T S 06鋼連鑄水口堵塞的機理分析及改善措施

秦建宇，宋亞楠

（天津鋼鐵集團有限公司煉鋼廠，天津300301）

1 引言

TS06鋼是天津鋼鐵集團有限公司煉鋼廠（以下簡稱天鋼）的重要產品品種之一。它是用于生產鍍鋅鋼絲的合金拉絲鋼，其要求鋼的純凈度高、夾雜物少，性能穩定。天鋼煉鋼廠通過轉爐→LF精煉+吹氬喂線→方圓坯連鑄的工藝路徑來生產TS06鋼，在產品質量和生產效率上與傳統工藝相比都有了很大提高。然而，TS06鋼在連鑄過程中總是會出現水口堵塞的問題，這些問題打亂了整個生產流程，使設備的利用率、生產的效率大大降低，并且增加了冶煉成本。在連鑄過程中堵塞在水口中的物質還可能剝離水口內壁，使非金屬氧化物等進入鋼水，在鋼中形成大型夾雜，影響鋼坯的質量。為此，本文對TS06冶煉鋼水的夾雜物、水口堵塞的機理和特征進行了詳細的分析，并提出了一些改善措施。

2 T S 06鋼的介紹及水口堵塞物的形成

2.1 TS06成分標準及冶煉工藝

TS06屬于低碳低硅鋼（成分標準見表1），用于生產鐵絲等五金制品，其成品具有拉拔性能好、伸長率高、抗拉強度低的特點，天鋼對其成品的內控要求是C≤0.06%，Si≤0.05%。

表1 T S 06拉絲鋼成分判定標準 /%

天鋼在冶煉TS06鋼時，通過在轉爐出鋼過程中向爐后鋼包中加入鋁錳鐵和硅鋁鋇合金來進行脫氧，用低碳錳鐵或中碳錳鐵進行合金化，出鋼碳含量控制在0.05%左右，并嚴格控制下渣量。在精煉過程中用碳化硅、電石和硅鐵粉進行深脫氧。用六機六流弧形方圓坯連鑄機生產鑄坯，結晶器內液面設定值為70%，由塞棒箱自動控制塞棒開啟度，保持澆注液面高度穩定。塞棒開啟度設有上、下限，超出時自動關閉，液面急速降低時自動關閉。

2.2 水口堵塞物及其成因

TS06鋼水氧化性強，轉爐和精煉控制難度較大，鋼水流動性差，鋼水容易被二次氧化而形成鋼中夾雜，所以如果鋼水脫氧過度，很容易造成連鑄水口堵塞和連鑄斷澆。

天鋼在生產TS06鋼的過程中，連鑄非正常計劃停澆的澆次很多，其原因也多種多樣，其中水口堵塞引起的占大多數。如表2所示，在某一個月內28個非計劃停澆的澆次中，因水口堵塞而停澆的爐次有18個，占了停澆爐次的64.3%。在這樣的生產情況下，直接導致了品種鋼質量的提高、生產的穩定和成本的降低。

表2 某月非計劃停澆原因與爐數

水口堵塞出現的現象如圖1所示。從圖1中可以看出，水口內壁布滿了堵塞物，并且還有顆粒狀的金屬凝結物出現。水口結瘤物結構疏松，大部分是金屬凝結后聚集在水口內壁的物質。

圖1 水口堵塞實物圖

以下通過實踐和數據分析，來總結水口堵塞的成因（水口易堵塞位置見圖2），以便對其改進的措施提供理論依據。

2.2.1 鋼水氧化物凝結

表3中的數據是從水口中取下的堵塞物化驗出來的主要成分。由表3可以看出，堵塞物主要是Al2O3和CaO的化合物。

表3 水口堵塞物成分

圖2 水口易堵塞敏感區域

天鋼冶煉TS06鋼在精煉出站過程中向鋼水中喂硅鈣線，然后將鋼水保持充分的鎮靜時間，讓前期反應生成的Al2O3上浮。如果硅鈣線喂入量不足，對鋼水進行Ca處理不充分，使殘留在鋼水中的Al2O3上浮不完全，很容易產生CaO·6Al2O3或CaO·Al2O3等高熔點的物質，導致水口堵塞。

圖3為電鏡下的Al2O3夾雜。

圖3 電鏡下A l2O3形貌

鋼水的二次氧化也會產生氧化物Al2O3。而鋼水的二次氧化主要是由于鋼水在精煉出站前氬氣流通量過大導致鋼水表面裸露、鋼水從鋼包水口流出到中間包過程中注流卷入空氣、大包保護套管處產生負壓吸氧等原因所致。鋼水接觸到空氣吸入O2后，鋼水中的酸溶鋁[Als]降低，T[O]增加，使固態的Al2O3夾雜物或含有Al2O3的高熔點復合夾雜物產生并聚集。而Al2O3與鋼水潤濕角為140°，界面張力較大，鋼水中的Al2O3夾雜物相互群聚易粘附于水口內壁上，在鋼液的流動過程中形成結瘤。所以水口堵塞的沉積物主要是含有Al2O3的凝鋼，其來源主要是鋼水中懸浮的Al2O3、夾雜物向水口壁的傳遞并在水口壁上的粘附的物質。

2.2.2 鋼水溫度低

造成連鑄水口結瘤的另一個原因是鋼液的凝結。這種情況下水口堵塞的主要原因就是澆注過程中鋼水的溫度過低。雖然鋼包和水口都經過預熱，但與鋼液相比，它們的溫度仍然很低。此外，水口磚的上口與冷空氣接觸的下口之間有一溫度梯度，鋼液進入水口后溫度急劇下降，致使Al2O3析出，析出的固態氧化物附著到水口內壁，水口內徑變小，鋼液流量下降，鋼液在水口內停留時間延長，隨著沉積物累積，直到水口完全堵死。天鋼對TS06鋼的中間包溫度規定為（1560±10）℃；精煉出站溫度規定為第一爐（1615±5）℃，連澆爐（ 1595±5）℃，并且連鑄機每減少一流，鋼水溫度允許提高5℃。如果期間鋼水溫度過低，勢必會使鋼水的流動性變差，也會使高熔點氧化物（如MnO·和 Al2O3等） 和析出物的混合體粘附在水口內壁，導致水口堵塞。

鋼水溫度過低的原因主要有：

（1）鋼包或中間包烘烤時間不足或包況差，導致連鑄開澆后溫降大。

（2）澆注時鋼包未加包蓋或包蓋蓋住不完全，導致鋼水在澆注過程中溫降變大。

（3）未控制好生產節奏，出鋼時間晚或者處理鋼水的時間短，吹Ar的時間不足。圖4為實際生產中冶煉TS06鋼時吹Ar時間與中間包溫降的關系。從圖4中可看出，吹氬的時間對鋼包內的鋼水溫度均勻性影響很大，吹氬時間在低于10 min以內的，鋼包內部的鋼水存在著很大的溫度梯度，吹氬時間越長，中間包溫度散差越小。

圖4 吹氬時間與中間包溫降的關系

3 改善T S 06鋼連鑄水口堵塞的措施

綜上所述，水口結瘤堵塞是由一種或多種原因造成的，但均與Al2O3粘附在水口內壁有關。以下通過在冶煉和澆注TS06鋼的過程中對轉爐、精煉、連鑄工藝的優化來改善冶煉TS06鋼時水口堵塞的問題。

3.1 轉爐工序采取的措施

轉爐要做好終點碳和終點溫度的控制，并嚴格控制下渣。控制好鋼水到精煉的氧含量、Al含量及溫度。期間鋼水控制的目標為到精煉的氧要在100×10-6以下， 到精煉初期的 Al含量在 50×10-6～250×10-6之間，轉爐出完鋼在吹氬站的溫度控制在1580℃以上，終點碳目標控制在0.04～0.05之間，嚴格控制下渣量，下渣量渣層厚不能超過50 mm。

具體操作措施：采用拉碳補吹方法，在一次倒爐碳含量在0.08%～0.12%之間進行提槍測溫取樣，根據倒爐溫度及成分情況確定補吹方案并進行合理調整，控制辦法如下：

（1）終點C＜0.03%倒爐出鋼，脫氧劑加入量為500 kg鋁錳鐵，鋼芯鋁采用爐后補加，補加量控制在100 kg左右。

（2）終點碳0.03%～0.04%之間倒爐出鋼，或終點碳在0.04%～0.05%兩次或多次倒爐出鋼的爐次，指導性脫氧劑加入量為500 kg鋁錳鐵，爐后鋼芯鋁補加量為 60～80 kg。

（3）終點碳0.04%～0.05%之間倒爐出鋼，脫氧劑加入量為500 kg鋁錳鐵，鋼芯鋁采用爐后補加，加入量控制在40～50 kg左右。

正常情況下，轉爐終點溫度控制范圍為1630～1660℃之間。出鋼完成后，必須進行吹氬操作，吹氬時間不得小于4 min，吹氬過程觀察鋼水及熔渣翻動情況，進行脫氧判斷。轉爐要與精煉及時溝通，根據精煉進站氧和鋁的含量進行適當調整脫氧劑用量。出鋼過程中如果出現下渣過多失誤的情況，要及時在渣面補加鋁粉或鋼芯鋁，并通知精煉做好處理準備。

3.2 精煉工序采取的措施

精煉根據到站鋼水情況將脫氧和造渣的任務提前完成，并保持好爐渣氣氛和適當的粘度，控制好軟吹以減少后期吸氧。精煉出站成分的目標值為C：0.05%～0.06%；Si：0.025%～0.04%；TAl:≤0.0060%；氧控制不超過 30×10-6；Al含量小于 60×10-6。

具體操作措施：鋼水進精煉后打開氬氣旁通閥（流量≥500 NL/min），吹氬2 min，然后調節氬氣流量100 NL/min穩定1 min后再進行定氧、取樣，然后結合定氧情況進行還原操作，具體辦法如下：

（1）給電前溫度＞1550℃時，首批料加入后給電超過2 min后進行第一批還原操作；溫度＜1550℃時，首批料加入后給電5 min后進行第一批還原操作。第一次給電結束時，石灰加入量應控制在700～1000 kg左右。

（ 2）a（ O）＜10×10-6，爐次還原以電石和碳化硅為主，適當使用硅鐵粉；10×10-6＜a（ O）＜30×10-6，適當使用鋁粉還原，首批加入量控在10～15袋左右；a（O）＞30×10-6（已經喂鋁控氧）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。

3.3 連鑄工序采取的措施

（1）連鑄嚴格做好全程保護工作，防止鋼水二次氧化。TS06屬低碳低硅鋼種，澆鋼過程極易吸氧，必須做好保護工作，包括大包套管的氬封、每爐及時更換密封墊、中包覆蓋劑及時加入等，防止鋼水吸氧。

（2）中包烘烤以2.5～3 h為宜，中包溫度控制不宜過高，不應超過1570℃。

（3）在允許的范圍內，調整中包重量錯渣線，減輕塞棒渣線的侵蝕。

（4）大包嚴控下渣，中包勤排渣，根據情況3爐中包排一次渣。

4 總結

天鋼煉鋼廠通過4月份對TS06低碳低硅鋼冶煉工藝進行優化后，生產情況得到了很大的改善。工藝優化以后，水口堵塞的現象明顯減少，使連鑄連澆爐數有了很大的提升（見圖5），連澆爐數從原來的每澆次11爐左右提升到了目前每澆次平均14爐多，極大地提高了生產效率，而且也減少了因水口內絮流而造成的廢品量，有效地降低了生產成本。

圖5 T S 06每個澆次平均爐數

結果表明，通過控制轉爐終點碳、終點溫度、到精煉的氧含量、鋁含量、溫度和下渣量；精煉爐內的還原氣氛、熔渣粘度和吹氬強度；對連鑄全過程進行保護澆注避免澆鋼過程吸氧等措施，對于TS06鋼的順利生產起到了很大的積極作用。

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