改善钢水可浇性的生产技术实践

刘晓峰 陈文满

（重庆钢铁股份有限公司）

0 前言

连铸生产过程中，钢水可浇性不良，轻则影响产品质量、生产效率和成本，重则导致浇注中断，甚至危及人身和设备安全。重庆钢铁股份有限公司炼钢厂（以下简称重庆钢铁炼钢厂）历年来对钢水可浇性非常重视，经过多年不断的研究及攻关，总结了不少解决问题的措施。笔者重点结合近年来生产工艺的实际变化，分析了影响钢水可浇性的主要因素，提出了关键共性技术改进措施，经生产现场检验，取得了较好的实践效果。

1 主要装备及工艺

重庆钢铁炼钢厂设计产能830 万t/a，其中210 t转炉生产线设计产能630 万t/a，钢坯供1 780 mm热轧生产线和4 100 mm 中厚板生产线；80 t 转炉生产线设计产能200 万t/a，钢坯供棒材生产线和高速线材生产线。生产的主要钢种有：低碳低硅钢、碳素结构钢、低合金结构钢、取向硅钢、热轧带肋钢筋、热轧光圆钢筋、硬线钢等。重庆钢铁炼钢厂的主要装备配置见表1。

2 改善钢水可浇性的关键技术

2.1 弱脱氧钢生产技术

2.1.1 硅锰弱脱氧低合金钢生产技术

2017 年5 月，为降低生产工序成本，重庆钢铁炼钢厂80 t 转炉生产线开始试验推行定径快换水口浇注工艺。试验初期，热轧带肋钢筋钢（HRB400）的脱氧工艺依精炼路径而变化，吹氩站采用硅+锰弱脱氧工艺，LF 采用硅+锰+铝强脱氧+钙处理工艺，堵水口频繁。

表1 重庆钢铁炼钢厂主要装备配置

依据FeO-MnO-SiO2三元相图和热轧带肋钢筋钢化学成分设计，用硅+锰合金脱氧，钢种w[Mn]/w[Si]=6～7.5 ＞4，可获得液态的脱氧产物，能够保证钢水可浇性。蔡开科等[1]研究认为，溶解在钢液中的氧含量低于20×10-6，会导致硅镇静钢发生水口堵塞。对热轧带肋钢筋钢硅+锰合金脱氧的钢水平衡氧浓度进行计算，钢水温度1 540～1 600 ℃时，钢中自由氧w[O]=（40～73）×10-6，钢水温度降低，与硅锰平衡的w[O]要析出。控制钢水中的w[O]在一定范围是保证热轧带肋钢筋钢可浇性的关键。为此，对经吹氩站和LF 精炼处理的热轧带肋钢筋钢均采取硅+锰弱脱氧工艺，将精炼出站钢水中的w[O]控制在（25～50）×10-6范围内，抽查的出站钢水中的w[O]控制情况见表2。

表2 硅锰弱脱氧钢精炼出站钢水中的w[O]控制情况

2.1.2 硅锰铝弱脱氧钢生产技术

对于硅锰镇静钢，仅用硅+锰脱氧，铸坯易形成皮下针孔，除采用LF 白渣精炼降低钢中自由氧外，这类钢种可用硅+锰+少量铝弱脱氧的工艺。脱氧控制钢水中w[Al]为0.002 %～0.005 %，既不堵水口，铸坯又不产生针孔[1]。重庆钢铁炼钢厂210 t 转炉生产线板坯生产Q195、Q235 等钢种均采用硅+锰+少量铝（硅钙钡铝+铝锰铁）弱脱氧工艺，将CAS 出站钢中w[O]控制在（15～45）×10-6范围，连铸单中间包浇注炉数可达到18～19 炉。

2017 年12 月，80 t 转炉生产线开始试验定径快换水口浇注热轧光圆钢筋钢（HPB300）。参照210 t 转炉生产线硅锰铝弱脱氧工艺试验生产，由于钢水中w[O] 控制不稳定，堵水口频繁，单中间包连浇炉数徘徊在3～6 炉，严重制约生产效率的提升。随后结合小方坯的特点，采用精炼定氧，将钢水中的w[O]控制在（30～60）×10-6范围内（较板坯钢种w[O]含量高约15×10-6），堵水口频次大幅降低。不同生产线采用硅锰铝弱脱氧，钢水中的w[Al]和w[O]控制情况见表3。

表3 硅锰铝弱脱氧钢精炼出站钢水中的w[Al]和w[O]

2.2 强脱氧钢生产技术

2.2.1 低碳低硅铝镇静钢生产技术

2010 年11 月，重庆钢铁炼钢厂210 t 转炉生产线开发了BOF →RH →CC 工艺低碳低硅铝镇静钢（SPHC）生产技术，单中间包连浇炉数达到18 炉。2018 年2 月，开发了低碳低硅铝镇静钢BOF →CAS →CC 高效低成本生产工艺，取得了良好的实践效果。

李德刚等[2]认为，氧化性顶渣与钢水接触，其氧势高于钢水中的氧势，顶渣中的氧就进人钢水中，造成钢水二次氧化，且顶渣对钢液供氧的贡献率大于钢包与中间包衔接的水口处吸气对钢液供氧的贡献率。因此，对采用BOF →CAS →CC工艺生产SPHC 钢，控制钢水可浇性就是防止堵水口，重点发挥转炉出钢高碱度渣渣洗冶金功能，强化钢包顶渣改质（w（FeO+MnO）＜5 %，w（CaO）/w（Al2O3）=1.5～1.7）。主要措施是利用精炼石灰、铝粒和转炉用稠渣剂调配高碱度精炼渣，充分发挥转炉出钢渣洗冶金功能。同时，采取降低转炉终点w[O]，减少Al2O3夹杂物的生成量；优化吹氩工艺，增大Al2O3去除量；连铸过程保护浇注，中间包定期排渣，换水口等配套措施。随机抽查559 炉SPHC钢，转炉终点w[O]=593（352～785）×10-6，CAS 吹氩搅拌时间15～18 min，软吹氩时间≥10 min，钢水镇静时间28 ～30 min。SPHC 钢钢包顶渣化学成分见表4。

表4 SPHC 钢钢包顶渣化学成分

2.2.2 铝镇静钢钙处理生产技术

对钢水进行钙处理，能有效变性高熔点氧化铝、镁铝尖晶石等夹杂物，形成低熔点的液态夹杂物，促进夹杂物上浮去除，有效提高钢液的洁净度，减轻连铸水口堵塞问题。钙处理存在着一个最低加入量和最高加入量的“液态窗口”问题，钙的最低加入量是为了保证夹杂物是液态的，钙的最高加入量是保证不生成固体的CaS 夹杂物[3]。如果钢中硫很少，钙的加入量过多，虽不会生成CaS，但生成的12CaO·7Al2O3能够浸透到塞棒或滑动水口耐火材料的氧化物晶界使其溶解剥落，导致钢液控制失灵[4]。

重庆钢铁炼钢厂铝镇静钢钙处理控制w[Al]≥0.020 %，w[S]≤0.015 %，钢包顶渣改质，钙处理后w[Ca]=（22～35）×10-6，堵水口和塞棒侵蚀可控，钢水可浇性良好。

2.3 LF 分级精炼技术

对于硅镇静钢[1]，在LF 还原精炼气氛和低氧条件下（w[O]＜15×10-6），MgO-C 砖中C 还原MgO释放出Mg，与钢水中的Al2O3形成MgO·Al2O3，或者耐火材料、炉渣中的MgO 与钢水中的Al2O3直接反应生成MgO·Al2O3，堵塞水口。LF 白渣精炼时间越长，MgO·Al2O3形成得越多，堵水口越严重。邓志银等[5]研究认为，精炼渣碱度小于3～4，有利于控制镁铝尖晶石的生成；碱度在4 左右，精炼渣接近最大脱氧能力。对于LF 精炼，控制LF 过程精炼渣的成分、钢渣反应强度等就是控制钢水夹杂物尺寸、化学组成、形貌和数量，就是控制钢渣之间的氧平衡。

重庆钢铁炼钢厂针对不同的钢种，不同的产品用途，重点从控制LF 精炼时间、精炼渣成分、升温幅度、吹氩搅拌强度（吹氩流量和时间）和钙处理量等方面，实施分级精炼，保证了钢种精炼过程中钢-渣氧平衡，避免镁铝尖晶石等高熔点夹杂物大量生成。从而相继突破了经LF 精炼的硅锰脱氧低合金钢、硅锰铝弱脱氧钢和低碳低硅铝镇静钢堵水口的难题。同时还解决了低碳低硅铝镇静钢在脱硫、增硅、增碳和取向硅钢在增碳等方面存在的问题，实践效果较好。典型的LF 精炼渣化学成分见表5。

表5 典型的LF 精炼渣化学成分

2.4 其他改进措施

钢水过热度太低，夹杂物不易上浮，流动性变差，易使水口堵塞甚至冻结，也容易加重连铸板坯的半宏观偏析[6]。把中间包钢水过热度范围按15～23 ℃控制，降低了钢包未浇完频次。

提升钢包及连铸三大件等耐火材料品质，使其与钢种、工艺、成本等匹配，防止耐火材料原因影响连铸浇注困难。

建立钢水可浇性异常信息反馈及应对制度，降低了生产事故发生率。

3 实践效果

单中间包连浇炉数是评价钢水可浇性优劣的一个重要指标。通过采取上述改善钢水可浇性的生产技术措施，提高了各台铸机的单中间包连浇炉数。2018 年1-12 月重庆钢铁炼钢厂连铸机单中间包连浇炉数情况如图1 所示。

图1 2018 年1-12 月重庆钢铁炼钢厂连铸机单中间包连浇炉数情况

从图1 可以看出，5 台连铸机的单中间包平均连浇炉数均处于上升趋势。2018 年，1#连铸机月均单中间包连浇炉数最高达到15.41 炉，2#连铸机达到了15.08 炉，3#连铸机达到了11.73 炉，5#连铸机达到了32.61 炉，6#连铸机达到了34.26 炉，单中间包连浇炉数和钢产量均创造了公司历史最好水平。

4 结论

综合采用以下措施，可以有效改进钢水可浇性。

（1）定径快换水口浇注的热轧带肋钢筋钢采取硅锰弱脱氧技术，控制精炼出站钢水中的w[O]=（25～50）×10-6；浇注的光圆钢，采用硅+锰+少量铝弱脱氧技术，控制精炼出站钢水中的w[O]=（30～60）×10-6，较板坯钢种w[O]含量高约15×10-6。

（2）BOF →CAS →CC 工艺生产SPHC 钢，重点发挥高碱度渣渣洗冶金功能，控制钢包顶渣w（FeO+MnO）＜5 %、w（CaO）/w（Al2O3）=1.5～1.7。

（3）铝镇静钢钙处理控制w[Al]≥0.020 %，w[S]≤0.015 %，钢包顶渣改质，钙处理后w[Ca]=（22～35）×10-6。

（4）控制LF 精炼参数，保持钢种精炼过程中钢-渣氧平衡，避免镁铝尖晶石等高熔点夹杂物大量生成，开发LF 分级精炼技术。

（5）钢水过热度按18～23 ℃控制，提升耐火材料品质，建立钢水可浇性异常信息反馈及应对措施。