低碳低硅鋁鎮靜鋼開澆絮流原因分析及控制措施

付有彭，張李鵬，張忠福，王 哲，孫海坤

（日照鋼鐵控股集團有限公司，山東日照276800）

1 前 言

某鋼廠生產低碳低硅鋁鎮靜鋼，開澆爐次的工藝流程為：頂底復吹轉爐—LF—薄板坯連鑄機。原料為廢鋼和鐵水，轉爐吹煉結束及LF精煉過程采用Al脫氧，LF精煉處理完畢經過軟吹后到連鑄機澆鑄，中間包過熱度控制在25～35 ℃，拉速逐步提升最高5.2 m/min。澆次開澆階段，受鋼水純凈度、鋼水溫度、二次氧化等影響，大量夾雜物聚集在連鑄水口或塞棒位置，造成棒位急劇上升。隨著澆鑄進行，附著在水口或塞棒的夾雜物被沖刷至結晶器，導致棒位急劇下降，形成沖棒現象，影響生產穩定性，嚴重時會造成漏鋼。為此，對影響因素進行技術攻關，從精煉過程管控、鈣處理工藝、保護澆鑄等方面采取措施，開澆絮流現象得到有效控制，攻關效果顯著。

2 絮流原因分析

低碳低硅鋁鎮靜鋼的成分控制見表1。

表1 低碳低硅鋁鎮靜鋼成分 %

2.1 鋼水溫度

開澆階段鋼水溫度主要受制于精煉出鋼溫度及中包烘烤溫度。若精煉出站溫度過低或中包烘烤溫度低，開澆后鋼液進入中包，由于中包吸熱多，造成鋼液溫度降低，流動性變差，鋼液粘結塞棒。開澆爐次鋼水溫度較連澆爐次溫度高，會增加鋼水的吸氧量，加重鋼水的二次氧化。澆鑄過程隨著溫度的下降，鋼水溶解氧的能力降低，被析出的氧與鋼中鋁反應將產生新的Al2O3夾雜物。隨著溫度較高的鋼水不斷流入中包，中包內鋼水溫度升高，塞棒粘結物被沖掉，造成沖棒現象。生產中，引入了開澆第一槍溫度的概念，測溫時間為大包開澆后，中包噸位為20 t時進行測溫，此溫度能較好地反應鋼水及中包溫度的共同影響。通過對近期低碳低硅鋁鎮靜鋼開澆數據統計，發現當中包第一槍溫度＞1 558 ℃時，開澆鋼水絮流比例為17%；而當溫度低于此溫度時，絮流比例為30%。最高棒位較基準棒位的上漲幅度分布見圖1，當溫度≤1 558 ℃時，最高棒位較基準棒位的差值更大。由此可見，開澆階段中包鋼水溫度是影響開澆絮流的因素之一。

圖1 不同溫度區間棒位差值分布

2.2 鋼水可澆性

2.2.1 精煉過程控制

低碳低硅鋁鎮靜鋼轉爐終點及精煉過程均采用鋁制品進行脫氧，鋁脫氧后在鋼中形成了大量的脫氧產物—Al2O3夾雜，Al2O3的熔點高達2 052 ℃，在鋼液中以固態形式存在，呈群簇狀、塊狀等。在吹氬攪拌過程中，尺寸較大的簇狀Al2O3夾雜很快從鋼液中上浮去除，而30 μm以下的簇狀Al2O3夾雜以及小尺寸的塊狀Al2O3則容易滯留在鋼液中，影響鋼水的可澆性。精煉結束通過Ca 處理工藝，可將Al2O3夾雜變形為鈣鋁酸鹽，CaO 和Al2O3能夠生成 5 種鋁酸鈣化合物，即 CaO·Al2O3，CaO·2Al2O3，CaO·Al2O3，12CaO·7Al2O3，3CaO·Al2O3。當夾雜物中CaO 含量逐步提高，夾雜物出現Al2O3→CaO·6Al2O3→CaO·2Al2O3→CaO·Al2O3→12CaO·7Al2O3→3CaO·Al2O3→CaO 的轉變，其中12CaO·7Al2O3的熔點（1 455 ℃）最低，因此鈣處理的最佳效果是將鋼中的Al2O3夾雜物變形為低熔點的12CaO·7Al2O3。當鈣處理不當時，會產生高熔點的夾雜物，影響鋼水可澆性，導致開澆絮流。夾雜物的去除方面，合適的爐渣堿度和流動性可以增強爐渣對夾雜物的吸收能力，從熱力學計算可以看出，當渣中w（CaO）/w（Al2O3）=1.5～2 時，渣的a（CaO）較高，爐渣對Al2O3夾雜的吸收和去除有利。故精煉過程對可澆性的影響有爐渣性質、鈣處理及軟吹工藝等。

2.2.2 二次氧化

除脫氧過程中生成的內外生夾雜外，在澆鑄過程中，鋼水因二次氧化會產生部分外來夾雜。第一爐鋼水開澆時，中間包充滿了空氣，高溫鋼水與空氣接觸，發生嚴重的二次氧化，產生大量氧化物夾雜。通過統計，開澆爐次較連澆爐次的Al、Ca 多氧化0.001%左右，Si多氧化0.003%左右。故開澆階段存在嚴重的二次氧化也是影響開澆絮流的原因。

2.3 鋼水成分

通過對開澆爐次成分進行統計，開澆爐次鋼水上臺Ca 與上漲棒位存在負相關。即上臺Ca 越低，則上漲棒位越高，這主要受Ca 處理對夾雜物的變性效果影響。通過對其他成分的分析，硅也與棒位上漲存在一定的對應性。熱力學計算如下：

該反應在開澆溫度下可自發地逆向進行，證明開澆階段會存在Si的氧化。當鋼中Si含量較高時，會有更多的Si 被氧化，則同等氧含量情況下，會有更少的Al 被氧化，產生的Al2O3夾雜更少。故開澆鋼水Ca、Si等成分也是影響開澆絮流的因素之一。

實際生產過程中，精煉過程送電次數、白渣保持時間等因素也是影響開澆絮流的因素。

3 控制措施

3.1 開澆溫度

為保證鋼水溫度穩定性，開澆爐次禁止使用新修鋼包或空停時間較長的鋼包，冶煉過程充分大攪，以保證鋼包充分吸熱。中包烘烤溫度≮1 200 ℃，保證開澆第一槍溫度≥1 558 ℃。

3.2 精煉控制

精煉過程保證鋼包氬氣系統正常，保證冶煉過程的動力學條件。通過調整造渣料加入時機及加入量，保證盡早造好還原，且白渣保持時間≥15 min，終點渣況（TFe＋MnO）＞1.0%。為了減少冶煉過程吸氧，結合目前精煉鋼水溫度低的特點，要求精煉過程送電次數≤4次。

3.3 軟吹及鈣處理

因為開澆階段存在嚴重的二次氧化，故規定開澆爐次采用過鈣處理，要求出站Ca含量≥0.002 6%。通過增加鋼水的Ca含量控制二次氧化所形成的夾雜物盡可能地保持在液相區域，以減小附著水口的風險。鈣處理前后均進行鋼水軟吹，軟吹時間控制在8～15 min，既使夾雜物可以充分變性并上浮，避免了時間過長導致二次氧化。另外，軟吹時避免鋼水直接裸露，鋼液面波動即可，以減少與空氣接觸形成的二次氧化。

3.4 開澆保護澆鑄

中包開澆前在沖擊區進行氬氣置換，向中間包內吹入氬氣，利用氬氣將中間包內空氣置換出來，并形成微正壓，以減少鋼水直接接觸空氣風險。并通過對氬氣置換管路的優化，保證開澆前期氬氣一直覆蓋于鋼水表面。規定了開澆階段覆蓋劑的加入時機與加入量，使覆蓋劑盡快融化并盡早覆蓋鋼水表面。此外，中間包測溫孔、塞棒孔等位置均用石棉覆蓋以起到隔絕空氣的效果。

4 應用效果

采取上述方案后，開澆鋼水溫度得到明顯改善，精煉過程爐渣控制、夾雜物去除等穩定可控，開澆過程二次氧化有效降低。低碳低硅鋁鎮靜鋼開澆絮流比例明顯降低，由20%降至10%，開澆階段最高棒位降低3 mm，開澆沖棒現象明顯減少。