影響普碳鋼可澆性因素分析與實踐

張太生 張建奎 楊 杰 霍桂蘭

（安陽鋼鐵股份有限公司）

影響普碳鋼可澆性因素分析與實踐

張太生 張建奎 楊 杰 霍桂蘭

（安陽鋼鐵股份有限公司）

通過對普碳鋼生產過程中煉鋼、連鑄各工序關鍵工藝控制參數的數據分析，找出了影響普碳鋼可澆性的主要因素和臨界點，并針對要因優化制訂了有效的工藝制度，取得了明顯的改進效果，對煉鋼生產具有一定的指導意義。

普碳鋼 可澆性 分析

0 引言

普通碳素結構鋼（以下簡稱“普碳鋼”），由于其氧化性強以及外來夾雜物進入，在澆注過程中經常出現鋼中夾雜物多，影響鋼水質量，甚至影響到連鑄工序的可澆性，造成漏鋼等生產事故。據統計，因普碳鋼可澆性差造成的漏鋼、回爐等生產事故占總事故的66.89%，嚴重影響了工序的生產穩定順行，必須對普碳鋼可澆性差產生的原因進行研究分析，并采取針對性措施加以解決。

1 數據分析說明

1）統計樣本數：13 216爐，共109個澆次。

2）鋼水可澆性主要是以鋼水的流動性和鋼渣多少來衡量，引起鋼水可澆性差的主要原因是脫氧產物在鋼水澆鑄溫度下呈固態，這些固態脫氧產物凝固沉積于水口使孔徑變小，阻礙鋼流順行，嚴重時水口完全堵死，導致斷流。水口結瘤物系網絡狀復合夾雜物與殘鋼的混合物，該復相夾雜物以純Al2O3為主體，其間以RO相進行膠結。對于堵塞機理，認為一是鋼中Als含量較高，保護澆鑄不完善，造成鋁的二次氧化使鋼中析出Al2O3等高熔點夾雜物粘附在水口壁上形成結瘤；二是鋼水中高熔點絮狀物（如Al2O3）等非金屬夾雜物在鋼中來不及上浮，粘附于水口內壁造成結瘤。

3）以澆注正常為可澆性良好和以渣多為可澆性差作為類別對象進行分析，以普碳鋼可澆性差指數（以下簡稱“指數”）為評價參數，分析煉鋼過程各工藝關鍵控制參數對普碳鋼可澆性的影響，目標指數控制在1.0以下。

2 影響因素分析

2.1 出鋼終點碳含量的影響

由碳氧平衡積可知，出鋼終點碳含量越高，鋼中氧含量越低。統計分析得出，出鋼終點碳對普碳鋼可澆性差有影響，其指數隨出鋼終點碳含量的升高而降低，說明在較低的出鋼終點碳時，鋼水脫氧不足鋼中氧含量高，出鋼終點碳每降低0.01%，指數上升高0.145，如圖1所示。

圖1 出鋼終點碳與指數關系

2.2 鋼中Mn／Si的影響

鋼中硅（Si）、錳（Mn）含量控制既影響鋼的機械性能，又影響鋼水的可澆性。當Mn／Si大于3.0，可得到完全液態的脫氧產物，可以改善鋼水的流動性，保證了連鑄順行。鋼中Mn／Si越高鋼渣流動性越好，易于流動排除。統計分析得出，鋼中Mn／Si在2.60以下時，指數隨著鋼中Mn／Si的降低驟然升高，可澆性變差，但大于3.0影響不大，如圖2所示。

圖2 鋼中Mn／Si與指數關系

2.3 吹氬時間的影響

吹氬能夠均勻鋼水成份和溫度，同時促使夾雜物上浮，攪動的鋼水促進了鋼中非金屬夾雜物碰撞長大，上浮的氬氣泡能夠吸收鋼中的氣體，同時粘附懸浮于鋼水中的夾雜物并帶至鋼水表面被渣層所吸收。統計分析得出，鋼水可澆性隨著吹氬時間的延長而有效改善，但超過6 min影響不大，如圖3所示。

圖3 吹氬時間與指數關系

2.4 拉坯速度的影響

對于定徑水口拉速控制工藝，拉坯速度越高意味中間包液面越高，夾雜物在中間罐內停留時間長，容易排除。統計分析得出，當拉坯速度約低于2.90 m／min時，指數迅速升高，可澆性變差，如圖4所示。

圖4 拉坯速度與指數關系

2.5 拉坯速度波動的影響

連鑄機拉坯速度波動越大，說明中間包液面及流場穩定性越差，對夾雜物的排除不利。統計分析得出，指數隨著拉坯速度波動的降低即澆注穩定性的提高而減小，可澆性有所改善，且在負偏差時斜率絕對值大，即下爐拉速突然增加更容易影響普碳鋼的可澆性，如圖5所示。

圖5 拉坯速度波動與指數關系

2.6 澆注溫度的影響

鋼水澆注溫度越高，鋼水黏度越低，流動性越好，有利于夾雜物的上浮，反之不利于排除。統計得出，在澆注溫度較低時（約低于1 532℃），指數明顯升高，正常澆注溫度條件下影響不大，如圖6所示。

圖6 澆注溫度與指數關系

3 普碳鋼生產工藝制度的優化

3.1 冶煉成份控制

根據以上數據的統計分析結果，優化設計普碳鋼冶煉成份及鋼中Mn／Si控制標準，見表1。

表1 普碳鋼冶煉成份及鋼中Mn／Si控制標準

3.2 冶煉終點控制

為控制終點鋼中氧含量，控制出鋼終點碳≥0.08%，當出鋼終點碳每降低0.01%脫氧劑補加量增加0.17 kg／t。同時為滿足連鑄澆注溫度要求，控制轉爐終點出鋼溫度為1 635℃～1 665℃。

3.3 吹氬時間控制

吹氬時間應控制在3.0 min～6.0 min，保證吹氬效果，促進鋼中夾雜物上浮，凈化鋼液。

3.4 連鑄澆注工藝控制

為發揮連鑄中間包冶金工藝功能，中間包液面控制必須大于600 mm， 最低液面不低于450 mm，連鑄機拉坯速度≥3.2 m／min，爐與爐拉速波動控制在±0.2 m／min，澆注溫度控制在1 530℃～1 550℃。

4 應用效果

通過對普碳鋼生產過程中關鍵工藝控制參數的優化，普碳鋼可澆性得到了很好的改善。其中，Mn／Si不合比率由優化前的0.66%降低到0.32%，轉爐出鋼終點碳由優化前的0.072%提高到0.086%。澆注過程的穩定性明顯提高，合格率由優化前的88.71%提高到96.17%，平均拉坯速度由3.27 m／min提高到3.56 m／min。漏鋼事故率由0.51%降低到0.01%，事故回爐率由0.09%降低到0.00%。其運行效果見表2。

表2 普碳鋼生產事故統計對比

5 結語

1）通過優化普碳鋼生產過程關鍵工藝控制參數，普碳鋼可澆性得到了很好的改善，漏鋼事故率和生產事故回爐率大幅降低。

2）統計分析得出，出鋼終點碳對普碳鋼可澆性差有影響，指數隨出鋼終點碳含量的升高而降低，說明在較低的出鋼終點碳時，鋼水脫氧不足鋼中氧含量高。

3）鋼中Mn／Si和拉坯速度對普碳鋼可澆性影響較大，當鋼中Mn／Si在2.60以下時或拉坯速度低于2.90 m／min時，指數隨著鋼中Mn／Si和拉坯速度的降低驟然升高。

4）鋼水可澆性隨著吹氬時間的延長而有效改善，但超過6 min影響不大，吹氬時間應控制在3.0 min～6.0 min。

5）拉坯速度波動在低于－0.20 m／min或大于0.20 m／min，對指數有影響，且負偏差時斜率絕對值更大即影響更大。

6）鋼水澆注溫度只有在低于1 532℃時，指數才明顯增加，正常澆注溫度影響不大。

［1］ 孫毅杰，劉曉峰，高祝兵，等.鋼水可澆性引起連鑄機非計劃斷澆原因分析［J］.四川冶金，2010，32（6）：38－42.

［2］ 茅洪樣，胡東艷.連鑄過程中水口堵塞機理及其預防對策［J］.武漢科技大學學報（自然科學版），2000，23（2）：1117.

ANALYSIS AND PRACTICE OF INFLUENCING FACTORS OF GENERAL CARBON STEEL CASTING

Zhang Taisheng Zhang Jiankui Yang Jie Huo Guilan
（Anyang Iron and Steel Stock Co.， Ltd.）

Through the data analysis of key process control parameters in each procedure of steel－making and continu?ous casting process during carbon steel production，the main factors and critical points affecting the casting property of plain carbon steel are found out，and the effective technological system is formulated according to the optimization.The obvious improvement effect is obtained， which has certain guiding significance for steel－making production.

carbon－steel casting analysis

2017—3—25