張杰新，劉曉峰

( 重慶鋼鐵股份有限公司 煉鋼廠，重慶 401258)

摘  要: 介紹了重慶鋼鐵股份有限公司老區(qū)通過對(duì)脫氧工藝的優(yōu)化，并采用鈣處理工藝，解決了脫氧產(chǎn)物 Al2O3對(duì)鋼水質(zhì)量的影響及澆鑄過程的可澆性問題，實(shí)現(xiàn)了“轉(zhuǎn)爐→吹氬站→連鑄”工藝路線穩(wěn)定生產(chǎn)含鋁鋼。緩解了用 LF 生產(chǎn)品種鋼的壓力，在保證質(zhì)量的前提下降低了生產(chǎn)成本。

關(guān)鍵詞: 吹氬站; 含鋁鋼; 鈣處理; 夾雜物

使用鋁對(duì)鋼水脫氧或細(xì)化晶粒逐步成為較多鋼種的工藝要求之一。為解決含鋁鋼對(duì)鋼水可澆性的影響，普遍采用“轉(zhuǎn)爐→LF→連鑄”的工藝路線，通過 LF 工藝將脫氧產(chǎn)物 Al2O3盡量地排除，將鋼水中的硫含量降到更低，并通過鈣處理，保證鋼水的可澆性。然而，對(duì)一些精煉裝備較少的鋼廠，此生產(chǎn)工藝卻嚴(yán)重制約著含鋁鋼的生產(chǎn)。

重慶鋼鐵股份公司煉鋼廠( 以下簡稱“重鋼”) 大渡口老區(qū)為降低設(shè)備運(yùn)行成本及適應(yīng)搬遷的需要，從2010 年底陸續(xù)將原有的 4 座80 t 轉(zhuǎn)爐，3 座 LF，5 臺(tái)鑄機(jī)調(diào)整到 3 座 80 t 轉(zhuǎn)爐，2 座LF，4 臺(tái)鑄機(jī)，造成不能 3 條生產(chǎn)線同時(shí)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼的局面，合同兌現(xiàn)嚴(yán)重滯后。在其品種結(jié)構(gòu)中，含鋁鋼約占40 %。為解決生產(chǎn)組織中存在的問題，在2011 年初，重鋼煉鋼廠開始研究采用“轉(zhuǎn)爐→吹氬站→連鑄”的工藝路線來生產(chǎn)部分低級(jí)別的含鋁鋼。通過在氬站采用鈣處理工藝，較好地實(shí)現(xiàn)了部分含鋁鋼( 如船板鋼 B、A32 等) 在“轉(zhuǎn)爐→吹氬站→連鑄”的工藝路線下的穩(wěn)定生產(chǎn)，促進(jìn)了合同的及時(shí)兌現(xiàn)，還實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)含鋁鋼煉鋼生產(chǎn)成本的降低。

1 吹氬站處理含鋁鋼存在的問題

吹氬站工藝的功能主要是均勻溫度和成分，協(xié)調(diào)爐機(jī)節(jié)奏。一般情況下，鋼水在吹氬站停留的時(shí)間較短; 而且，受鋼水硫含量、溫度及夾雜物含量的影響，不適宜對(duì)鋼水進(jìn)行鈣處理。有資料表明［1］，含鋁鋼一般采用鋁作脫氧劑，當(dāng)鋼中w( AlS) =0． 02 % ～ 0． 05 % 時(shí)，其脫氧產(chǎn)物主要是 Al2O3。其脫氧反應(yīng)式為:

2［Al］ + 3［O］ = ( Al2O3)

ΔGΘ= － 1 225 000 + 393． 8T J / mol ( 1)

Al2O3的熔點(diǎn)高達(dá)2 050 ℃，它與鋼水潤濕角為 0°，鋼水與 Al2O3的界面張力較大，Al2O3有相互聚群傾向，兩個(gè) 10 μm Al2O3夾雜粘結(jié)只需要0．03 s，粘附力很大且粘附后有足夠的強(qiáng)度［2］。因此，影響鋼水的純凈度，在澆鑄過程中使鋼水流動(dòng)性變差，附著在水口壁，造成水口結(jié)瘤。

2 改進(jìn)措施

2． 1 減少鋼中 Al2O3含量

為避免氬站處理的鋼水中的 Al2O3含量過高，影響鋼水的可澆性。采用以下措施進(jìn)行控制:1) 加強(qiáng)轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制，降低鋼水中的氧含量，為脫氧減輕負(fù)擔(dān); 2) 優(yōu)化出鋼過程中的脫氧工藝，增加脫氧劑的種類及用量，使進(jìn)吹氬站時(shí)鋼水的w( O) 控制在 10 × 10－ 6以內(nèi); 3) 適當(dāng)延長氬站吹氬時(shí)間，促進(jìn)夾雜物上浮。

2． 2 創(chuàng)造鈣處理?xiàng)l件

鈣處理鋁鎮(zhèn)靜鋼時(shí)，加入鈣既可改變 Al2O3夾雜物形態(tài)，防止水口堵塞，但又可與鋼中硫生成 Ca S，將增加水口堵塞現(xiàn)象發(fā)生。因此，鈣處理時(shí)既要轉(zhuǎn)變 Al2O3，又不要生成 Ca S［1］。為此，采用以下措施: 1) 將鈣處理前鋼水中 w( S) 控制在0． 020 % 以下; 2) 鋼水中 w( Ca) /w( Al) 控制在0． 08 ～0． 12; 3) 鈣處理以后保證軟吹氬5 min以上。

3 生產(chǎn)實(shí)踐

2011 年，重鋼煉鋼廠在 80 t 轉(zhuǎn)爐上進(jìn)行了氬站處理含鋁鋼的工業(yè)性試驗(yàn)，取得了較好的效果。

3． 1 過程硫含量控制情況

經(jīng) LF 的鋼水在鈣處理前，可以通過 LF 脫硫工藝把鋼水中的硫含量控制得較低。但吹氬站處理鋼水的硫含量，就必須依靠鐵水脫硫及轉(zhuǎn)爐的過程控制來保證。有資料表明［3］，鋼中硫含量高時(shí)，對(duì)鈣的平均回收率有較大的影響; 故生產(chǎn)中應(yīng)盡量降低鋼中的硫含量，鈣才能對(duì)鋼中氧化鋁夾雜物進(jìn)行有效的變性。所以在鈣處理前鋼中硫含量較高時(shí)，必須適當(dāng)提高喂線量，以達(dá)到較好的鈣處理效果。由于目前該廠80 t 鐵水脫硫裝置采用的是單噴吹石灰脫硫工藝，工藝較落后，為保證脫硫效果，對(duì)鐵水采用前扒渣，減少鐵水渣對(duì)脫硫的影響，并適當(dāng)加大脫硫劑用量，使脫后鐵水w( S)控制在0． 010 %以內(nèi)。為解決因原材料質(zhì)量差造成轉(zhuǎn)爐回硫嚴(yán)重，導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)硫含量無法達(dá)到鋼水鈣處理的要求，采用在出鋼過程加入一定量的合成渣對(duì)鋼水進(jìn)行脫硫。由于含鋁鋼鋼水脫氧較好，有利于促進(jìn)合成渣對(duì)鋼水的脫硫。通過以上措施，使鈣處理前鋼中 w( S) 控制在0． 020 % 以內(nèi)，如表 1 所示。

3． 2 轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)氧含量控制情況

在生產(chǎn)前首先根據(jù)脫硫鐵水的溫度情況，確定合適的脫硫鐵水量及生鐵量，使轉(zhuǎn)爐過程 C-T基本協(xié)調(diào); 其次化好過程渣，提高倒?fàn)t成分命中率，減少點(diǎn)吹次數(shù)。使轉(zhuǎn)爐終點(diǎn) w( C) 控制在0． 06 % ～ 0． 08 % ，或終點(diǎn)鋼水 w ( O) ＜ 600 ×10－ 6; 最后利用復(fù)吹轉(zhuǎn)爐后攪使終點(diǎn)鋼水氧含量穩(wěn)定達(dá)到控制目標(biāo)。

3． 3 鋼水的 w( Ca) / w( Al) 控制情況

首先，要穩(wěn)定控制鋼水中的 AlS含量。在控制好轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)氧含量的同時(shí)，要加強(qiáng)出鋼過程的脫氧控制。根據(jù)文獻(xiàn)［4］，鋼液中自由氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)高( 400 ×10－ 6) ，鋁一次加入很多時(shí)，生成大量的大尺寸 Al2O3簇群，大尺寸 Al2O3簇群由鋼液上浮去除得很快。故加入鋁鐵的時(shí)機(jī)控制在出鋼約1 /2 時(shí)。采用分步加入脫氧劑的工藝，即先加鋁鐵，再和合金一起加入 Si-Ca-Ba-Al 合金，在合金加完后根據(jù)轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)情況加入一定量的鋼水精煉劑。此脫氧工藝可以較穩(wěn)定的控制鋼水中的 AlS含量。再采用定氧儀計(jì)算出鋼水中的 AlS含量。根據(jù) AlS含量加入 Si Ca 線進(jìn)行鈣處理，使鋼水中w( Ca) / w( Al) 控制在0． 08 ～ 0． 12。

3． 4 氬站工序時(shí)間控制情況

與 LF 精煉相比，氬站工序時(shí)間較短，不利于脫氧產(chǎn)物的排除。雖然通過脫氧前移工藝，有利于大型夾雜物的排除，但在工序時(shí)間的控制上仍是關(guān)鍵控制點(diǎn)。考慮到氬站溫降的影響，將氬站工序時(shí)間由 11 min 延長到 15 min。不僅要求保證鋼水進(jìn)站后 2 min 的大流量吹氬，還要保證鈣處理后 5 min 的軟吹時(shí)間。確保夾雜物的有效排除。同時(shí)，還要做好鋼包的保溫工作。

3． 5 保護(hù)澆鑄情況

1) 采用大包長水口保護(hù)澆鑄工藝，并在長水口內(nèi)加密封圈預(yù)防鋼水吸氣。2) 采用先上大包保護(hù)管后再開澆的澆鑄工藝。3) 要求大包后期的敞澆時(shí)間控制得盡量短，同時(shí)嚴(yán)格控制鋼包下渣量。4) 中間包采用雙層渣保溫和加強(qiáng)吸附夾雜能力。

3． 6 生產(chǎn)效果

1) 通過生產(chǎn)實(shí)踐，鋼中 w( AlS) = 0． 03 % ～0． 05 % ，w ( Ca ) = 0． 003 0 % ～ 0． 004 5 % ，w( Ca) / w( Al) 控制在0． 08 ～ 0． 12，鈣處理前鋼中w( S) ≤0． 020 % ( 如表 1、表 2 所示) ，未發(fā)生水口嚴(yán)重堵塞現(xiàn)象。

2) 氬站出站鋼水中的氧化夾雜物含量與 LF處理后的相當(dāng)。重鋼生產(chǎn)含鋁鋼( 如船板鋼 B、A32 等) LF 出站鋼水中的氧化物總質(zhì)量分?jǐn)?shù)的一般在0． 003 % ～ 0． 005 %。如圖 1 所示，統(tǒng)計(jì) 30爐鋼的氧化物總質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在0． 006 % 以內(nèi)，鋼水的潔凈度滿足一般優(yōu)質(zhì)鋼的質(zhì)量要求。

3) 生產(chǎn)過程中，進(jìn)行了鑄坯質(zhì)量跟蹤。統(tǒng)計(jì)了 5 爐的鑄坯低倍結(jié)果見表 3。按照《YB/T

4003—1997 連鑄鋼板坯低倍組織缺陷評(píng)級(jí)圖》評(píng)級(jí)，鑄坯低倍小于 A 級(jí)1． 5的內(nèi)控要求，無裂紋疏松、夾雜等鑄坯缺陷，鑄坯質(zhì)量良好。

4) 在生產(chǎn)過程中，達(dá)到了中包連澆 12 爐( 即450 min) 的工藝要求，如表 4 所示。沒有出現(xiàn)因鋼水可澆性產(chǎn)生的生產(chǎn)事故。

5 ) 采 用 此 工 藝 后，合 同 兌 現(xiàn) 率 提 高 到95． 45 % 以上，比試驗(yàn)前提高了6． 8 % 。

6) 采用“轉(zhuǎn)爐→吹氬站→連鑄”的工藝路線生產(chǎn)含鋁鋼，節(jié)省了 LF 工序的輔料、電耗等成本，延長了鋼包壽命，按該廠的工藝要求及價(jià)格體系計(jì)算，實(shí)現(xiàn)煉鋼工序降低成本30． 2元/t。

4 結(jié) 論

1) 實(shí)現(xiàn)含鋁鋼氬站精煉工藝路線的關(guān)鍵是:控制好氧化物夾雜總量及保證好鈣處理?xiàng)l件。

2) 通過生產(chǎn)實(shí)踐表明，當(dāng)鋼中 w ( AlS) 為0． 03 % ～ 0． 05 % ，w ( Ca ) 為 0． 003 0 % ～0． 004 5 % ，w( Ca) / w( Al) 控制在0． 08 ～ 0． 12，鈣處理前鋼中 w( S) ≤0． 020 %時(shí)，可以保證連鑄澆鑄的穩(wěn)定。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］  蔡開科． 連鑄坯質(zhì)量控制［M］． 北京: 冶金工業(yè)出版社，2010: 47-57．

［2］  張振申，程管江，李廣軍，等． 浸入式水口結(jié)瘤成因分析與預(yù)防措施［J］． 連鑄，2005，24( 3) : 19．

［3］  孫維，汪開忠． 低碳低硅高鋁冷鐓鋼小方坯連鑄工藝研究［J］． 煉鋼，2005，21( 4) : 36．

［4］  包燕平． 高品質(zhì)深沖鋼的關(guān)鍵冶金技術(shù)［C］/ / 2008 年品種鋼連鑄坯質(zhì)量控制技術(shù)研討會(huì)論文集． 北京: 中國金屬學(xué)會(huì)，2008．