低硅鋁鎮(zhèn)靜鋼鈣處理工藝優(yōu)化與實(shí)踐

蘇建國

摘 要：不當(dāng)?shù)拟}處理工藝不但起不到凈化鋼液，提高鋼液可澆鑄性的目的，反而會造成嚴(yán)重的水口堵塞?；诖?，本文主要對包鋼稀土鋼板材廠鈣處理工藝過程中的喂絲速度和喂絲量進(jìn)行優(yōu)化。通過試驗(yàn)得出，使用優(yōu)化的喂絲速度和喂絲量，可達(dá)到最佳的鈣處理效果，保證了鋼水的可澆鑄性，并且降低了冶煉成本。

關(guān)鍵詞：鈣處理;喂絲速度;喂絲量;冶煉成本

中圖分類號：TF704.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2018）28-0146-02

Abstract： The improper calcium treatment process can not purify the molten steel and improve the castability of the molten steel， but will cause serious nozzle blockage. Based on this， this paper mainly optimized the wire feeding speed and wire feeding quantity in the calcium treatment process of Baotou Steel Rare Earth Plate Plant. The results showed that the optimum wire feeding speed and wire feeding quantity could achieve the best calcium treatment effect， ensure the casting ability of molten steel， and reduce the smelting cost.

Keywords： calcium treatment;feeding speed; feeding amount;smelting cost

包鋼稀土鋼板材廠配備3套鐵水KR脫硫站，3座240t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，2座雙工位LF精煉站，2套RH真空處理設(shè)備，1套1 650mm雙流板坯連鑄機(jī)，1套2 150雙流板坯連鑄機(jī)，月均產(chǎn)鋼量40萬t，其中，低硅鋁鎮(zhèn)靜鋼生產(chǎn)超過15萬t。生產(chǎn)過程中，鈣處理均使用鐵鈣線。由于冶煉過程鐵水磷含量較高且不穩(wěn)定，導(dǎo)致鋼渣及鋼液過氧化嚴(yán)重，造成爐外精煉過程脫氧困難，夾雜物含量較高，絮鋼情況時有發(fā)生，所以優(yōu)化鈣處理工藝尤為關(guān)鍵。

1 鈣處理的作用

鈣處理的主要目的是將鈣通過絲線的方式喂入鋼液內(nèi)，與高熔點(diǎn)鏈條狀鋼液脫氧產(chǎn)物Al2O3和硫化物夾雜反應(yīng)，生產(chǎn)低熔點(diǎn)球狀鋁酸鹽復(fù)合物。通過鈣處理的軟吹效果使夾雜物上浮并被精煉渣吸附，以提高鋼液潔凈性，并且避免在水口處產(chǎn)生Al2O3瘤狀物而引起水口堵塞，保證澆鑄過程的正常進(jìn)行[1]。

在鈣處理過程中，隨著鈣含量的不斷增加，鋼液中Al2O3不斷被置換為Al，發(fā)生的反應(yīng)為：

圖1為CaO-Al2O3二元相圖。從圖1可以得出，在冶煉溫度下形成的夾雜物類型有：CaO·Al2O3、12CaO·7Al2O3和3CaO·Al2O3。其中12CaO·7Al2O3熔點(diǎn)僅為1 413℃，液態(tài)情況下更容易被排出鋼液中。

2 鈣處理工藝試驗(yàn)及優(yōu)化

2.1 喂絲速度對鈣處理工藝的影響

實(shí)踐證明，喂絲速度與鈣線收得率有明顯的關(guān)系。由于鈣在高溫條件下極容易氣化，通常要求鈣線在鋼包底部熔化，以保證鈣與鋼液充分反應(yīng)而起到夾雜物變性的作用。當(dāng)鈣線進(jìn)入鋼液后，絲線內(nèi)包裹的Ca-Fe粉就開始從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，再從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，C面為包裹Ca-Fe粉的鐵皮熔化、Ca-Fe粉與鋼液接觸的位置，B面為固體Ca-Fe粉上浮過程中變成液態(tài)的位置，A面為液態(tài)Ca-Fe粉上浮途中從液態(tài)變化為氣態(tài)的位置，A面又與鋼液靜壓力有關(guān)[2]。當(dāng)鋼液溫度為1 570～1 610℃時，鈣的飽和蒸氣壓為1.8atm，相當(dāng)于鋼液深度的1.5m。當(dāng)鋼液溫度在1 570～1 610℃時，喂絲速度較慢，會過早地熔化包芯鐵皮，使C面上升，從而縮短Ca在鋼液中的停留時間，降低鈣線的收得率;喂絲速度較快，會使得C面下降，導(dǎo)致Ca在鋼液中停留時間過長，鈣線會從鋼液底部上翹而穿出鋼液表面。

2.2 喂絲速度的優(yōu)化

新鋼包座磚到鋼渣界面的距離為3.1m，用新鋼包測量距離代表鋼液深度的最值。為允許反應(yīng)擴(kuò)散范圍，在鋼包底部估計(jì)了10cm鈣線和鋼包磚的距離，蒸發(fā)深度為3.0m。現(xiàn)階段所使用的鈣線表面包裹的鐵皮較厚，在鋼液溫度下完全熔化鐵皮并使鈣粉裸露的時間約為1.5s，即最佳喂絲速度理論計(jì)算為2m/s。但是，由于鈣線進(jìn)入鋼液的過程中，受到鋼液浮力和絮流的作用，以及鐵皮的軟化效應(yīng)和鈣線喂入較大等原因，需要在理論行程中進(jìn)行補(bǔ)償，試驗(yàn)喂絲速度從2m/s增加到3.5m/s，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

從表1可知，當(dāng)喂絲速度為3m/s時，鈣線的收得率最優(yōu)，即在理論行程中補(bǔ)償1.5m，鈣線收得率最優(yōu)，為7.74%。

2.3 喂絲米數(shù)優(yōu)化

由于鈣在鋼液溫度下的溶解有限，過多地喂入鈣線不但會造成成本浪費(fèi)，而且會影響鋼液的潔凈性。從圖2可知，當(dāng)鈣含量大于形成12CaO·7Al2O3所需的鈣含量時，多余的鈣將繼續(xù)與夾雜物反應(yīng)生產(chǎn)熔點(diǎn)高于12CaO·7Al2O3的變性夾雜物，甚至多余的鈣會生成CaO-CaS復(fù)合型高熔點(diǎn)夾雜物。

表2為對同一爐鋼分階段進(jìn)行鈣處理所獲得的結(jié)果，喂入200m后和喂入400m后獲得的鋼液化學(xué)成分中鈣含量沒有發(fā)生變化。可見，在喂絲過程中，部分鈣線過多地打入鋼液中，而這部分鈣進(jìn)入鋼液后蒸發(fā)，沒有起到改變夾雜物形態(tài)的作用，反而污染了鋼液，造成浪費(fèi)。

2.4 優(yōu)化后的成本分析

為達(dá)到優(yōu)化效果，對于鈣處理前的鋼液，需要完成鋼渣及鋼液脫氧及脫硫，避免喂入鋼液內(nèi)的鈣線被用作脫氧或脫硫劑，從而造成成本的大量浪費(fèi)。表3和表4為優(yōu)化后鈣處理結(jié)果及成本對比。從表格可知，鈣處理后，Alt-Als<20ppm，鈣線收得率為8.95%，并且噸鋼消耗降低1.15～1.75元。

試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場所使用的鈣線質(zhì)量極不穩(wěn)定，部分鈣線出現(xiàn)內(nèi)芯空洞和鐵皮薄厚不均的情況，喂絲過程中出現(xiàn)斷裂或堵絲情況，嚴(yán)重影響鈣線的收得率。

3 結(jié)論

通過稀土鋼板材廠生產(chǎn)低硅鋁鎮(zhèn)靜鋼鈣處理工藝試驗(yàn)，對工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，獲得較潔凈鋼液并降低了生產(chǎn)成本。

①在冶煉溫度下，當(dāng)酸溶鋁含量為0.02%～0.04%時，鋼中的溶解鈣活度在（0.08～0.18）×10-6內(nèi)形成液態(tài)低熔點(diǎn)12CaO·7Al2O3夾雜物。

②為提高鈣處理效率，將喂絲速度優(yōu)化為3m/s，喂絲米數(shù)優(yōu)化為250m，可獲得鈣線收得率為8.96%，高于現(xiàn)行工藝鈣線收得率（4.95%）。

③使用優(yōu)化參數(shù)進(jìn)行鈣處理可提高鋼液潔凈度，并將噸鋼成本從原有的4.7元/t降低到2.95元/t。

參考文獻(xiàn)：

[1]顏根發(fā).鋼包喂線技術(shù)的若干工藝?yán)碚搯栴}[J].鋼鐵，1995（8）：76-79.

[2]張臘清.鋼包喂線技術(shù)及應(yīng)用[J].山西冶金，1995（3）：32-36，39.