徐磊 （天津天鐵冶金集團有限公司煉鋼廠，河北省涉縣 056404)

關于規(guī)范和優(yōu)化鈣處理技術的探討

徐磊 （天津天鐵冶金集團有限公司煉鋼廠，河北省涉縣 056404)

介紹了鋼水鈣處理技術對夾雜物變性作用的基本原理，并分別從鈣處理條件、喂線技術參數(shù)、吹氬流量控制以及最佳處理時間等方面探討了規(guī)范和優(yōu)化鈣處理技術的幾項措施，以求最大程度地降低夾雜物含量，提高鋼水潔凈度。

鋼液 鈣處理 夾雜物 變性 優(yōu)化 探討

1 前言

天鐵冶金集團煉鋼廠在連鑄生產過程中，特別是澆鑄鋁鎮(zhèn)靜鋼時，常發(fā)生中包浸入式水口結瘤堵塞的問題，其中因Al2O3夾雜堵塞水口的比例占到2/3以上。如2008年10月至2009年9月，澆注鋁鎮(zhèn)靜鋼期間，共發(fā)生水口結瘤堵塞事故18次，其中14次是因為Al2O3夾雜堵塞所致，其余4次為低溫絮流。究其原因發(fā)現(xiàn)，工人對吹氬、喂絲工藝認識不充分，不能規(guī)范化操作，而且生產中計量配置不齊全，影響了鈣處理技術的應用和效果。為進一步加強管理，必須從鈣處理條件、氣壓和氣量控制、喂線技術參數(shù)、吹氬等基本工藝規(guī)范和優(yōu)化入手，切實發(fā)揮應有的冶金效果。

2 鈣處理對夾雜物的變性作用

鋁鎮(zhèn)靜鋼中的氧化物主要為團絮狀Al2O3。將Al2O3簇狀夾雜改質為球狀鋁酸鈣夾雜的主要理論依據(jù)為CaO-Al2O3二元相圖。CaO和Al2O3可以生成5種化合物，其性能見表1。在煉鋼溫度下，生成CA6、CA2、C12A7的可能性更大[1]。鋁酸鈣是球狀夾雜，較易從鋼液中除去，即使仍有少量殘留，它對鋼材性質的影響也比固態(tài)氧化鋁小。

表1 mCaO·nAl2O3的性能

采用鈣處理工藝可以對鋼液中Al2O3和MnS等夾雜物進行改性。即通過增加鋼中有效鈣含量，一方面使大顆粒Al2O3夾雜物變成低熔點復合夾雜物，促進其上浮，凈化鋼水;另一方面，在鋼水凝固過程中提前形成的高熔點CaS(熔點2 500℃)質點，可以抑制鋼水在此過程中生成MnS的總量和聚集程度，并把MnS部分或全部改性成CaS，即形成細小、單一的CaS相或CaS與MnS的復合相[2]。

3 鈣處理效果的影響因素及規(guī)范要求

3.1 鈣處理條件

要處理Al2O3夾雜，必須有合適的Ca/Al比，據(jù)文獻介紹，當鋼中Ca/Al＞0.14可減少水口堵塞;要獲得較高的球狀夾雜物比率，要求Ca/T[O]=0.7～1.2[2]。此外，處理硫化物夾雜，必須有合適的Ca/S比，當鋼液中Ca/S≥1.2時能取得滿意的處理效果[3]。鈣的沸點為1 484℃，它在鋼液中的溶解度很小，因此要想最經濟地達到合適的Ca/Al、Ca/T[O]和Ca/S，必須降低鋼水中的T[O]和[S]之后再進行鈣處理。對于普通鋁鎮(zhèn)靜鋼，為提高鈣處理轉變Al2O3為C12A7的效率，應控制鋼水中的硫含量小于0.01%[2]。

3.2 喂線深度和速度

包芯線喂入一定深度時開始熔落，其深度應保證熔落分散的鈣氣泡受到較大的鋼水靜壓力，促使其在浮到鋼液面以前就盡可能完全消耗。

合適的喂線速度可以提高鈣的收得率。如果速度過快，一方面會因局部產生的大量鈣蒸氣而使得鋼液劇烈翻騰，大量鈣蒸氣直接揮發(fā)到空氣中;另一方面因鈣蒸氣來不及溶解而大量上浮，從而降低其收得率。反之，如果速度過慢，會導致喂入深度不足，在其能完全溶解于鋼液前便上浮到鋼液面而浪費掉。

相關文獻[4-5]均指出喂線適宜的深度范圍為0.65～0.75H，H為鋼包液面高度(m)。這樣才會在喂線后的吹氬、成分調整中起作用。達到這樣的深度需要一定的喂線速度來保證。喂CaSi線時其速度可參照下式[6]：

式中：VCaSi——CaSi線的喂入速度，m/s

W——鋼水重量，t

δ——CaSi線包覆鋼帶的厚度，m

D——CaSi線直徑，m

本廠的 W 取 44 t，δ=3.4×10-4m，D=0.013 m，容易得到VCaSi=2.2 m/s，即喂線速度參考值為132m/min。但目前實際喂線速度僅為1.8 m/s，需要進一步提高。

3.3 喂線位置

喂線位置對于鈣元素的收得率有很大影響，硅鈣線喂入點的水平位置應選擇在鋼液下降流的中心位置，這樣無論Ca是以氣態(tài)還是以液態(tài)進入鋼液，都會在下降流的作用下，強制其下降，然后再上浮，或隨包底抽吸流被帶到透氣磚的上升流中去，從而延長了其在鋼液中的停留時間，使其充分發(fā)揮作用[7]。

3.4 喂線

掌握最佳喂線量很困難，但它卻是既能達到鈣處理目的又能降低成本的關鍵，生產中不能不考慮。喂線量過大，導致鈣含量偏高，當鈣含量超過一定含量時(～34×10-6)，CaS 開始析出，能夠迅速惡化鋼水的流動性和可澆性[8]，另外，鋼水中ω[Ca]高會發(fā)生水口侵蝕問題。喂線量過小，不足以使Al2O3夾雜全部改質，達不到鈣處理目的。實踐中，最佳喂入量需要根據(jù)芯線的種類和質量來確定。

傳統(tǒng)的CaSi線喂入量是基于鈣能夠與鋼水中Al2O3結合成C12A7得出的。按鈣收得率12%左右計算，鈣喂入量為0.21 kg/t左右。本廠CaSi線Ca含量28%，芯粉質量≥220 g/m，折合CaSi線用量為3.4m/t，每爐平均用量為150 m，這與本廠對鋁鎮(zhèn)靜鋼的工藝要求基本一致。

3.5 吹氬流量控制

鋼包底吹氬條件下鋼液中夾雜物的去除主要依靠氣泡的浮選作用，即夾雜物與氣泡碰撞并粘附在氣泡壁上，然后隨氣泡上浮而被去除。大顆粒夾雜物更容易被氣泡捕獲，而小氣泡比大氣泡更有利于捕獲夾雜物。采用高強度吹氬，只能使氣泡粗化而達不到有效去除夾雜物的目的[9]。影響夾雜物上浮效果的決定因素是噸鋼攪拌功率和攪拌時間，通過改變氬氣流量的大小，把攪拌功率調到一個合適的范圍內，既不卷渣，又有利于夾雜物聚集上浮。

在生產現(xiàn)場，為均勻成分和溫度，促進夾雜物排除，同時避免大面積裸露鋼液或發(fā)生鋼渣卷混現(xiàn)象，降低氬氣的消耗，文獻[10]推薦采用低氣量操作，對于小于50 t的鋼包，可采用100L/min～200 L/min或低于100 L/min。我廠吹氬平臺因未設流量表，吹氬強度以吹氬點裸露鋼液面直徑不大于300 mm為準。實踐表明，選用氬氣壓力在0.25～0.35 MPa，處理效果較為理想。

3.6 吹氬處理時間

（1) 喂線前吹氬時間

喂線過程“同時吹氬”已經成為大多數(shù)人的共識，但是喂線前吹氬更加有利于鋼液的混勻，有利于喂線時鈣的充分利用。顏根發(fā)認為喂線應該滯后吹氬一個環(huán)流時間(to)[11]。表2是他給出的喂線前吹氬參數(shù)推薦值。表2喂線前吹氬參數(shù)推薦值

鋼包容量 /t ≤20 25～45 50～75 100～180 210～275 310吹氬流量L/min 100 200 300 400 500 600吹氬時間底吹 0.5 0.05 0.05 0.05.0.5 1.0/min 頂吹 0.5 0.5 0.5 1.0 - -

（2) 喂線后吹氬時間

喂線后為排除遺留在鋼液中的反應產物，就要保證一定的吹氬時間。整個吹氬過程包括均混時間和鋼液凈化時間。

根據(jù)全浮力模型的觀點，驅動鋼液流動的能量是由氣泡浮力作功提供的。文獻[10]給出了定量估算氣體抽引鋼液量并進行循環(huán)計算的公式，即：

式中：H——鋼液深度，m

V鋼——被氣體抽引至頂面的鋼水量，m3/s

V氣——吹氬量，m3/s

根據(jù)本廠生產實際，吹氬量取0.2 m3/min，H為1.9 m，容易計算出V鋼=0.5 m3/s，即每12 s鋼液可在鋼包內循環(huán)一次。若均混時間相當于3倍的循環(huán)周期[12]，一般純吹氬量0.1m3/min～0.2 m3/min時其混勻時間為 36～ 47 s。

為充分排除鋼中夾雜，吹氬攪拌時間可按循環(huán)時間推算。計算結果表明，兩者所需時間大致相等。因此，在鋼液溫度無需調節(jié)或只富裕5℃左右時，也應爭取吹氬36～47 s。這樣鋼液仍可實現(xiàn)2～4次循環(huán)，即降溫不多，還可將鋼液的成分、溫度顯著均勻，有助于提高澆鑄質量。生產中，要求盡可能長時間吹氬，不僅達到成分、溫度均勻的目的，還可提高鋼水純凈度。因此我廠要求吹氬處理時間控制在6～8 min。

4 鈣處理效果的討論

鋼水鈣處理時，若鋼中溶解鈣和酸溶鋁含量控制不當，即Al2O3夾雜物改性不充分，非但不能生成液態(tài)的12CaO·7Al2O3，反而可能產生高熔點的固態(tài)鈣、鋁復合夾雜，不僅起不到凈化鋼水和解決水口堵塞的作用，結瘤現(xiàn)象反而會比沒有進行鈣處理時更嚴重。

鋼水氧化性強弱對后續(xù)鈣處理的效果有直接影響。如果轉爐終點氧含量過高，就會造成脫氧產物增多，后續(xù)鈣處理比較麻煩。從目前脫氧操作來看，鋼水氧含量基本上控制在60×10-6上下，為后續(xù)鈣處理創(chuàng)造了條件。根據(jù)我廠經驗，當Ca/Al＞0.20時，涮水口現(xiàn)象嚴重;當喂線不足，即Ca/Al＜0.08時，水口容易絮流。正常澆注情況下，Ca/Al則保持在0.10～0.18，比值越大，表觀拉坯速度相對越大。對于硫含量超過0.020%的鋼水，為保證鈣處理效果，處理前進行鋼包內脫硫(電石+螢石)，不僅節(jié)約硅鈣線用量，而且有效減少了高熔點(CaO)m·(Al2O3)n聚合物的生成。

以我廠TM85軟線鋼的開發(fā)為例：開發(fā)初期，采用純鋁脫氧，每爐喂CaSi線80 m～100 m，生產時頻繁絮流，開臺成功率不足50%。后改為150 m/爐，情況有很大改善，如今每爐喂FeCa線200 m并對脫氧合金結構進行了調整，再未出現(xiàn)開臺中包浸入式水口結瘤情況。

通過規(guī)范操作，目前連鑄單包連澆爐數(shù)最高可達25爐，而且水口穿鋼事故減少36.7%，經金相檢測發(fā)現(xiàn)，鋼材夾雜物尺寸明顯減小，且成球狀的居多，說明鈣處理達到了預期效果。

5 結論

5.1 本文通過探討各種鈣處理條件及參數(shù)，明確了規(guī)范和優(yōu)化鈣處理的出發(fā)點與改進措施。同時從理論上確定了我廠的處理工藝參數(shù)參考值，即要求鋼水硫含量低于0.01%，喂線深度在0.65～0.75H，速度132 m/min，喂入量平均150 m/爐，底吹氬氣壓力控制在0.25～0.35 MPa等。

5.2 具體而優(yōu)化的生產數(shù)據(jù)需要操作者在日常生產中認真總結，鑒于我廠的實際條件，應當加強設備改造，科學合理地把握生產數(shù)據(jù)。

5.3 應抓緊崗前培訓，不斷提高職工的技術業(yè)務素質。

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Discussion on Standardization and Optimization of Calcium Treatment Technique

Xu Lei

The paper describes the basic principle of liquid steel calcium treatment technique influencing inclusion denaturation,and discusses measures standardizing and optimizing calcium treatment technique from perspectives of calcium treatment conditions,technical parameters of wire feeding,argon flow to optimal treatment time In order to minimize inclusion content in liquid steel and improve steel cleanliness,

liquid steel,calcium treatment,inclusion,denaturation,optimization,discussion

（收稿 2010-08-05 責編 趙實鳴)

徐磊，男，武漢科技大學冶金工程專業(yè)畢業(yè)，助理工程師，現(xiàn)在天津天鐵冶金集團煉鋼廠從事轉爐煉鋼工作。