含硫鋁脫氧鋼可澆性工藝技術(shù)研究與應(yīng)用

張振祥

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司，山西 太原030003）

用鋁脫氧的鋼液中存在的氧化鋁夾雜物，熔點高、液態(tài)鋼中呈固態(tài)，在連鑄過程中很容易在水口出聚集，引起堵塞。通過向鋁脫氧鋼中喂入CaSi線，改變鋁氧化物夾雜的形態(tài)，形成低熔點的鈣鋁化合物，改善鋼液的澆鑄性能。但在生產(chǎn)初期經(jīng)過鈣化處理的鋼水仍然在澆鑄過程中，發(fā)生連鑄水口結(jié)瘤，提不起拉速，更換水口、水口燒眼等現(xiàn)象時常發(fā)生；導(dǎo)致斷澆。通過系統(tǒng)調(diào)查、原因分析和工藝改進實現(xiàn)了高硫鋼水的高效連澆。

1 工藝流程及主要裝備

試驗研究采用的生產(chǎn)工藝流程為：電轉(zhuǎn)爐冶煉一LF精煉一VD一圓坯連鑄。各工序的主要裝備條件如表1。

表1 煉鋼系統(tǒng)主要設(shè)備

試驗鋼種為BM重載車輪鋼。成分見表2。

2 水口結(jié)瘤形貌及原因分析

表2 鋼的牌號及化學(xué)成分 %

2.1 水口結(jié)瘤典型形貌

觀察斷澆后水口的形貌發(fā)現(xiàn)：在連鑄澆鑄的過程中，鋼水中的非金屬夾雜物在水口內(nèi)壁慢慢聚集結(jié)瘤，造成水口堵塞，如圖l所示。

圖1 水口結(jié)瘤處掃描電鏡和能譜分析圖

2.2 原因分析

分析水口結(jié)瘤物的掃描電鏡（圖1）可知，結(jié)瘤物主要為高熔點的CaS類夾雜物及部分Al2O3。主要原因鋼水中Al2O3鈣化不足造成Al2O3絮流；VD喂S線增硫和喂CaSi線進行鈣化處理的時間間隔過短，生產(chǎn)硫化鈣；喂入CaSi線的數(shù)量過多，多余的Ca與S反應(yīng)生成CaS。

3 工藝改進措施

3.1 控制電轉(zhuǎn)爐終點碳，降低LF鋼水初始氧含量

降低電轉(zhuǎn)爐終點碳，可以有效降低初煉鋼水中的溶解氧，降低精煉過程的脫氧負擔(dān)和減少鋼水中的脫氧產(chǎn)物的生成量，減少鋼水中的夾雜物。

3.2 電轉(zhuǎn)爐終點碳控制

1）工藝采取爐壁氧槍供氧、鐵水溜槽兌鐵工藝。

2）采用爐壁氧槍定槍位、定流量。氧槍流量：2 300～2 500 m3/h。

3）變鐵水兌入量，控制爐內(nèi)碳含量的平衡，最終實現(xiàn)理想的終點碳控制。爐內(nèi)余碳按0.8%～1.0%控制，爐內(nèi)兌鐵15 t開吹，開吹后吹氧與兌鐵同步，確保爐內(nèi)余碳0.8%～1.0%均衡。

4）兌鐵結(jié)束后兌鐵水結(jié)束后，根據(jù)終點碳的要求控制吹氧總量，終點碳控制0.2%～0.4%。

3.3 精煉爐快速造白渣

根據(jù)電轉(zhuǎn)爐通報每爐終點控制信息，LF在送電后加入碳化鈣快速造渣，通過蘸渣觀察爐渣還原性，對進站鋼水質(zhì)量進行綜合判斷后加鋁丸脫氧處理，加入足量脫氧劑和渣料，形成高堿度的脫氧、脫硫渣，根據(jù)合金成分要求進行合金調(diào)整和還原，繼續(xù)調(diào)整渣料，控制還原渣組分R=m（CaO）∶m（SiO2）=3.5～4.5，MI=R∶m（Al2O3）≈0.25～0.35，控制w（FeO）＜0.5%。形成脫氧能力較強的白渣，且白渣保持時間大于25 min。精煉白渣主要為四元渣系，爐渣具有良好的流動性，具有吸附夾雜物能力及脫氧脫硫能力。

3.4 VD處理工藝優(yōu)化

VD工序的主要任務(wù)是通過真空處理脫氣、通過喂線手段完成夾雜物的變性處理和成分控制，通過氬氣軟攪拌完成夾雜物的上浮去除。真空狀態(tài)下鋼水吹氬攪拌效果是去除鋼水夾雜物的關(guān)鍵，特別是對Al2O3等夾雜物的去除有良好的作用。工藝標(biāo)準(zhǔn)：高真空度（≤67 Pa）下保持時間≥15 min，氬氣參考流量150～200 L/min。在VD破真空后，進行喂線處理，進行硫含量的控制和夾雜物的變性處理。工藝標(biāo)準(zhǔn)：喂硅鈣線與喂硫線間隔時間≥5 min，喂線量120～130 m（目標(biāo)w（S）=0.020%）根據(jù)硫線回收情況適當(dāng)補加硫線，喂線處理結(jié)束后進入軟攪拌模式。軟攪拌工藝標(biāo)準(zhǔn)：在保證鋼液不裸露前提下軟攪拌時間：15～25 min。

4 應(yīng)用效果

4.1 鋼中全氧、全鋁、硫含量控制（見表3）

4.2 鋼中非金屬夾雜物控制（見表4）

表3和表4分析可知，通過電轉(zhuǎn)爐終點碳控制、優(yōu)化快速造白渣操作、強化VD喂線標(biāo)準(zhǔn)化操作等系列措施，充分促進了非金屬夾雜物的上浮去除和避免了增硫后鋼水形成夾雜物，實現(xiàn)了鋼水增硫后鋼水可澆性的應(yīng)用，鋼水連拉爐數(shù)達到了15爐，無水口結(jié)瘤，避免了由于鋼水流動性不好造成的斷澆。

表3 鋼中全氧、全鋁、硫含量控制 %

表4 鋼中非金屬夾雜物控制 %

5 結(jié)論

1）高硫鋁脫氧鋼水影響鋼水可澆性的因素主要是因為高熔點的Al2O3非金屬夾雜物和鈣化處理過程形成的CaS在水口內(nèi)壁聚集長大造成水口內(nèi)壁堵塞。

2）通過減少LF進站鋼水氧含量，可以有效減少類非金屬夾雜物Al2O3含量。

3）四元渣系具有良好的流動性，吸附夾雜物能力及脫氧能力，可以有效地避免水口結(jié)瘤。

4）快速造白渣延長白渣保持時間25 min以上以及合理的吹氬制度，可以有效地減少鋼中非金屬夾雜物的含量，從而降低水口結(jié)瘤幾率。

5）合理控制VD工序的喂線量和喂線間隔時間，精準(zhǔn)控制軟攪拌時間和流量，能有效去除Al2O3夾雜，避免CaS夾雜的生成，杜絕高硫鋁脫氧鋼連鑄過程的水口結(jié)瘤。