低碳低硅铝镇静钢开浇絮流原因分析及控制措施

2021-01-04付有彭张李鹏张忠福孙海坤

山东冶金 2020年6期

付有彭，张李鹏，张忠福，王哲，孙海坤

（日照钢铁控股集团有限公司，山东日照276800）

1 前言

某钢厂生产低碳低硅铝镇静钢，开浇炉次的工艺流程为：顶底复吹转炉—LF—薄板坯连铸机。原料为废钢和铁水，转炉吹炼结束及LF精炼过程采用Al脱氧，LF精炼处理完毕经过软吹后到连铸机浇铸，中间包过热度控制在25～35 ℃，拉速逐步提升最高5.2 m/min。浇次开浇阶段，受钢水纯净度、钢水温度、二次氧化等影响，大量夹杂物聚集在连铸水口或塞棒位置，造成棒位急剧上升。随着浇铸进行，附着在水口或塞棒的夹杂物被冲刷至结晶器，导致棒位急剧下降，形成冲棒现象，影响生产稳定性，严重时会造成漏钢。为此，对影响因素进行技术攻关，从精炼过程管控、钙处理工艺、保护浇铸等方面采取措施，开浇絮流现象得到有效控制，攻关效果显著。

2 絮流原因分析

低碳低硅铝镇静钢的成分控制见表1。

表1 低碳低硅铝镇静钢成分 %

2.1 钢水温度

开浇阶段钢水温度主要受制于精炼出钢温度及中包烘烤温度。若精炼出站温度过低或中包烘烤温度低，开浇后钢液进入中包，由于中包吸热多，造成钢液温度降低，流动性变差，钢液粘结塞棒。开浇炉次钢水温度较连浇炉次温度高，会增加钢水的吸氧量，加重钢水的二次氧化。浇铸过程随着温度的下降，钢水溶解氧的能力降低，被析出的氧与钢中铝反应将产生新的Al2O3夹杂物。随着温度较高的钢水不断流入中包，中包内钢水温度升高，塞棒粘结物被冲掉，造成冲棒现象。生产中，引入了开浇第一枪温度的概念，测温时间为大包开浇后，中包吨位为20 t时进行测温，此温度能较好地反应钢水及中包温度的共同影响。通过对近期低碳低硅铝镇静钢开浇数据统计，发现当中包第一枪温度＞1 558 ℃时，开浇钢水絮流比例为17%；而当温度低于此温度时，絮流比例为30%。最高棒位较基准棒位的上涨幅度分布见图1，当温度≤1 558 ℃时，最高棒位较基准棒位的差值更大。由此可见，开浇阶段中包钢水温度是影响开浇絮流的因素之一。

图1 不同温度区间棒位差值分布

2.2 钢水可浇性

2.2.1 精炼过程控制

低碳低硅铝镇静钢转炉终点及精炼过程均采用铝制品进行脱氧，铝脱氧后在钢中形成了大量的脱氧产物—Al2O3夹杂，Al2O3的熔点高达2 052 ℃，在钢液中以固态形式存在，呈群簇状、块状等。在吹氩搅拌过程中，尺寸较大的簇状Al2O3夹杂很快从钢液中上浮去除，而30 μm以下的簇状Al2O3夹杂以及小尺寸的块状Al2O3则容易滞留在钢液中，影响钢水的可浇性。精炼结束通过Ca 处理工艺，可将Al2O3夹杂变形为钙铝酸盐，CaO 和Al2O3能够生成 5 种铝酸钙化合物，即 CaO·Al2O3，CaO·2Al2O3，CaO·Al2O3，12CaO·7Al2O3，3CaO·Al2O3。当夹杂物中CaO 含量逐步提高，夹杂物出现Al2O3→CaO·6Al2O3→CaO·2Al2O3→CaO·Al2O3→12CaO·7Al2O3→3CaO·Al2O3→CaO 的转变，其中12CaO·7Al2O3的熔点（1 455 ℃）最低，因此钙处理的最佳效果是将钢中的Al2O3夹杂物变形为低熔点的12CaO·7Al2O3。当钙处理不当时，会产生高熔点的夹杂物，影响钢水可浇性，导致开浇絮流。夹杂物的去除方面，合适的炉渣碱度和流动性可以增强炉渣对夹杂物的吸收能力，从热力学计算可以看出，当渣中w（CaO）/w（Al2O3）=1.5～2 时，渣的a（CaO）较高，炉渣对Al2O3夹杂的吸收和去除有利。故精炼过程对可浇性的影响有炉渣性质、钙处理及软吹工艺等。

2.2.2 二次氧化

除脱氧过程中生成的内外生夹杂外，在浇铸过程中，钢水因二次氧化会产生部分外来夹杂。第一炉钢水开浇时，中间包充满了空气，高温钢水与空气接触，发生严重的二次氧化，产生大量氧化物夹杂。通过统计，开浇炉次较连浇炉次的Al、Ca 多氧化0.001%左右，Si多氧化0.003%左右。故开浇阶段存在严重的二次氧化也是影响开浇絮流的原因。

2.3 钢水成分

通过对开浇炉次成分进行统计，开浇炉次钢水上台Ca 与上涨棒位存在负相关。即上台Ca 越低，则上涨棒位越高，这主要受Ca 处理对夹杂物的变性效果影响。通过对其他成分的分析，硅也与棒位上涨存在一定的对应性。热力学计算如下：

该反应在开浇温度下可自发地逆向进行，证明开浇阶段会存在Si的氧化。当钢中Si含量较高时，会有更多的Si 被氧化，则同等氧含量情况下，会有更少的Al 被氧化，产生的Al2O3夹杂更少。故开浇钢水Ca、Si等成分也是影响开浇絮流的因素之一。

实际生产过程中，精炼过程送电次数、白渣保持时间等因素也是影响开浇絮流的因素。

3 控制措施

3.1 开浇温度

为保证钢水温度稳定性，开浇炉次禁止使用新修钢包或空停时间较长的钢包，冶炼过程充分大搅，以保证钢包充分吸热。中包烘烤温度≮1 200 ℃，保证开浇第一枪温度≥1 558 ℃。

3.2 精炼控制

精炼过程保证钢包氩气系统正常，保证冶炼过程的动力学条件。通过调整造渣料加入时机及加入量，保证尽早造好还原，且白渣保持时间≥15 min，终点渣况（TFe＋MnO）＞1.0%。为了减少冶炼过程吸氧，结合目前精炼钢水温度低的特点，要求精炼过程送电次数≤4次。

3.3 软吹及钙处理

因为开浇阶段存在严重的二次氧化，故规定开浇炉次采用过钙处理，要求出站Ca含量≥0.002 6%。通过增加钢水的Ca含量控制二次氧化所形成的夹杂物尽可能地保持在液相区域，以减小附着水口的风险。钙处理前后均进行钢水软吹，软吹时间控制在8～15 min，既使夹杂物可以充分变性并上浮，避免了时间过长导致二次氧化。另外，软吹时避免钢水直接裸露，钢液面波动即可，以减少与空气接触形成的二次氧化。

3.4 开浇保护浇铸

中包开浇前在冲击区进行氩气置换，向中间包内吹入氩气，利用氩气将中间包内空气置换出来，并形成微正压，以减少钢水直接接触空气风险。并通过对氩气置换管路的优化，保证开浇前期氩气一直覆盖于钢水表面。规定了开浇阶段覆盖剂的加入时机与加入量，使覆盖剂尽快融化并尽早覆盖钢水表面。此外，中间包测温孔、塞棒孔等位置均用石棉覆盖以起到隔绝空气的效果。