小方坯冷镦钢炼钢工艺开发实践

2022-01-23侯福庆周仕升

山西冶金 2021年6期

侯福庆，韩亮，杨阳，周仕升

（日照钢铁有限公司长型材制造部，山东日照 276800）

冷镦钢作为生产螺栓、螺母、铆钉的原料，利用其金属的塑形进行冷镦加工，加工过程变形量大，对钢水的纯净度要求较高。SWRCH22A作为铝镇静钢，在脱氧过程难免产生氧化铝夹杂物，在精炼过程通过钙处理和软吹的方式对夹杂物进行变形和去除，钢中非金属夹杂物一方面影响钢水的可浇性，另一方面会引起冷镦开裂。本文针对日照钢铁长型材制造部在开发初期经常出现絮流问题从转炉、精炼、连铸全流程进行工艺优化、调整，改善了钢水质量，有效解决了钢水絮流问题。

1 工艺流程

日照钢铁有限公司（全文简称日钢）长型材制造部小方坯冷镦钢SWRCH22A的生产工艺流程：60 t转炉→LF炉精炼→165 mm×165 mm小方坯连铸。其中转炉采取出钢先加铝锭脱氧再进行合金化，LF精炼炉采取“白渣+钙处理+软吹”的处理方式，连铸采取保护浇注，中包过热度25～35℃，拉速控制在2.4 m/min。

2 结瘤物检验

对中间包上水口结瘤物检验分析CaO-MgO-Al2O3及CaO-CaS-Al2O3复合夹杂，产生的此类夹杂物熔点高，留在钢液中很难上浮去除，在浇注过程附着在上水口内壁，形成结瘤，影响钢水的可浇性。结瘤如图1，结瘤物如表1。

表1 结瘤物成分 %

图1 结瘤物现场图

3 结瘤原因分析

3.1 精炼过程

冷镦钢为含铝钢对Al含量有一定要求，转炉、精炼都采取铝脱氧会形成高熔点Al2O3，另当转炉供精炼Al含量偏低时，精炼到位后第一时间对准氩气口进行补铝操作，精炼后期采取钙处理后逐步往低熔点区域靠近，经软吹处理后部分夹杂物得以上浮去除，钙处理效果受工艺参数稳定性、炉渣等因素影响，处理过程可能出现Al2O3夹杂物改性不充分，或生成CaS等高熔点夹杂，或者在精炼过程发生钢水的二次氧化形成新的夹杂物，在浇注过程中附着在水口内壁造成水口结瘤。

3.2 浇注过程

盛有钢水的钢包开浇后通过套管流入中间包，中间包内的钢水再通过浸入式水口流入结晶器，在此过程中易与空气接触发生二次氧化，形成高熔点Al2O3、MgO-Al2O3，也会在水口形成结瘤。通过对比冷镦钢SWRCH22A开发初期精炼、连铸钢水中Als和N含量的变化，发现w（Als）损平均0.015%，钢水增w（N）平均0.005%，说明钢液在浇注过程吸入空气发生了二次氧化。

4 水口结瘤改进措施

4.1 转炉

4.1.1 提高一倒率

转炉提高终点温度、成分命中率，减少点吹、钢水氧化性，通过调整一倒率由63%提至80%，转炉终点w[O]由423×10-6降至375×10-6，减少了脱氧剂铝锭加入量，从而减少了Al2O3夹杂物的形成并稳定了供精炼Al含量。

4.1.2 顶渣改质

转炉在出钢过程加入1.6 kg/t顶仓灰、高铝钢包渣改质剂由2.2 kg/t提高至2.7 kg/t，钢包底吹由单氩气增加为双氩气，提高渣洗效果，生成熔点不高，流动性适中又容易形成泡沫的以铝酸钙为主的渣系，有利于缩短精炼时间、降低炉渣氧化性提高钢水脱硫效果。

4.2 精炼

4.2.1 增加渣层厚度

除转炉改质剂增加外，将精炼渣料石灰由3.8 kg/t提高至5 kg/t，通过增加精炼渣层厚度，在精炼期间减少钢水吸氧、吸氮及与外界接触发生二次氧化形成夹杂物，同时提高精炼脱硫能力。

4.2.2 优化脱氧工艺

首先使用电石脱氧，待精炼渣起泡、化渣后加入铝粒脱氧，前期变渣以铝粒为主，电石为辅尽快变渣，后期以电石为主、铝粒为辅保证白渣和良好的发泡性能，脱氧剂加入执行少加、匀加、勤加的原则，使脱氧剂均匀铺展到渣面，确认白渣后采用电石脱氧为主保持白渣和精炼渣发泡性能直到出钢，过程注意粘渣观察脱氧情况。

4.2.3 钙处理工艺优化

钙铝比是衡量Al2O3夹杂物变性的标志，合理的钙处理可将钢水中固态的高熔点Al2O3夹杂转变为低熔点的铝酸钙（12CaO·7Al2O3，熔点1 455℃，浇注温度下为液态）。使用钙含量高的无缝金属钙线替代钙铁线、增加喂丝机导管的长度、将喂线速度设定为2～3 m/s、一次性喂入220 m等措施有助于增加钙线的插入深度和减少弯曲，提高钙回收率。钙铝质量比由起初开发阶段的0.05%提升至0.09%，改善了钢水的可浇性。

关注过程氩气控制：生产冷镦钢前对氩气总压力进行确认，保证精炼炉氩气总压力＞1.2 MPa，并对上线的钢包透气性进行检查，从转炉吊来的钢水在精炼座包后第一时间打开氩气，保证钢水及液面的流动性，在进行钙处理前进行第一次软吹，软吹时间7 min，喂线期间钢包吹氩流量采取强搅拌，钙处理后进行第二次软吹，软吹时间5 min，线结束后采用相对较弱的吹氩流量。通过两次软吹使精炼过程的生成夹杂物充分上浮。

4.3 连铸

4.3.1 保护浇注

中包开浇前吹氩3 min以上，排除空包内多余的空气，浇注期间中包、大包长水口、浸入式水口全程氩封，隔绝空气。使用钢包升降回转台，钢包开浇时采取先上大包长水口再开浇的方式，Als损由开发初期的平均0.015%降低至0.008%，增w（N）由开发初期的平均0.005%降至至0.003%，同时将中包上水口与浸入式水口碗口接触方式由原来的“线”接触改为“面”接触，增大二者之间的接触面积，进一步减少与空气接触造成钢水的二次氧化。

4.3.2 高拉速生产

将中包上水口的直径尺寸由Φ23 mm调整至Φ28 mm，浸入式水口碗口直径尺寸由Φ25 mm调整至Φ28 mm，减少结瘤对钢水可浇性的影响。开浇按6个流组织生产，一次性先开4个流，再开2个流（节奏紧张堵流按5个流生产），开浇顺利后将拉速控制在1.8 m/min，脱锭正常后，过热度＜45℃时调整至目标拉速2.1 m/min，过热度≤38℃调整至2.4 m/min。在温度条件合适情况尽快将拉速提起来，减少因开浇拉速慢，中包上水口附着夹杂物导致结瘤。