付有彭，張李鵬，張忠福，王 哲，孫海坤

（日照鋼鐵控股集團(tuán)有限公司，山東日照276800）

1 前 言

某鋼廠生產(chǎn)低碳低硅鋁鎮(zhèn)靜鋼，開(kāi)澆爐次的工藝流程為：頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐—LF—薄板坯連鑄機(jī)。原料為廢鋼和鐵水，轉(zhuǎn)爐吹煉結(jié)束及LF精煉過(guò)程采用Al脫氧，LF精煉處理完畢經(jīng)過(guò)軟吹后到連鑄機(jī)澆鑄，中間包過(guò)熱度控制在25～35 ℃，拉速逐步提升最高5.2 m/min。澆次開(kāi)澆階段，受鋼水純凈度、鋼水溫度、二次氧化等影響，大量夾雜物聚集在連鑄水口或塞棒位置，造成棒位急劇上升。隨著澆鑄進(jìn)行，附著在水口或塞棒的夾雜物被沖刷至結(jié)晶器，導(dǎo)致棒位急劇下降，形成沖棒現(xiàn)象，影響生產(chǎn)穩(wěn)定性，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成漏鋼。為此，對(duì)影響因素進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，從精煉過(guò)程管控、鈣處理工藝、保護(hù)澆鑄等方面采取措施，開(kāi)澆絮流現(xiàn)象得到有效控制，攻關(guān)效果顯著。

2 絮流原因分析

低碳低硅鋁鎮(zhèn)靜鋼的成分控制見(jiàn)表1。

表1 低碳低硅鋁鎮(zhèn)靜鋼成分 %

2.1 鋼水溫度

開(kāi)澆階段鋼水溫度主要受制于精煉出鋼溫度及中包烘烤溫度。若精煉出站溫度過(guò)低或中包烘烤溫度低，開(kāi)澆后鋼液進(jìn)入中包，由于中包吸熱多，造成鋼液溫度降低，流動(dòng)性變差，鋼液粘結(jié)塞棒。開(kāi)澆爐次鋼水溫度較連澆爐次溫度高，會(huì)增加鋼水的吸氧量，加重鋼水的二次氧化。澆鑄過(guò)程隨著溫度的下降，鋼水溶解氧的能力降低，被析出的氧與鋼中鋁反應(yīng)將產(chǎn)生新的Al2O3夾雜物。隨著溫度較高的鋼水不斷流入中包，中包內(nèi)鋼水溫度升高，塞棒粘結(jié)物被沖掉，造成沖棒現(xiàn)象。生產(chǎn)中，引入了開(kāi)澆第一槍溫度的概念，測(cè)溫時(shí)間為大包開(kāi)澆后，中包噸位為20 t時(shí)進(jìn)行測(cè)溫，此溫度能較好地反應(yīng)鋼水及中包溫度的共同影響。通過(guò)對(duì)近期低碳低硅鋁鎮(zhèn)靜鋼開(kāi)澆數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)中包第一槍溫度＞1 558 ℃時(shí)，開(kāi)澆鋼水絮流比例為17%；而當(dāng)溫度低于此溫度時(shí)，絮流比例為30%。最高棒位較基準(zhǔn)棒位的上漲幅度分布見(jiàn)圖1，當(dāng)溫度≤1 558 ℃時(shí)，最高棒位較基準(zhǔn)棒位的差值更大。由此可見(jiàn)，開(kāi)澆階段中包鋼水溫度是影響開(kāi)澆絮流的因素之一。

圖1 不同溫度區(qū)間棒位差值分布

2.2 鋼水可澆性

2.2.1 精煉過(guò)程控制

低碳低硅鋁鎮(zhèn)靜鋼轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)及精煉過(guò)程均采用鋁制品進(jìn)行脫氧，鋁脫氧后在鋼中形成了大量的脫氧產(chǎn)物—Al2O3夾雜，Al2O3的熔點(diǎn)高達(dá)2 052 ℃，在鋼液中以固態(tài)形式存在，呈群簇狀、塊狀等。在吹氬攪拌過(guò)程中，尺寸較大的簇狀A(yù)l2O3夾雜很快從鋼液中上浮去除，而30 μm以下的簇狀A(yù)l2O3夾雜以及小尺寸的塊狀A(yù)l2O3則容易滯留在鋼液中，影響鋼水的可澆性。精煉結(jié)束通過(guò)Ca 處理工藝，可將Al2O3夾雜變形為鈣鋁酸鹽，CaO 和Al2O3能夠生成 5 種鋁酸鈣化合物，即 CaO·Al2O3，CaO·2Al2O3，CaO·Al2O3，12CaO·7Al2O3，3CaO·Al2O3。當(dāng)夾雜物中CaO 含量逐步提高，夾雜物出現(xiàn)Al2O3→CaO·6Al2O3→CaO·2Al2O3→CaO·Al2O3→12CaO·7Al2O3→3CaO·Al2O3→CaO 的轉(zhuǎn)變，其中12CaO·7Al2O3的熔點(diǎn)（1 455 ℃）最低，因此鈣處理的最佳效果是將鋼中的Al2O3夾雜物變形為低熔點(diǎn)的12CaO·7Al2O3。當(dāng)鈣處理不當(dāng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生高熔點(diǎn)的夾雜物，影響鋼水可澆性，導(dǎo)致開(kāi)澆絮流。夾雜物的去除方面，合適的爐渣堿度和流動(dòng)性可以增強(qiáng)爐渣對(duì)夾雜物的吸收能力，從熱力學(xué)計(jì)算可以看出，當(dāng)渣中w（CaO）/w（Al2O3）=1.5～2 時(shí)，渣的a（CaO）較高，爐渣對(duì)Al2O3夾雜的吸收和去除有利。故精煉過(guò)程對(duì)可澆性的影響有爐渣性質(zhì)、鈣處理及軟吹工藝等。

2.2.2 二次氧化

除脫氧過(guò)程中生成的內(nèi)外生夾雜外，在澆鑄過(guò)程中，鋼水因二次氧化會(huì)產(chǎn)生部分外來(lái)夾雜。第一爐鋼水開(kāi)澆時(shí)，中間包充滿了空氣，高溫鋼水與空氣接觸，發(fā)生嚴(yán)重的二次氧化，產(chǎn)生大量氧化物夾雜。通過(guò)統(tǒng)計(jì)，開(kāi)澆爐次較連澆爐次的Al、Ca 多氧化0.001%左右，Si多氧化0.003%左右。故開(kāi)澆階段存在嚴(yán)重的二次氧化也是影響開(kāi)澆絮流的原因。

2.3 鋼水成分

通過(guò)對(duì)開(kāi)澆爐次成分進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，開(kāi)澆爐次鋼水上臺(tái)Ca 與上漲棒位存在負(fù)相關(guān)。即上臺(tái)Ca 越低，則上漲棒位越高，這主要受Ca 處理對(duì)夾雜物的變性效果影響。通過(guò)對(duì)其他成分的分析，硅也與棒位上漲存在一定的對(duì)應(yīng)性。熱力學(xué)計(jì)算如下：

該反應(yīng)在開(kāi)澆溫度下可自發(fā)地逆向進(jìn)行，證明開(kāi)澆階段會(huì)存在Si的氧化。當(dāng)鋼中Si含量較高時(shí)，會(huì)有更多的Si 被氧化，則同等氧含量情況下，會(huì)有更少的Al 被氧化，產(chǎn)生的Al2O3夾雜更少。故開(kāi)澆鋼水Ca、Si等成分也是影響開(kāi)澆絮流的因素之一。

實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，精煉過(guò)程送電次數(shù)、白渣保持時(shí)間等因素也是影響開(kāi)澆絮流的因素。

3 控制措施

3.1 開(kāi)澆溫度

為保證鋼水溫度穩(wěn)定性，開(kāi)澆爐次禁止使用新修鋼包或空停時(shí)間較長(zhǎng)的鋼包，冶煉過(guò)程充分大攪，以保證鋼包充分吸熱。中包烘烤溫度≮1 200 ℃，保證開(kāi)澆第一槍溫度≥1 558 ℃。

3.2 精煉控制

精煉過(guò)程保證鋼包氬氣系統(tǒng)正常，保證冶煉過(guò)程的動(dòng)力學(xué)條件。通過(guò)調(diào)整造渣料加入時(shí)機(jī)及加入量，保證盡早造好還原，且白渣保持時(shí)間≥15 min，終點(diǎn)渣況（TFe＋MnO）＞1.0%。為了減少冶煉過(guò)程吸氧，結(jié)合目前精煉鋼水溫度低的特點(diǎn)，要求精煉過(guò)程送電次數(shù)≤4次。

3.3 軟吹及鈣處理

因?yàn)殚_(kāi)澆階段存在嚴(yán)重的二次氧化，故規(guī)定開(kāi)澆爐次采用過(guò)鈣處理，要求出站Ca含量≥0.002 6%。通過(guò)增加鋼水的Ca含量控制二次氧化所形成的夾雜物盡可能地保持在液相區(qū)域，以減小附著水口的風(fēng)險(xiǎn)。鈣處理前后均進(jìn)行鋼水軟吹，軟吹時(shí)間控制在8～15 min，既使夾雜物可以充分變性并上浮，避免了時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致二次氧化。另外，軟吹時(shí)避免鋼水直接裸露，鋼液面波動(dòng)即可，以減少與空氣接觸形成的二次氧化。

3.4 開(kāi)澆保護(hù)澆鑄

中包開(kāi)澆前在沖擊區(qū)進(jìn)行氬氣置換，向中間包內(nèi)吹入氬氣，利用氬氣將中間包內(nèi)空氣置換出來(lái)，并形成微正壓，以減少鋼水直接接觸空氣風(fēng)險(xiǎn)。并通過(guò)對(duì)氬氣置換管路的優(yōu)化，保證開(kāi)澆前期氬氣一直覆蓋于鋼水表面。規(guī)定了開(kāi)澆階段覆蓋劑的加入時(shí)機(jī)與加入量，使覆蓋劑盡快融化并盡早覆蓋鋼水表面。此外，中間包測(cè)溫孔、塞棒孔等位置均用石棉覆蓋以起到隔絕空氣的效果。

4 應(yīng)用效果

采取上述方案后，開(kāi)澆鋼水溫度得到明顯改善，精煉過(guò)程爐渣控制、夾雜物去除等穩(wěn)定可控，開(kāi)澆過(guò)程二次氧化有效降低。低碳低硅鋁鎮(zhèn)靜鋼開(kāi)澆絮流比例明顯降低，由20%降至10%，開(kāi)澆階段最高棒位降低3 mm，開(kāi)澆沖棒現(xiàn)象明顯減少。