高 石

（天津市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測技術(shù)研究院檢測技術(shù)研究中心，天津 300232）

生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)含鋁較高鋼種的鋼水可澆性差，出現(xiàn)了結(jié)晶器液面出現(xiàn)巨大波動(dòng)、燒大包水口等，鋁鎮(zhèn)靜鋼加工完成后表面出現(xiàn)缺陷問題，鋼水產(chǎn)出率大幅度降低，直接影響加工進(jìn)度。

針對鋁鎮(zhèn)靜鋼鑄坯生產(chǎn)質(zhì)量問題，即鋼中酸溶鋁[Als]含量大于等于0.006%時(shí)鋼水可澆性變差[1]，本文考慮從多方面入手，采用聯(lián)合控制的方法來提高鑄坯表面和內(nèi)部質(zhì)量。因此，對三個(gè)批次鋁鎮(zhèn)靜鋼生產(chǎn)工藝進(jìn)行試驗(yàn)，通過逐步優(yōu)化生產(chǎn)工藝的方法實(shí)現(xiàn)提高鑄坯質(zhì)量的目的。

1 試驗(yàn)材料及方法

選用工業(yè)常用鋁鎮(zhèn)靜鋼作為試驗(yàn)鋼，依次在三個(gè)批次上進(jìn)行生產(chǎn)工藝調(diào)整試驗(yàn)，生產(chǎn)工藝簡圖如圖1所示。

圖1 生產(chǎn)工藝簡圖

批次A：按常規(guī)工業(yè)生產(chǎn)流程進(jìn)行生產(chǎn)，即轉(zhuǎn)爐→中間包→連鑄機(jī)等；

批次B：在批次A的基礎(chǔ)上控制出爐碳含量、出鋼溫度、吹氬控制、喂Ca-Si線等關(guān)鍵參數(shù)；

批次C：進(jìn)一步優(yōu)化，驗(yàn)證批次B工藝可行性。

生產(chǎn)試驗(yàn)情況：

（1）批次A生產(chǎn)試驗(yàn)

由于含鋁較高鋼種的鋼水可澆性差，首先必須解決在澆注過程中水口絮流問題。生產(chǎn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)及絮流問題如表1所示。

表1 批次A生產(chǎn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)

對試樣進(jìn)行低倍檢驗(yàn)，照片如圖2和3所示，分析結(jié)果如表2所示。

圖2 爐號(hào)3連鑄坯低倍照片

圖3 爐號(hào)4連鑄坯低倍照片

表2 批次A鑄坯低倍檢驗(yàn)結(jié)果

在鋼水澆注過程中，常因水口堵塞而導(dǎo)致澆注中斷或失敗。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道[2，3]，導(dǎo)致鋁鎮(zhèn)靜鋼在澆注過程中發(fā)生水口結(jié)瘤的主要原因?yàn)殇撍醒趸瘖A雜物Al2O3的存在，該夾雜物的特點(diǎn)是高熔點(diǎn)且難熔。因此，要解決水口結(jié)瘤堵塞問題，就要降低鋼中氧含量，從而減少難熔Al2O3夾雜的產(chǎn)生。

通過分析生產(chǎn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)可知，出現(xiàn)生水口結(jié)瘤的部分冶煉爐中的鋼水，鋼碳的產(chǎn)出率不高，存在嚴(yán)重絮水口的部分爐鋼，產(chǎn)出鋼碳占比分別為百分之0.062、百分之0.056。而從鋁的產(chǎn)出情況可以推斷出，5爐、6爐鋼水鋁的產(chǎn)出量不足，尤其是鋁的產(chǎn)出量只達(dá)到百分之4.3、百分之5.84，這也表明轉(zhuǎn)爐爐后鋼的水氧化率超標(biāo)，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)鋼水氧量急劇上升，脫氧合金化后廢物量增加[4]。另外，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)碳含量對鋁鎮(zhèn)靜鋼產(chǎn)出也產(chǎn)生不利影響。加工時(shí)，若鋼水中碳含量低于規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)值，可在一定程度上提升終點(diǎn)氧含量，脫氧產(chǎn)物數(shù)量持續(xù)增長。產(chǎn)出鋁鎮(zhèn)靜鋼過程中，嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)爐。

當(dāng)鋼中鋁含量一定時(shí)，隨著向鋼水中喂入Ca-Si線，鋼中鈣含量增加，鈣將不斷地將鋁從Al2O3夾雜物中置換出來，并沿如下路線Al2O3→CaO·6Al2O3→CaO·2Al2O3→CaO·Al2O3→12CaO·7Al2O3改變夾雜物性質(zhì)，而且熔點(diǎn)不斷降低，形成低熔點(diǎn)的夾雜物，從而避免或減輕水口結(jié)瘤的發(fā)生。

研究批次A生產(chǎn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)，7爐的水口結(jié)瘤現(xiàn)象較為明顯，因Ca-Si線折斷，喂線長度可達(dá)66米，其鋼中鈣鋁比僅為0.02。鋼中鈣鋁比在0.09以上時(shí)，鋼中的Al2O3類夾雜物才能獲得較好的變性。由此可見在生產(chǎn)[Als]高的鋼時(shí)，對鋼水進(jìn)行鈣處理，并保證鋼中一定的鈣鋁比是非常重要的。

（2）批次B生產(chǎn)試驗(yàn)

在對批次A生產(chǎn)工藝總結(jié)的基礎(chǔ)上，又進(jìn)行了批次B生產(chǎn)試驗(yàn)。在控制終點(diǎn)碳含量、終點(diǎn)鋼水溫度、喂Ca-Si線等方面均作出調(diào)整，添加精煉工藝，控制吹氬制度等。加入精煉吹氬的目的在于，使出鋼脫氧時(shí)形成的脫氧產(chǎn)物絕大部分已進(jìn)入渣中，提升鋼水潔凈。生產(chǎn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)及澆注情況，如表3所示，通過調(diào)整工藝，澆注過程順利，沒有出現(xiàn)絮流的現(xiàn)象。

表3 批次B生產(chǎn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)

分別對爐號(hào)3、5、7進(jìn)行了電子顯微鏡檢測分析，結(jié)果見表4。通過電鏡觀察，通過精爐加工后，鋼水中僅有少量雜質(zhì)物質(zhì)，純度較高。從鋼中夾雜物的電鏡數(shù)據(jù)可知，可以觀察到的雜質(zhì)物質(zhì)大小多為10μm左右，其中一部分鋼夾雜物大小不超過3μm。查明喂線前與喂線后雜質(zhì)物質(zhì)中所含鈣鋁情況，完成喂線后夾雜物中鈣鋁含量達(dá)到的要求標(biāo)準(zhǔn)。鋁鎮(zhèn)靜鋼生產(chǎn)完成喂線處理后三氧化二鋁的處理更加徹底，產(chǎn)出一定量的鈣鋁酸鹽。

表4 不同工藝點(diǎn)鋼中夾雜物電鏡分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖4和圖5為爐號(hào)7喂線前后和中包夾雜物形貌及能譜分析結(jié)果，通過對檢測結(jié)果分析可以得到：

圖4 爐號(hào)7（喂線前/LF搬出/中間包）典型夾雜物形貌

圖5 爐號(hào)7（喂線前/LF搬出/中間包）典型夾雜物能譜

對鋁鎮(zhèn)靜鋼生產(chǎn)處理前雜質(zhì)物質(zhì)中鈣鋁含量較少，后期完成鈣處理后，鋼水中鈣鋁含量持續(xù)增加，超過了1.0，由此可以推斷出鋼中所含雜質(zhì)物質(zhì)有低熔點(diǎn)的特點(diǎn)；

對鋼水中的鈣進(jìn)行檢測并喂線后，鈣硫含量發(fā)生變化，CaS是雜質(zhì)物質(zhì)主要存在形式；其中硫與雜質(zhì)物質(zhì)結(jié)合的力度遠(yuǎn)大于鈣與氧的結(jié)合力度，若鋼中的硫含量超過一定數(shù)值，鋼水中的溶解氧降低雜質(zhì)物質(zhì)才能分離出來。

CaS在鋼水中存在的狀態(tài)為固態(tài)，鋼水的澆注強(qiáng)度得到控制。就目前現(xiàn)存的鋁鎮(zhèn)靜鋼生產(chǎn)工藝，需嚴(yán)格控制Ca-Si的數(shù)量，降低CaS摻入量。

（3）批次C生產(chǎn)試驗(yàn)

在總結(jié)前兩個(gè)批次生產(chǎn)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行批次C生產(chǎn)試驗(yàn)。目的在于確實(shí)生產(chǎn)工藝的可靠性和可重復(fù)性。試驗(yàn)證明批次C整個(gè)冶煉生產(chǎn)過程十分順利，未發(fā)生水口絮流，對試樣進(jìn)行低倍檢驗(yàn)，照片如圖6所示，分析結(jié)果如表5所示。軋材性能也達(dá)到了供貨要求，如表6所示。

圖6 批次C連鑄坯低倍照片

表5 批次C鑄坯低倍檢驗(yàn)結(jié)果

表6 批次C力學(xué)性能

2 結(jié)語

（1）采取控制出爐碳含量、出鋼溫度、吹氬控制、喂Ca等合理措施，使鋼水中夾雜物充分脫出并上浮，提升澆注質(zhì)量，最終實(shí)現(xiàn)提高鑄坯質(zhì)量的目的；

（2）提高鋁鎮(zhèn)靜鋼澆注性能，防止中包絮水口發(fā)生，鋼水包喂Ca-Si線進(jìn)行鈣處理十分重要；

（3）喂線時(shí)保證鋼中鈣鋁比在0.10以上，有利于Al2O3夾雜變性和去除。