December 12, 2025
تتضمن عملية صناعة الفولاذ بـ LF (فرن الصب) نقل الفولاذ المصهور في مرحلته النهائية من الأكسدة من محول أو فرن كهربائي إلى فرن LF. هنا، تتم إزالة 50-90٪ من الخبث المؤكسد، ويتم إضافة خبث مختزل مع مزيل للأكسدة للتنقية بالاختزال. من خلال زيادة وقت التقليب بشكل مناسب، وكمية الخبث، وقوة التقليب أثناء التسخين، وتحقيق إزالة كاملة للخبث أثناء الصب، يمكن تقليل محتوى الكبريت في الفولاذ إلى أقل من 30 جزء في المليون للكبريت ([%S]) وأقل من 20 جزء في المليون للأكسجين ([%O])، مما يؤدي إلى فولاذ نظيف.
الأكسجين له ذوبان محدود في كل من الفولاذ السائل والصلب، مع ذوبان أقل بكثير في الفولاذ الصلب. في عملية تنقية LF، غالبًا ما يُظهر الفولاذ المصهور من الصهر الأولي خصائص أكسدة قوية، مما يشكل تحديات لمهام إزالة الأكسدة العميقة وإزالة الكبريت. مخاطر الأكسجين متعددة:
الحد من إزالة الكبريت: يؤثر محتوى الأكسجين المرتفع أو إمكانات أكسجين الخبث على توزيع الكبريت بين الفولاذ والخبث، مما يقلل من التوتر البيني ويؤثر على طبيعة وكمية الشوائب غير المعدنية المحتوية على الكبريت. تتطلب إزالة الكبريت الفعالة إزالة الأكسدة المسبقة.
إعادة أكسدة الكربون: مع تبريد الفولاذ المصهور وتبلوره، يتجزأ [C] و [O]، مما يؤدي إلى إعادة أكسدة الكربون وتكوين فقاعات غاز CO. هذه الفقاعات تضر بصلابة الفولاذ، مما يتسبب في عيوب مثل المسامية والرخاوة.
الشوائب غير المعدنية: يتفاعل الأكسجين المترسب مع عناصر مثل Si و Mn و Al أثناء التصلب، مما يشكل شوائب غير معدنية تساهم في عيوب خط الشعر في الفولاذ عالي الجودة وتدهور مؤشرات الأداء المختلفة مثل الحد النسبي وطاقة التأثير والاستطالة والنفاذية المغناطيسية.
التأثير التآزري مع الكبريت: يؤدي الأكسجين إلى تفاقم الآثار الضارة للكبريت عن طريق تكوين يوتكتيات منخفضة الانصهار مع FeO و FeS، مما يؤدي إلى تدهور لدونة الفولاذ أو التسبب في تلف التشغيل الساخن.
في عملية LF، يتم استخدام إزالة الأكسدة بالترسيب وإزالة الأكسدة بالانتشار بشكل شائع:
إزالة الأكسدة بالترسيب: يتضمن ذلك إضافة مزيل أكسدة بكميات كبيرة مباشرة إلى الفولاذ المصهور بعد إزالة الخبث المؤكسد. تتفاعل عناصر إزالة الأكسدة مع الأكسجين المذاب لتكوين مركبات مستقرة تنفصل عن الفولاذ المصهور وتدخل في الخبث. تُستخدم مزيلات الأكسدة المركبة التي تحتوي على Al وعناصر الأرض القلوية على نطاق واسع نظرًا لقدرتها على تكوين منتجات إزالة الأكسدة المركبة منخفضة نقطة الانصهار التي تسهل تعويم وإزالة الشوائب.
إزالة الأكسدة بالانتشار: هنا، تتم إضافة مزيل أكسدة مسحوقي إلى سطح الخبث، حيث يحدث تفاعل إزالة الأكسدة عند واجهة الفولاذ والخبث. عن طريق تقليل محتوى (FeO) في الخبث، ينتشر الأكسجين في الفولاذ المصهور إلى الخبث، وبالتالي خفض محتوى الأكسجين في الفولاذ.
يعتبر الكبريت بشكل عام عنصرًا ضارًا في الفولاذ، مما يؤثر على جودته بعدة طرق. وبالتالي، فإن إزالة الكبريت هي مهمة تعدين حرجة في صناعة الفولاذ. يوفر فرن LF ظروفًا ديناميكية حرارية وحركية مواتية لإزالة الكبريت، مما يجعله مهمًا لإنتاج الفولاذ منخفض الكبريت.
على عكس إزالة الكبريت بالخبث المؤكسد القلوي، تتبع إزالة الكبريت بالخبث المختزل القلوي LF هذه التفاعلات:
نظرًا لأن معظم الكبريت في الفولاذ موجود على شكل [FeS]، فإن تفاعل إزالة الكبريت الأساسي يعتمد على المعادلة الأولى. تعتمد كفاءة إزالة الكبريت على أساسية الخبث، ومحتوى (FeO) و (MnO)، وكمية الخبث، والسيولة.
النفخ بالأرجون في قاع المغرفة هو خطوة حاسمة قبل الصب المستمر، مما يؤثر بشكل كبير على جودة الفولاذ المصهور والشرائح. أثناء حركة الفولاذ المصهور، تتصادم الشوائب وتتكثف إلى جزيئات أكبر وتطفو لأعلى بسبب الطفو (يلتصق بعضها بأسطح الفقاعات ويرتفع مع طفو الفقاعات).
تتضمن عملية إزالة الشوائب عبر الفقاعات عدة خطوات:
