孫利斌，卜志勝，狄明軍，張立峰

（1.新疆八一鋼鐵股份有限公司;2北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院）

1 前言

中間包作為鋼液凝固前的最后一個(gè)鋼液容器，其對鋼潔凈度有重要影響：一方面可能產(chǎn)生二次氧化而惡化鋼液潔凈度；另一方面通過發(fā)揮中間包冶金作用能夠一定程度上促進(jìn)夾雜物上浮并吸附夾雜物從而提高鋼液潔凈度[1]。中間包氣幕擋墻作為中間包冶金的一個(gè)手段，一方面能夠吸附夾雜物，另一方面能夠改善中間包內(nèi)鋼液流場，促進(jìn)鋼液溫度的均勻化和覆蓋劑對夾雜物的吸附[2]。為了進(jìn)一步發(fā)掘中間包冶金功能，八鋼煉鋼開展了中間包氣幕擋墻研究，以期取得良好的鋼液潔凈化效果。

2 工業(yè)試驗(yàn)條件

2.1 氣幕擋墻的設(shè)置方式

研究主要采用中間包氣幕擋墻，針對鑄坯T.O.和[N]含量及夾雜物變化進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，氣幕擋墻的設(shè)置方式如圖1所示。

圖1 氣幕擋墻的設(shè)置方式

2.2 工業(yè)試驗(yàn)取樣方法

取樣進(jìn)行中間包氣幕擋墻使用效果分析，取樣爐次的制造命令號(hào)為2524739，包括大包開澆5 min、15 min和30 min的中間包入口鋼樣、出口鋼樣、入口渣樣、出口渣樣，以及RH出站鋼樣。具體取樣記錄如圖2所示。

圖2 中間包氣幕擋墻試驗(yàn)取樣記錄

通過比較渣成分、鋼中氧氮含量、鋼成分以及夾雜物數(shù)量、成分、熔點(diǎn)等信息，對中間包氣幕擋墻使用效果進(jìn)行了分析。

3 工業(yè)試驗(yàn)

3.1 T.O.和[N]含量變化

采用氣幕擋墻爐次澆注過程中間包鋼水T.O和N含量變化如圖3所示。可見從RH出站到中間包澆注過程，鋼中T.O和N含量變化都不大，分別穩(wěn)定在15×10-6和34×10-6。雖然澆注前期中間包出口試樣中T.O含量有所增加，但也都在1×10-6～3×10-6波動(dòng)。且在澆注中后期，中間包出口鋼液T.O含量相較于入口有近1×10-6的降低。采用氣幕擋墻后，雖然中間包鋼水中T.O含量未如預(yù)期的因?yàn)閵A雜物上浮去除而明顯降低，但是從N含量變化看，采用氣幕擋墻能夠有效減少鋼水吸氮量。N含量穩(wěn)定可能有兩個(gè)原因：一是由于氣幕擋墻采用的是Ar氣，當(dāng)從鋼中逸出后會(huì)在中間包渣面鋪開，并逐漸充滿整個(gè)空間，相當(dāng)于對中間包進(jìn)行了充氬保護(hù)，而且由于是從內(nèi)往外充，保護(hù)效果可能比正常的中間包充氬保護(hù)效果更好；二是Ar氣中N2分壓很小，在鋼液內(nèi)，相對于N2來說，每個(gè)Ar氣泡都相當(dāng)于一個(gè)真空環(huán)境，因此一定程度上有利于鋼中[N]根據(jù)反應(yīng)[N]=1/2{N2}而析出去除。

圖3 氣幕擋墻爐次澆注過程中間包鋼水T.O和N含量變化

此外，對使用氣幕擋墻爐次中間包鋼水T.O和N含量變化同第二階段4個(gè)取樣爐次進(jìn)行了對比，如圖4所示。對于正常爐次，除第2爐外，從RH出站到中間包澆注中期，鋼中T.O含量都有所降低。第2爐T.O升高的原因可能與未采用中間包吹氬保護(hù)有關(guān)。氣幕擋墻爐次中T.O含量從RH出站到中間包基本保持穩(wěn)定。

取樣未使用中間包氣幕擋墻爐次，從RH出站到中間包澆注中期鋼中N含量都有所增加，尤其是未采用中間包氬氣保護(hù)的第2爐，N含量急劇增加（增氮20×10-6）。而采用中間包氣幕擋墻的爐次從RH到中間包鋼水中[N]含量幾乎不變（34×10-6），且澆鑄過程中間包出口鋼水中N含量還略有降低（35×10-6→33×10-6）。通過對比再次說明采用中間包氣幕擋墻能夠有效減少甚至避免中間包過程的鋼液增氮。

圖4 氣幕擋墻爐次與第二階段取樣爐次中間包鋼水T.O和N含量對比

3.2 夾雜物分析

3.2.1 夾雜物數(shù)量及尺寸

圖5所示為使用氣幕擋墻爐次澆注過程中間包鋼水夾雜物數(shù)密度和面積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間的變化，其中每個(gè)時(shí)間點(diǎn)分別顯示了中間包入口和出口的情況。澆注過程中間包中夾雜物含量與T.O含量的變化趨勢基本一致，但在澆注5min時(shí)中間包出口試樣中夾雜物數(shù)量密度和面積分?jǐn)?shù)都明顯高于其他時(shí)刻。這與T.O含量略高的情況稍有出入。從夾雜物面積分?jǐn)?shù)看，除了澆注5min中間包出口試樣，從RH出站到中間包澆注過程，夾雜物含量隨稍有波動(dòng)，但整體上平穩(wěn)。除特殊點(diǎn)外，澆注過程中間包鋼水中夾雜物數(shù)量密度約在4個(gè)/mm2波動(dòng)，面積分?jǐn)?shù)在50×10-6波動(dòng)。

圖5 澆注過程中間包鋼水夾雜物數(shù)密度和面積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間的變化

圖6所示為澆注過程中間包鋼水中夾雜物尺寸分布變化?？梢钥吹綕沧⑦^程中間包鋼水中10μm以上夾雜物所占比例相比于RH出站時(shí)更小，可能在連鑄座包鎮(zhèn)靜過程中大尺寸夾雜物有一定的上浮去除。而在整個(gè)澆注過程中，在澆注前期大尺寸夾雜物所占比例最大，澆注末期次之，澆注中期最小。由圖6還可見，中間包出口處夾雜物5μm以上夾雜物所占比例要大于中間包入口處，說明在中間包中夾雜物發(fā)生了一定的聚合長大。

圖6 澆注過程中間包鋼水中夾雜物尺寸分布隨時(shí)間的變化

3.2.2 夾雜物成分

圖7所示為澆注過程中間包鋼水夾雜物中各組分平均值隨澆注時(shí)間的變化?？梢娭虚g包出口樣夾雜物中CaO和Al2O3含量低于對應(yīng)入口樣，而夾雜物中的SiO2和MnO含量卻高于對應(yīng)入口樣。在出口樣中隨澆注時(shí)間的增加，夾雜物中CaO和Al2O3含量增加，而（SiO2+MnO）含量降低。夾雜物中的SiO2和MnO組分一般是生成于二次氧化過程，由此說明在精煉初期存在一定的氧化。

圖7 澆注過程中間包夾雜物中各成分含量隨時(shí)間的變化

圖8為澆注過程中間包鋼水中夾雜物C/A隨澆注時(shí)間的變化?？梢娫跐沧⑦^程中間包鋼液中夾雜物位于CA～C12A7之間且接近C12A7，且中間包出口處夾雜物中C/A要略低于中間包入口。

圖8 澆注過程中間包入口和出口夾雜物CaO/Al2O3隨澆注時(shí)間的變化

4 結(jié)論

通過現(xiàn)場取樣，從中間包覆蓋劑成分、鋼中全氧和氮含量以及夾雜物數(shù)量、成分方面對中間包氣幕擋墻使用效果進(jìn)行了分析，得出如下結(jié)論。

（1）采用氣幕擋墻后，從RH出站到中間包澆注過程，鋼中T.O和N含量變化都不大，分別穩(wěn)定在15×10-6和34×10-6。采用中間包氣幕擋墻能夠有效減少甚至避免中間包過程的鋼液增氮。

（2）從RH出站到中間包澆注過程，夾雜物含量隨稍有波動(dòng)，但整體上平穩(wěn)。除個(gè)別點(diǎn)外，夾雜物數(shù)量密度在4個(gè)/mm2，面積分?jǐn)?shù)在50×10-6波動(dòng)。

（3）從RH精煉出站到中間包澆注的整個(gè)過程中夾雜物平均成分都變化不大。

綜上所述，采用中間包氣幕擋墻，能夠有效減少澆鑄過程空氣對中間包鋼水的二次氧化，從而保持鋼中T.O、N以及夾雜物行為的穩(wěn)定。