承鋼微鈣處理工藝實踐探討

方 鳴，裴曉宇，宋慧強，辛 力，宮永煜

（河鋼承鋼板帶事業部，河北 承德 067002）

鈣處理的目的主要還是將鋼液中的Al2O3固體夾雜物轉變為低熔點的鋁酸鈣液體[1]，以抑制鑄造時Al2O3固體夾雜物的積累造成的結瘤和噴嘴堵塞[2]。鈣處理的關鍵是當鋼水中氧和硫抑制鈣對氧化物夾雜物的改性作用時，如何獲得良好的改性氧化物，避免大量CAS夾雜物的形成[3-5]。目前，河鋼承鋼板帶事業部冶煉作業區實施全鋼種鈣處理工藝，每噸鋼鈣線用量為0.53kg/t。但在實際跟蹤過程中發現部分爐次在不進行鈣處理或低鈣處理的情況下并不會影響鋼水的可澆性。通過分析我廠現有生產數據中無鈣處理或低鈣處理爐次對鋼水可澆性影響的基礎上降低鈣線用量，減少生產成本。

1 精煉終渣組分的理化性質

本企業因全部為鋁脫氧鎮靜鋼，精煉的基本渣系為CaOSiO2-Al2O3，配入部分CaF2以提高流動性，因轉爐耐材維護需要精煉渣中含部分MgO。

終渣堿度及各組分對終渣特性的影響：

1.1 堿度影響

實際操作過程當中當堿度過大（大于4.0）的時候，造渣比較困難，實際精煉渣系的適宜堿度為2.3～3.5。CaO-SiO2-MgOAl2O3渣系脫硫實驗表明，當堿度小于3.0時，隨堿度升高，Ls增加；當堿度大于3.0時，提高堿度，Ls下降。隨著CaO含量提高，[S]降低，但當(CaO)＞60%后，渣中會有固相質點析出，爐渣粘度上升，流動性變差，從而影響了脫硫的動力學條件，使脫硫效果變差。

1.2 Al2O3影響

Al2O3能降低熔渣的熔點，當Al2O3含量小于15%時，提高Al2O3含量可改善渣的流動性，促進脫硫反應。但過高則會使渣的堿度降低過多，不利于Al2O3夾雜物的消除，一般將渣中Al2O3的用量控制在10%～18%之間。

1.3 CaF2影響

CaF2本身不具備脫硫的效果，它的主要作用是降低脫硫渣的熔點，改善爐渣流動性。精煉渣中CaF2含量在7.5%～30%之間波動。渣系設計應以堿度為主要參考因素，在考慮渣系流動性和耐火材料消耗的前提下，適當添加CaF2。

1.4 MgO影響

MgO的主要作用是降低渣中SiO2的活性，提高Cao的活性，從而提高Ls。實驗表明，當爐渣中MgO含量為8-10%時，脫硫效果最好。

1.5 爐渣氧化性控制

爐渣的氧化性能是影響爐渣的脫硫效果的主要因素。∑(FeO)+(MnO)的含量反映了精煉渣的氧化性。當爐渣中(FeO)+(MnO)含量大于1%時，脫硫效率顯著降低。通過控制渣量，提高鋼包渣質量，可有效降低鋼包頂渣的氧化，使鋼包中(FeO)+(MnO)含量小于1%。

2 普鋼鈣含量與Ca/S比的數據跟蹤

據研究，當Ca/S=0-0.2時，鈣不參與脫氧、脫硫、鋁脫氧和錳脫硫，鈣不能控制夾雜物的形態和組成；當Ca/S＝0.2～0.5時，鈣使Al2O3變性，但不會改變MnS；當Ca/S＝0.5～0.7的時候，鈣使Al2O3變性并同時改性MnS。當Ca/S較大時，除了Al2O3變性外，鈣還會代替錳形成硫化鈣。

現有生產數據分析：通過跟蹤分析我廠兩個月內Gr50-11和SAPH400-C鋼種807爐有效數據出站鋼水Ca含量得出結果如圖1所示。

圖1 Gr50-11和SAPH400-C鋼種出站成分Ca/S比趨勢

通過統計發現，我廠生產Gr50-11和SAPH400-C鋼種Ca/S比值大致分布范圍在0～6.25之間，其中Ca/S=0處分布最多數量為380爐次，考慮到化驗偏差的情況按50%計算為190爐，其次主要分布在0～0.5范圍內，其中0.20和0.25兩處分布最多，分別對應爐次為57和52，當Ca/S＝0-0.2時，鈣不參與脫氧、脫硫和鋁的脫氧，而參與錳的脫硫，鈣不能控制夾雜物的形貌和組成；當Ca/S＝0.2-0.5時，鈣變性Al2O3，但不變質MnS，以此推斷我廠生產大部分普鋼中鈣處理對鋼水可澆性無明顯影響。結合現場連鑄穩定拉鋼情況認為，我廠在生產普鋼時具備弱鈣處理甚至無鈣處理條件。

3 制定降鈣實驗方案及實施效果

3.1 原有工藝下澆次第4爐起每3爐降低50米

通過跟蹤連鑄澆鑄情況發現，在澆次前期連鑄澆鑄正常，結晶器液面穩定，塞棒曲線穩定無波動，但部分澆次從第11爐開始連鑄反應塞棒曲線波動，當鋼水澆注能力下降時，鈣線的加料量為每爐150m。通過后續爐次提高鈣線喂入量緩解不下流程度。通過分析生產情況和成分，水口出現結瘤現象，出現堵塞物，分析為精煉過程中成渣晚，夾雜物上浮不明顯，在澆次前期鈣處理較充分爐次中能夠起到較好的改制效果，但在澆注后期，鈣線進給量不能滿足鑄造需求，鋼液內Al2O3夾雜含量較高，在水口處聚集結瘤造成可澆性下降。

依據精煉終渣配比及理論相關的研究，鋼水中Al2O3含量是高導致鋼水不下流的主要原因，如下圖2所示，分析主要是由于LF精煉過程中還原渣保持時間不足、爐渣流動性不良和吹氬攪拌制度不規范、高熔點Al2O3類夾雜物上浮去除并不充分，導致鋼水中夾雜物滯留.根據爐渣表面張力計算，平均精煉終渣表面張力偏低，曼內斯曼常數偏低，夾雜物吸附能力不足，精煉終渣未達到良好的吸附夾雜的效果。

圖2 中包水口堵塞物分析

3.2 提高化渣速度提前形成白渣

通過控制CaF2合理加入量，在加快化渣速度的同時避免出現因過量降低CaO濃度和精煉渣流動性影響脫硫效果；提高埋弧效果加快前期升溫速率提高化渣速度；控制精煉渣中Al2O3不超過30%，同時確保CaO/Al2O3大于1.5保證良好的脫硫效果和對夾雜物良好的吸附能力。加快成渣速度，提前造白渣增加夾雜物上浮吸附時間，降低鋼液中Al2O3含量減少鈣線需求。

通過對現場生產情況跟蹤，對比試驗爐次取樣分析起吊渣樣Fe2O3+MnO含量，最高值為1.255%，最低值為0.508%，針對本鋼種對比，爐渣脫氧可滿足白渣條件，其中所有爐次Fe2O3均小于1.2%。

3.3 調節氬氣流量，提高夾雜物上浮速度

此外進一步降低鈣線喂入量效果不穩定原因為部分爐次夾雜物上浮不充分，導致鋼液中仍有Al2O3存在，雖在自身爐次澆鑄過程中無明顯的絮流現象，但雖連澆爐數增加，夾雜物在水口聚集體積逐漸增大導致澆次末期可澆性下降。

在此基礎上將現有的制定以下氬氣流量制度：①減少化渣和升溫過程氬氣流量，減少1200以上流量的使用；②非必要條件禁止使用旁吹；③嚴格控制弱吹氬流量減少過程二次氧化；④控制弱吹氬時間不低于8分鐘。

3.4 降低轉爐出鋼終點氧，實行轉爐出鋼渣洗工藝

鋼水中的氧含量與端碳含量密切相關，鋼水終點碳含量越高，鋼中的氧含量越低，因此轉爐采取拉碳操作，降低鋼水終點氧，減輕精煉脫氧負擔，以不斷提高精煉冶煉效率。除此之外在轉爐出鋼過程當中加入200-350kg小粒灰以及200kg精煉渣同時根據氬站成分降低精煉工序渣料加入量，在出鋼過程中起到渣洗的作用將精煉造渣前移，氬站確保800以上氬氣大翻3min以上隨后降低氬氣流量保持鋼液蠕動直至起吊到精煉確保脫硫及夾雜物上浮效果。

通過優化轉爐錘煉操作，在相同入爐條件的情況下，拉碳爐次終點碳含量平均上升0.05%，終點氧平均下降325.75ppm，降效果顯著為后續精煉降低脫氧劑消耗提供良好的條件。

未渣洗爐次不同程度上S均有回升現象，渣洗在脫硫方面效果較為顯著，出鋼溫度、精煉渣加入量和終點氧化性相似的情況下,渣洗可起到脫硫效果，隨小粒灰加入量增加，脫硫率由2.78%升至26.5%，其中13與15爐次，100小粒灰提升脫硫效率達15%。由此可見小粒灰加入量是影響渣洗效率的主要因素。

3.5 擴大推廣試驗實施效果

按初步實驗結果擴大試驗爐數并跟蹤試驗結果，轉爐拉碳操作顯著降低轉爐出鋼終點氧，最低180ppm，最高464ppm，均值達到296ppm；與試驗前比較，精煉渣樣中Al2O3含量基本穩定在30%以下；CaO/Al2O3系數均超過1.5；Fe2O3+MnO含量最低0.401%，最高1.275%；Fe2O3含量均低于1.2%滿足精煉快速化渣，提前形成白渣的需求，且具有較好的夾雜物吸附能力；實驗后連鑄澆鑄過程平穩，液面無波動，說明經過以上措施的實施，能夠實現在降低鈣處理量的情況下保證連鑄澆鑄穩定性。

4 結語

（1）在不改變現有工藝模式下降低鈣線喂入量容易導致水口處夾雜物聚集形成結瘤降低可澆性。

（2）通過頂渣改制和過程氬氣流量改革，可加快化渣速度提前形成白渣提升夾雜吸附效果，降低過程二次氧化減少夾雜產生量。

（3）轉爐拉碳可有效降低出鋼終點氧，減少精煉脫氧任務。

（4）轉爐出鋼渣系操作可有效進一步降低鋼水硫含量，有效抑制出鋼后的回硫，渣洗脫硫率可達20%以上；減少精煉鋁制品加入量進而降低鈣線喂入量。

（5）綜合以上四個措施，可實現高硫普鋼弱鈣化處理甚至部分普硫低硫普鋼爐次無鈣化處理，2021年1月份作業區鈣線消耗量為0.36kg/噸鋼，與0.53kg/噸鋼相比，降低了0.17kg/噸鋼。但操作人員在生產過程中仍需根據生產條件的變化進行工藝調整，部分爐次仍有輕微的絮凝流，因此需要在后續爐子中增加鈣線的加料量，以保證澆鑄穩定性。