低硅鋁鎮(zhèn)靜鋼鈣處理工藝分析與實(shí)踐

王德勇，李紅梅

（本鋼特殊鋼開發(fā)項(xiàng)目部 本鋼質(zhì)量管理中心，遼寧 本溪 117000）

低硅鋁鎮(zhèn)靜鋼鈣處理工藝分析與實(shí)踐

王德勇，李紅梅

（本鋼特殊鋼開發(fā)項(xiàng)目部 本鋼質(zhì)量管理中心，遼寧 本溪 117000）

不當(dāng)?shù)拟}處理工藝不但起不到凈化鋼水提高可澆性的目的，反而造成水口嚴(yán)重堵塞。通過對鋼水鈣處理喂絲時(shí)的喂速，以及鈣處理前、鈣處理過程和鈣處理后的吹氬、溫度及Al t的控制和優(yōu)化。結(jié)果表明在一定溫度條件下，有一個(gè)最佳喂線速度。配合鈣處理前溫度和Al t的控制，喂線過程中及喂線后應(yīng)保證一定量的軟吹，可達(dá)到最佳的鈣處理效果，保證鋼水的可澆性。

鈣處理；鈣鐵線；喂線速度；軟吹

低硅鋁鎮(zhèn)靜鋼澆注過程中易造成水口堵塞，鈣處理是解決水口堵塞的有效手段，可明顯改善鋼水可澆性，保證澆注順暢。

1 鈣處理工藝原理

1.1 夾雜物的危害

在煉鋼過程中，少量爐渣、耐火材料及冶煉中反應(yīng)產(chǎn)物可能進(jìn)入鋼液，形成非金屬夾雜物。常見的非金屬夾雜物有主要有以下幾種：（a）氧化物，常見的為A l2O3；（b）硫化物，如FeS、MnS、（MnS·FeS）等；（c）硅酸鹽，如硅酸亞鐵（2FeO·SiO2）、硅酸亞錳（2MnO·SiO2）、鐵錳硅酸鹽（m FeO·MnO·SiO2）等；（d）氮化物，如TiN、ZrN等；點(diǎn)狀不變形夾雜物等。它們都會(huì)降低鋼的機(jī)械性能，特別是降低塑性、韌性及疲勞極限。嚴(yán)重時(shí)還會(huì)使鋼在熱加工與熱處理時(shí)產(chǎn)生裂紋或使用時(shí)突然脆斷。

1.2 鈣處理的作用

鈣處理主要是改變?nèi)趸X及硫化物夾雜物的形態(tài)。經(jīng)過鈣處理以后三氧化二鋁和二氧化硅被轉(zhuǎn)變成鈣鋁酸鹽或鈣硅酸鹽，并與硫化物一起形成復(fù)合型夾雜物，并由高熔點(diǎn)的鏈條形夾雜物轉(zhuǎn)變成低熔點(diǎn)的球形夾雜物（如圖1所示［1]），利于夾雜物的上浮去除，提高鋼水純凈度，避免在澆鑄過程中，三氧化二鋁在水口處結(jié)瘤而引起水口堵塞，從而提高連鑄的連澆爐數(shù)，降低鋼材與夾雜物有關(guān)的變化。

2 生產(chǎn)工藝流程及技術(shù)參數(shù)

2.1 工藝流程

鈣處理工藝流程如圖1所示。

2.2 主要工藝技術(shù)參數(shù)

喂絲機(jī)是某機(jī)械制造公司生產(chǎn)的四線喂絲機(jī)，喂線速度在0～300m/min，鋼包直徑3.65m，鋼包深度4.1m，喂線量在1～5m/ t，喂線溫度在1580～1620℃，平均鋼水量在170t左右，兩塊偏心透氣磚。喂絲過程中進(jìn)行軟吹，喂絲后軟吹5～8min后取樣分析鈣含量。CaFe線的規(guī)格如表1。

Table 1 CaFe wire physical and chemical indicators

3 鈣處理效果的影響因素及控制要點(diǎn)

3.1 喂線速度和鋼水溫度對鈣收得率的影響

實(shí)踐表明，喂線效果與喂線速度的選擇有明顯關(guān)系。由于鈣在高溫條件下極易氣化，通常要求鈣線在包底熔化，以保證鈣合金能與鋼水充分反應(yīng)，從而達(dá)到較高的鈣收得率。喂絲速度過慢，絲線未到達(dá)底部或在表面就熔化了；喂絲速度過快，絲線在鋼包底部打彎上翹，甚至穿出鋼液面，這兩種情況下都會(huì)使鈣收得率大大降低，因此，確定合理的喂線速度是達(dá)到最佳喂絲效果的一個(gè)關(guān)鍵因素。經(jīng)過在現(xiàn)場用不同喂線速度進(jìn)行喂線試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析得出，在喂線量一定的情況下鋼水中鈣的含量隨著喂線速度的增加而增加，即鈣收得率跟喂線速度成正比。

圖2是絲線在鋼液中熔化過程的示意圖。當(dāng)CaFe線進(jìn)入鋼液以后，絲線內(nèi)包裹的粉劑變化為：由固態(tài)轉(zhuǎn)變成液態(tài)，再由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)。

圖2 絲線在鋼液中的熔化行為示意圖

圖2中H 3面為包裹CaFe粉的鐵皮熔化、CaFe粉與鋼液接觸的位置，即絲線進(jìn)入鋼液的最大深度，理論上［2]根據(jù)下式計(jì)算：H3＝A×d〔1-d/D〕×V 公式（1）

A，與鐵皮熔化時(shí)間有關(guān)的系數(shù)；d，鐵皮厚度mm；D，絲線直徑mm；V，喂線速度m/min

H2面為固體CaFe粉劑上浮途中變成液體的位置，由于CaFe粉劑由固態(tài)變成液態(tài)溶于鋼液很快，因此，H2、H3的位置很接近。H1面為液態(tài)CaFe粉上浮途中從液態(tài)變成氣態(tài)，即臨界沸騰的位置，H1和鋼水靜壓力有關(guān)，1600℃時(shí)，鈣的飽和蒸汽壓為1.8atm，相當(dāng)于鋼液1.5m深，即H 1等于1.5m。

喂線速度和鋼水溫度的影響主要體現(xiàn)在對H2和H 3的影響上。當(dāng)鋼水溫度一定時(shí)，提高喂線速度，則H3面下降（假設(shè)絲線未到達(dá)鋼包底部），CaFe粉在鋼水中的停留時(shí)間延長，鋼水中殘Ca量增加。當(dāng)喂線速度一定時(shí)，鋼水溫度高，可以加快固體CaFe粉劑的熔化，即降低H2面，提高液態(tài)鈣在鋼水中的停留時(shí)間，鋼水中的進(jìn)鈣值也相應(yīng)增加；但喂線速度過低或鋼水溫度過高也會(huì)使鐵皮過早熔化，從而使H3面上升，縮短了Ca在鋼水中的停留時(shí)間，對提高鈣的收得率不利，因此，當(dāng)鋼水溫度高時(shí)，必須相應(yīng)提高喂線速度。由此可見，喂線速度和鋼水溫度只有配合恰當(dāng)，才有利于改善鋼包鈣處理的效果，即一定的鋼水溫度下存在一個(gè)最佳喂線速度。

3.2 最佳喂線速度的估算

將現(xiàn)場數(shù)據(jù)帶入（1）式中，則d/D約為0，A×d近似認(rèn)為是鐵皮熔化時(shí)間，這樣：H3＝鐵皮熔化時(shí)間ⅹ喂絲速度，則：最佳喂絲速度＝鋼包鋼水深度/鐵皮熔化時(shí)間（2）［3]

圖3 CaSi線外包鐵皮在鋼水中的熔化時(shí)間

根據(jù)圖3所示，在1600℃時(shí)，鐵皮的熔化時(shí)間約為1.5秒，按鋼水量150t和鋼水深度4.1m計(jì)算，則：最佳喂線速度＝4.1/1.5＝2.73m/ s＝164m/min

由（2）式計(jì)算的最佳喂線速度與實(shí)際情況相差較遠(yuǎn)，其原因是（2）式成立的條件是：絲線能垂直進(jìn)入鋼液，但由于絲進(jìn)入鋼液后，受鋼液浮力和紊流的作用，以及鐵皮遇熱軟化，實(shí)際絲線在進(jìn)入鋼液后就已經(jīng)發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，觀察喂線時(shí)鈣的燃燒主要集中于喂線點(diǎn)0.4m以外的區(qū)域，則表明絲在鋼液中確實(shí)發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。所以實(shí)際絲線行程約為5m，另外考慮到喂線期間的氬氣攪拌和鋼水浮力等因素的影響，則實(shí)際最佳喂線速度為210～230m/min。當(dāng)然最佳喂線速度不是固定不變的，要根據(jù)實(shí)際情況靈活調(diào)整。

3.3 最佳喂線量的控制

從CaO- Al2O3-MgO三元渣系相圖中可以看出，鋼中鈣含量有一個(gè)合適值，鈣含量過高浪費(fèi)生產(chǎn)成本，導(dǎo)致澆鑄過程中水口等耐材侵蝕嚴(yán)重。過少起不到鈣處理的效果，因此要確定合適的鈣含量。一般認(rèn)為要使鋼中的Al2O3與CaO反應(yīng)形成低熔點(diǎn)的12CaO·7Al2O3或3CaO·Al2O3化合物，位于CaO-Al2O3-MgO相圖中粉色區(qū)域，有研究表明將鋼中的Ca/Al值控制在0.08～0.12之間有利于形成12CaO·7Al2O3或3CaO·Al2O3化合物，因此要根據(jù)鋼中鋁含量和鈣線收得率確定合理的喂線量。

3.4 喂線期間及鈣處理后的吹氬控制

由于在無攪拌的情況下，鋼包內(nèi)鋼水會(huì)分層，因此在喂線過程中適當(dāng)吹氬已被普遍采用，但氬氣流量不宜過大，否則會(huì)使絲線的穿透深度降低，鈣收得率降低。建議吹氬流量控制在80～120NL/min。喂線后要在不裸露鋼液的情況下進(jìn)行凈化吹氬，俗稱“軟吹”。使遺留在鋼液中的反應(yīng)產(chǎn)物，由于攪拌而聚合，與大型夾雜物或氣泡一起上浮到鋼包的浮渣之中，以達(dá)到凈化鋼水的目的。凈化吹氬有兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)：第一是防止浮渣卷入鋼液；第二是凈化吹氬最少的吹氬時(shí)間約5～8min。

3.5 喂線前的溫度及Alt控制

喂線前溫度不能過高，也不能過低。過高，喂線后需加廢鋼降溫；過低，喂線后需要升溫。這兩種情況都會(huì)影響鈣處理效果，使鈣燒損增加，鋼的純凈度惡化。

喂線前Alt應(yīng)控制在0.025～0.035%，不宜過高，以減少喂線量，增加鈣鋁比的命中率；也不宜過低，以免喂線后補(bǔ)鋁，使鋼中夾雜物增加，影響連鑄澆鑄。

3.6 工藝優(yōu)化效果

工藝優(yōu)化前后鈣處理效果對比：鈣線收得率分別為18%，25%；鈣鋁比命中率分別為64%，79%；平均連澆爐數(shù)分別為8爐，11爐。由數(shù)據(jù)可以看出，在適當(dāng)?shù)奈咕€速度下，合理的控制吹氬流量，精確的控制喂線前的溫度及Alt含量，鈣的收得率及鈣鋁比命中率大幅度提高，平均鈣的收得率提高30%，鈣鋁比命中率提高15個(gè)百分點(diǎn)，大大節(jié)約了鈣線的使用量，提高了鋼水的可澆性，降低了生產(chǎn)成本。

4 結(jié)論

（1）1600℃條件下，鈣處理的喂線速度應(yīng)以210～230m/min為宜。溫度變化時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際條件作相應(yīng)調(diào)整。

（2）鈣處理喂線過程中及鈣處理后應(yīng)保證有足夠的軟吹，軟吹氬氣流量應(yīng)控制在80～120NL/min。

（3）喂線前，鋼水的溫度和Alt應(yīng)控制在較合理的范圍內(nèi)，并要掌握合適的喂線量，以使鋼中Ca/Al值控制在0.08～0.12，不宜喂線過程中或喂線后補(bǔ)加合金和調(diào)整溫度。

［1]Faries．Iron and Steel Making［J]．1986，1：143．

［2]顏根發(fā)．鋼包喂線技術(shù)的工藝?yán)碚搯栴}［J]．冶金叢刊，1994，1：18．

［3]張臘清．鋼包喂線技術(shù)與應(yīng)用［J]．山西冶金，1995，3：30-37．

王德勇（1976—），男，漢族，遼寧丹東人，本科，煉鋼工程師 ，研究方向：煉鋼及精煉工藝研究。