純淨度，同時達到了降本增效的目的 ^[3]  。