貫生金，李洪偉

（1.天津鋼鐵集團(tuán)有限公司生產(chǎn)技術(shù)部，天津 300301；2.天津鋼鐵集團(tuán)有限公司煉鋼廠，天津 300301）

天鋼LD-LF-CC流程冶煉H08A的生產(chǎn)工藝優(yōu)化

貫生金1，李洪偉2

（1.天津鋼鐵集團(tuán)有限公司生產(chǎn)技術(shù)部，天津 300301；2.天津鋼鐵集團(tuán)有限公司煉鋼廠，天津 300301）

通過分析以往H08A生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題，對(duì)天鋼LD-LF-CC流程冶煉H08A生產(chǎn)工藝進(jìn)行了優(yōu)化。從合理控制鋼水氧化性和降低鋼液中TAl含量入手，從根本上解決了H08A冶煉過程中的難題，避免了水口結(jié)瘤、皮下氣泡等問題的出現(xiàn)。生產(chǎn)實(shí)踐表明，轉(zhuǎn)爐將出站a（O）控制在20×10-6～100×10-6范圍內(nèi)；精煉依據(jù)進(jìn)站鋼水脫氧程度，合理選擇還原劑以及喂鈣鐵線操作，將出站a（0）控制在30×10-6左右，TAl控制在60×10-6以下，硅控制在200×10-6～300×10-6；連鑄加強(qiáng)保護(hù)澆注、選用內(nèi)徑合適及材質(zhì)合理的水口；可以有效降低鋼水結(jié)瘤、鑄坯皮下氣泡出現(xiàn)的概率以及提高連澆爐數(shù)。

LF爐控制 鋼水結(jié)瘤 冶煉 工藝 優(yōu)化

1 引言

H08A屬于典型的低碳低硅鋼，主要用于制造焊條、焊絲及焊芯。國內(nèi)鋼廠普遍采用LD-CC生產(chǎn)工藝進(jìn)行生產(chǎn)，爐外精煉工藝僅作為輔助功能進(jìn)行使用。天鋼2004年東移以來，對(duì)于H08A的生產(chǎn)一直采用LD-LF-CC流程，鋼水的主要處理過程在LF精煉爐完成，但H08A生產(chǎn)一直存在諸多問題，如水口結(jié)瘤、連澆爐數(shù)低、碳、硅成分控制波動(dòng)較大、鑄坯存在皮下氣泡等。為解決以上問題，我們廠開展了項(xiàng)目攻關(guān)，并且對(duì)工藝進(jìn)行優(yōu)化，使H08A的生產(chǎn)事故得到有效控制，平均連澆爐數(shù)從8.6爐提高到13.5爐。

2 H08A生產(chǎn)實(shí)踐中的問題

H08A生產(chǎn)過程中面臨的問題主要是連鑄澆鑄過程的水口結(jié)瘤和C、Si成分波動(dòng)兩大問題，而在冶煉H08A時(shí)這兩大問題均與脫氧程度有關(guān)。如表1所示，H08A對(duì)碳和硅有嚴(yán)格的要求，轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)碳控制較低（實(shí)際生產(chǎn)中一般不大于0.05%出鋼），鋼水氧化性強(qiáng)且LF爐進(jìn)站時(shí)氧化性波動(dòng)較大，鋼水的氧化性得不到有效控制，給生產(chǎn)帶來很大的隱患：當(dāng)鋼水脫氧程度較差時(shí)，連鑄在澆鑄過程中隨著鋼水凝固，鋼水溫度逐步降低，因此CO氣體在鋼液的溶解度逐漸降低，當(dāng)全部氣體的分壓大于鋼水靜壓力和大氣壓力之和時(shí)，氣體就會(huì)析出鑄坯表面形成氣泡；脫氧劑加入過量時(shí)，往往使鋼水中C、Si成分波動(dòng)，特別是鋼水中TAl含量較高，在連鑄澆注過程中出現(xiàn)水口結(jié)瘤或成分超出工藝要求范圍等問題，造成連鑄終澆事故。

表1 天鋼H08A成分控制標(biāo)準(zhǔn)

為了從根源上找出影響天鋼H08A生產(chǎn)穩(wěn)定的各項(xiàng)因素，我們對(duì)近幾年生產(chǎn)H08A的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并根據(jù)出現(xiàn)生產(chǎn)和質(zhì)量波動(dòng)情況按照水口結(jié)瘤、成分波動(dòng)、皮下氣泡以及其他綜合因素等經(jīng)常出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分類，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖1所示。

圖1 H08A生產(chǎn)及質(zhì)量問題分類

由圖1可知，H08A生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的主要問題為水口結(jié)瘤，占總比例的76.72%，其次是C、Si成分波動(dòng)，占總比例的12.62%，而皮下氣泡等原因比例相對(duì)較少，同時(shí)經(jīng)過對(duì)皮下氣泡爐次分析其主要發(fā)生在一個(gè)澆次，其他澆次并沒有出現(xiàn)。因此，從整體來看，影響天鋼H08A生產(chǎn)的主要原因還是水口結(jié)瘤和C、Si成分波動(dòng)，這主要與天鋼的H08A的生產(chǎn)工藝有關(guān)，因此本文針對(duì)影響生產(chǎn)和質(zhì)量的主要因素進(jìn)行工藝優(yōu)化。

圖2為H08A連鑄澆注過程中水口結(jié)瘤時(shí)的曲線。主要特征是在溫度等其他條件正常的情況下，連鑄在澆注過程中塞棒開啟度出現(xiàn)持續(xù)增長，繼而開啟度超出控制范圍，水口中的鋼水流量無法滿足連鑄澆注需要，最終造成連鑄中斷。

圖2 連鑄澆注過程中曲線

蔡開科、孫彥輝等[1]通過研究表明，含鋁鋼鋼水絮水口主要通過以下幾種方式造成：鋼液溫度降低后溶解[O]降低，析出[O]與[Al]生成Al2O3；受鋼水流動(dòng)引起的壓力梯度影響，耐材氣孔中的氧擴(kuò)散到鋼水/水口界面，與鋼水中[Al]反應(yīng)生成Al2O3；鋼水中未上浮的Al2O3受注流紊流和環(huán)流作用附著到水口壁；高溫狀態(tài)下鋼水中[Al]與爐渣或耐材中的SiO2二次氧化生成Al2O3；澆注過程中從大氣吸入的氧對(duì)鋼水的二次氧化生成Al2O3。以上原因相互作用不斷沉積到水口發(fā)生結(jié)瘤，水口不斷變小，塞棒開啟度上揚(yáng)，最終連鑄中斷。

從圖3中斷爐次水口形貌來看，鋼水結(jié)瘤物主要為白色或灰白色物質(zhì)，其中也夾雜著少量鐵珠。經(jīng)電鏡分析結(jié)瘤物成分以Al2O3為主，因此分析認(rèn)為天鋼H08A澆注中斷主要是鋼液中[Al]被氧化或者鋼液中未上浮的Al2O3附著于水口壁造成的，這也與蔡開科、孫彥輝等對(duì)含鋁鋼鋼水結(jié)瘤的描述一致。

圖3 中斷爐次水口形貌

3 生產(chǎn)實(shí)踐中主要工藝控制

通過上文分析認(rèn)為天鋼H08A中斷事故主要是由于鋼液中[Al]被二次氧化以及鋼液中未上浮的Al2O3造成的。從H08A的成分設(shè)定來看，鋼液中的Al除用于脫氧外并沒有其他用途，而且鋼液中Al含量較高還會(huì)影響焊縫性能，因此本次工藝優(yōu)化主要從降低鋼液中[Al]含量和促進(jìn)鋼液中的Al2O3上浮進(jìn)行工藝調(diào)整。

3.1 轉(zhuǎn)爐工藝

（1）終點(diǎn)碳控制在0.04%～0.05%，出鋼溫度1 620～1 660℃。同時(shí)采用紅包出鋼，鋼包包口及包內(nèi)清潔、鋼包水口無異物。確保到精煉溫度控制在1 560℃以上，減少后續(xù)精煉升溫的鋼液吸氧。

（2）一次倒?fàn)t溫度不能低于1 620℃，避免低溫補(bǔ)吹，降低鋼水氧化性。如溫度高加白云石調(diào)整，嚴(yán)禁加礦石調(diào)溫。

（3）終點(diǎn)脫氧使用鋁錳鐵為4.5 kg/t，根據(jù)實(shí)際吹煉情況補(bǔ)加鋼芯鋁，鋼芯鋁不隨合金加入，確保精煉到站鋼水中a（O）在20×10-6～100×10-6之間，精煉進(jìn)站TAl不大于250×10-6。在沒有嚴(yán)重后吹情況下，鋼芯鋁補(bǔ)加量無法確定以少加為宜。

（4）注意出鋼口維護(hù)，不僅要確保出鋼時(shí)間200～250 s，同時(shí)要確保出鋼口狀況良好，減少下渣量。

3.2 精煉工序

（1）精煉鋼水進(jìn)站后鋼包底吹氬氣流量控制大于500 NL/min，吹氬2 min，確保鋼水成分、溫度均勻。調(diào)節(jié)氬氣流量為50 NL/min，穩(wěn)定1 min后定氧、取01樣（01樣即精煉鋼水進(jìn)站后所取得的第一個(gè)試樣）。

（2）根據(jù)進(jìn)站定氧數(shù)據(jù)判斷鋼水氧化性強(qiáng)弱，若進(jìn)站氧化性過強(qiáng)，則提前喂加鋁線，加強(qiáng)脫氧。如果進(jìn)站a（O）＜30×10-6，進(jìn)站不喂鋁直接等待進(jìn)加熱位處理；當(dāng)進(jìn)站a（O）＞30×10-6時(shí)，按照a（O）每降低1×10-6則需要1.5 m的鋁線（直徑12 mm）計(jì)算喂鋁線的長度。喂鋁線時(shí)氬氣調(diào)整為100 NL/min，喂完鋁線后氬氣調(diào)整為軟吹狀態(tài)等待進(jìn)加熱位。

（3）LF爐增加首批渣料加入量，快速形成初渣，避免精煉過程鋼水的二次污染。如進(jìn)加熱位時(shí)溫度大于1 560℃，在沒有渣殼情況下，進(jìn)站首批渣料石灰加入量應(yīng)不小于700 kg；如進(jìn)站溫度低或有渣殼石灰加入量為500 kg，則在給電過程中根據(jù)情況適當(dāng)補(bǔ)加石灰，確保埋弧。第一次給電結(jié)束時(shí)，石灰加入量應(yīng)控制在700～1 000 kg左右，盡快形成初渣的同時(shí)確保終渣堿度大于3.5，降低爐渣中SiO2的活度。

（4）優(yōu)化精煉還原操作。當(dāng)給電前溫度大于1 560℃時(shí)，首批料加入后給電超過2 min后進(jìn)行第一批還原操作；當(dāng)給電前溫度小于1 560℃時(shí)，首批料加入后給電5 min后進(jìn)行第一批還原操作。當(dāng)鋼水中a（O）≤10×10-6時(shí)，還原劑以電石和碳化硅為主，適當(dāng)使用硅鐵粉，冶煉前期還原氣氛控制基本不使用鋁粉；當(dāng)鋼水中10×10-6＜a（O）＜30×10-6，可以適當(dāng)使用鋁粉，首批還原加入量控在10～15袋（每袋5 kg，含鋁量70%）；當(dāng)鋼水中a（O）＞30×10-6（已經(jīng)喂鋁控氧）的爐次，首批還原以電石、硅鐵粉和鋁粉為主，鋁粉加入量控制在不大于10袋，后續(xù)還原根據(jù)O2樣（O2樣即精煉第一次給電過后所取試樣）調(diào)整。還原操作時(shí)氬氣流量控制在200～300 NL/min為宜。

（5）根據(jù)O2樣進(jìn)行后續(xù)操作調(diào)整，O2樣中TAl大于150×10-6以上時(shí)，后續(xù)還原基本不使用鋁粉。根據(jù)02樣的硅和碳選擇還原劑，當(dāng)碳大于0.06時(shí)，電石使用量應(yīng)適當(dāng)控制，當(dāng)硅大于0.04時(shí)，硅鐵粉應(yīng)停止使用。

（6）精煉出站成分目標(biāo)值為C：0.04%～0.06%；Si: 0.020%～0.030%；TAl：小于0.006 0%，a（O）控制在10～ 50×10-6。研究表明，鋼液中的ω（Si）為0.01%～0.04%時(shí)，鋼水凝固時(shí)硅可降低樹枝晶間濃縮相中的氧[2]；ω（Si）大于0.020%時(shí)，可以有效緩解鑄坯氣泡。硅對(duì)焊條質(zhì)量的危害主要在于它在焊縫中有降低塑性的傾向，酸性焊條中，熔渣中的SiO2增高而使焊縫表面產(chǎn)生氣孔的傾向增強(qiáng)。為此把焊芯中ω（Si）控制在不大于0.030%[4]，因此將硅目標(biāo)值定為0.025%。

（7）出站時(shí)根據(jù)11樣（11樣即精煉配加合金后所取試樣）對(duì)出站喂絲進(jìn)行調(diào)整，11樣TAl小于100× 10-6，出站喂鈣鐵線（直徑13 mm，粉重220 g/m，含Ca 30%）150 m；100×10-6＜TAl＜200×10-6，出站喂絲鈣鐵線200 m；TAl＞200×10-6出站220 m；出站TAl控制一般小于100×10-6。每澆次第一爐H08A出站喂鈣鐵線為240 m。

（8）精煉出站軟吹氬時(shí)間大于8 min，確保夾雜物充分上浮。

3.3 連鑄部分

（1）連鑄做好保護(hù)澆注，加強(qiáng)大包保護(hù)套管、中包覆蓋劑和結(jié)晶器保護(hù)渣等工藝的執(zhí)行，確保大包保護(hù)套管吹氬效果。

（2）整體水口雖可以有效防止鋼水二次氧化，但整體式水口最大的缺點(diǎn)就是更換不太方便，應(yīng)急反應(yīng)效率較低；使用二段式水口有利于實(shí)現(xiàn)水口的快速更換，提高連鑄應(yīng)急處理的反應(yīng)速度和有效性，從而提高連澆爐數(shù)，因此在水口結(jié)瘤現(xiàn)象較多時(shí)使用二段式水口是合理的。同時(shí)水口內(nèi)徑由21 mm改為28 mm，口徑的增加可以緩解堵水口帶來的塞棒上漲速率，改善澆鑄狀況，也為后續(xù)處理贏得時(shí)間。

（3）在正常澆鑄澆次，渣線部位的侵蝕是影響連澆爐數(shù)的關(guān)鍵，連鑄在澆鑄過程中做好中間包液面調(diào)整，使渣線不能處于固定位置，以減少對(duì)塞棒的侵蝕。

4 結(jié)論

（1）冶煉H08A時(shí)轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)碳控制在0.04%～0.05%，出鋼溫度1 620～1 660℃，同時(shí)做好脫氧操作確保精煉到站鋼水中a（O）在20×10-6～100×10-6之間，精煉進(jìn)站TAl不大于250×10-6是H08A冶煉穩(wěn)定的前提。

（2）精煉根據(jù)進(jìn)站鋼水脫氧程度情況，選取合適的進(jìn)站喂鋁數(shù)量、造渣劑的使用量及還原劑使用種類，可以有效地提高鋼水的質(zhì)量并改善澆鑄狀況。

（3）精煉工序通過調(diào)整鋼水的Al和Si的含量，最終控制鋼水的脫氧效果，精煉出站成分目標(biāo)值為C：0.04%～0.06%；Si:0.020%～0.030%；TAl：小于0.006 0%，a（O）控制在10×10-6～50×10-6是H08A穩(wěn)定生產(chǎn)的關(guān)鍵。

（4）連鑄過程加強(qiáng)保護(hù)澆注效果，減少鋼水的二次氧化，同時(shí)澆鑄過程中做好中間包液面調(diào)整是提高連拉爐數(shù)的必要手段。

[1]蔡開科，孫彥斌.澆注過程中間包水口堵塞現(xiàn)象[J].連鑄，2007（6）：1-6.

[2]何東穎，吳振剛.H08A鋼連鑄生產(chǎn)中Si含量的控制[J].河北冶金，2000（1）：56.

Process Optimization of H08A Steel Smelting by LD-LF-CC Route at TISCO

GUAN Sheng-jin1and LI Hong-wei2
1)Production and Technology Division,Tianjin Iron and Steel Group Company Limited,Tianjin 300301,China；2)Steel-making Plant,Tianjin Iron and Steel Group Company Limited, Tianjin 300301,China

The H08A steel process of LD-LF-CC route was optimized after previous problems in production were analyzed. Through reasonable control over molten steel oxidability and reduction of total aluminum in molten steel,the difficulties were basically overcome and problems of nozzle clogging and subsurface blowhole eliminated.Production practice shows that the possibilities of nozzle clogging and subsurface blowhole can be effectively controlled and sequence casting heats increased by means of taking following measures:Converter,controlling leaving a(O)within 20×10－6～100×10－6;LF,reasonably choosing reductant and Si-Fe wire feeding operation according to the extent of steel deoxidization,and controlling a(O)around 30× 10－6,total aluminum under 60×10－6and Si 200×10－6～300×10－6when molten steel left;CC,strengthening submerge casting and choosing nozzles with proper internal diameter and material.

LF control;steel clogging;smelting;process;optimization

貫生金（1970—），男，副科長，主要從事煉鋼、精煉技術(shù)方面的研究工作，E-mail:gsjyj999@126.com。

（收稿 2012-05-17 編輯 潘娜）