酸溶鋁在鋼中行為的研究

曹瑩瑩

（河鋼集團(tuán)宣鋼公司二鋼軋廠， 河北 宣化 075100）

河鋼集團(tuán)宣鋼公司（以下簡(jiǎn)稱公司）前期生產(chǎn)出的圓鋼產(chǎn)品雖然占據(jù)了一定的市場(chǎng)份額，但都比較低端，且客戶在深加工過程中反映產(chǎn)品存在均質(zhì)性、穩(wěn)定性較差的情況，影響產(chǎn)品的進(jìn)一步深加工。針對(duì)圓鋼產(chǎn)品的市場(chǎng)反饋情況，公司技術(shù)人員開展質(zhì)量攻關(guān)，以確保圓鋼鋁控穩(wěn)定性[1，2]為切入點(diǎn)，分析了45號(hào)圓鋼冶煉過程中各工序鋼液中酸溶鋁含量的變化規(guī)律，得出影響鋁吸收率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，并提出有針對(duì)性的工藝改進(jìn)措施。

1 鋁在鋼中的存在形式

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的鋁含量通常是指鋼中所有Al 元素的含量，即全鋁含量，一般用w[Al]t表示。它不僅包括在鋼液中以AlN 或溶解的形式存在的酸溶鋁，還包括以Al2O3夾雜物形式存在的酸不溶鋁。

在實(shí)際生產(chǎn)中常采用全鋁含量w[Al]t和酸溶鋁含量w [Al]s之間的差值或比值來衡量鋼中Al2O3夾雜物的含量。在45號(hào)圓鋼冶煉時(shí)，一般要求Ca 處理前m[Al]t/m[Al]s≥90%。

2 各工序鋼液中酸溶鋁和全鋁的變化

由于鋁的收得率不穩(wěn)定，導(dǎo)致鋼中的酸溶鋁含量也不穩(wěn)定。為此，統(tǒng)計(jì)了一個(gè)中包（18 爐）45號(hào)圓鋼在4個(gè)不同冶煉時(shí)期鋼中的酸溶鋁和全鋁的數(shù)據(jù)，分別是1號(hào)為進(jìn)氬站時(shí)鋼中的酸溶鋁及全鋁含量；2號(hào)為進(jìn)精煉時(shí)的鋼中的酸溶鋁及全鋁含量；3號(hào)經(jīng)過LF 精煉處理后的鋼中的酸溶鋁及全鋁含量；4號(hào)為連鑄中包樣。不同時(shí)期鋼液中全鋁含量如圖1 所示，不同時(shí)期鋼液中酸溶鋁含量如圖2 所示。

圖1 不同時(shí)期全鋁含量的變化

圖2 不同時(shí)期酸溶鋁含量的變化

通過對(duì)比圖1、圖2 發(fā)現(xiàn)，煉鋼生產(chǎn)[3，4]過程中，鋼水中的酸溶鋁及全鋁含量在氬站、精煉、中間包內(nèi)依次降低，且變化趨勢(shì)基本一致。為進(jìn)一步探索鋼中酸溶鋁及全鋁含量之間的關(guān)系，統(tǒng)計(jì)上述不同冶煉時(shí)期鋼中酸溶鋁含量與全鋁含量的比值，如下頁(yè)圖3 所示。

從圖3 可知：在整個(gè)工藝過程中，鋼中酸溶鋁含量與全鋁含量的比值基本穩(wěn)定在75%～98%之間。這是由于在實(shí)際生產(chǎn)中，鋁作為脫氧劑在出鋼前期一次性加入到鋼包中，與鋼水中的氧反應(yīng)生成大量Al2O3夾雜。在氬站吹氬攪拌的過程中，大量的Al2O3夾雜從鋼液中上浮去除。因此，鋼中的酸溶鋁與全鋁含量的比值在進(jìn)精煉時(shí)達(dá)到了90%以上，之后變化很小。但有兩爐鋼水在澆注過程中酸溶鋁含量與全鋁含量的比值突然降低，這說明大包到中間包澆注過程中保護(hù)澆注的效果不理想，鋼水發(fā)生二次氧化。因此應(yīng)加強(qiáng)連鑄工序全程保護(hù)澆鑄，防止鋼水二次氧化。

圖3 不同時(shí)期酸溶鋁含量與全鋁含量的比值

3 工藝改進(jìn)

3.1 提高終點(diǎn)碳及出鋼溫度

提高轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)[C]，降低了鋼水的氧化性，有利于減少鋁的燒損。因此，為提高鋁的收得率，將轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)w[C]由0.10%～0.20%調(diào)整為0.15%～0.30%。調(diào)整后，[Al]的收得率由原來的33%左右提高到40%左右。

但轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)w[C]提高后，出鋼溫度也由之前的1600 ℃左右提高到1630 ℃左右。出鋼溫度升高有利于縮短精煉供電升溫時(shí)間，使鋼包內(nèi)爐渣及鋼水的氧化性大大降低，提高了鋁的收得率。但轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)w[C]提高后，降低了鋼水的氧化性，此時(shí)由于爐內(nèi)高溫環(huán)境，容易出現(xiàn)爐渣回磷，導(dǎo)致出鋼磷偏高。針對(duì)這個(gè)問題，45號(hào)圓鋼采用雙渣法冶煉，通過增加前期渣量，利用低溫和大渣量條件盡可能的去磷，在硅錳反應(yīng)期基本結(jié)束時(shí)起槍倒渣，避免后期由于爐內(nèi)溫度升高，爐渣中的磷重新回到鋼液中。

3.2 優(yōu)化鋼包到中間包的保護(hù)澆注

公司原采用碗式結(jié)構(gòu)的大包套管，大包套管與鋼包上水口形成弧形對(duì)接，接觸面積較小，容易吸氣，使注入中間包的鋼水易受到二次氧化，尤其對(duì)含鋁品種鋼的冶煉，連鑄工序鋁燒損嚴(yán)重，不僅導(dǎo)致鋼水的純潔度降低，而且易發(fā)生水口翻鋼的事故。

為此，宣鋼根據(jù)現(xiàn)使用的圓臺(tái)式結(jié)構(gòu)的鋼包上水口，將大包套管優(yōu)化設(shè)計(jì)成圓臺(tái)式結(jié)構(gòu)，臺(tái)式套管采用角形對(duì)接，使得大包套管與上水口緊密吻合，形成面形密封。優(yōu)化后，在臺(tái)內(nèi)側(cè)吹氬，并在吹氬管加裝流量計(jì)，將氬封流量控制在2.0～2.5 m3/h，形成氬氣隔離帶，配合使用密封墊密封，實(shí)現(xiàn)環(huán)狀密封，確保不會(huì)將空氣吸入到注流中，有效杜絕了鋼水的二次氧化，降低了氮的吸入量，提高了保護(hù)澆鑄效果。現(xiàn)統(tǒng)計(jì)大包套管優(yōu)化設(shè)計(jì)前后45號(hào)圓鋼連鑄工序鋁燒損情況如表1 所示。

表1 大包套管改造前后連鑄工序鋁燒損情況 %

由表1 可以看出，大包套管優(yōu)化設(shè)計(jì)后，45號(hào)圓鋼連鑄工序平均鋁燒損率由原來的29.88%降低到22.62%，鋁燒損降低了7.26%。

4 結(jié)論

1）冶煉過程中，鋼水中的酸溶鋁及全鋁含量在氬站、精煉、中間包內(nèi)依次降低，且其比值基本穩(wěn)定在75%～98%之間。但有兩爐鋼水在澆注過程中酸溶鋁含量與全鋁含量的比值突然降低，這說明大包到中間包澆注過程中保護(hù)澆注的效果不理想，鋼水發(fā)生二次氧化，在后續(xù)生產(chǎn)中應(yīng)該引起注意。

2）提高轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)碳含量，有助于降低鋼水終點(diǎn)氧化性，提高Al 的收得率。

3）加強(qiáng)鋼包到中間包的保護(hù)澆鑄，可以有效防止鋼水二次氧化，降低連鑄工序鋁燒損率。