承鋼微鈣處理工藝實(shí)踐探討

方 鳴，裴曉宇，宋慧強(qiáng)，辛 力，宮永煜

（河鋼承鋼板帶事業(yè)部，河北 承德 067002）

鈣處理的目的主要還是將鋼液中的Al2O3固體夾雜物轉(zhuǎn)變?yōu)榈腿埸c(diǎn)的鋁酸鈣液體[1]，以抑制鑄造時(shí)Al2O3固體夾雜物的積累造成的結(jié)瘤和噴嘴堵塞[2]。鈣處理的關(guān)鍵是當(dāng)鋼水中氧和硫抑制鈣對(duì)氧化物夾雜物的改性作用時(shí)，如何獲得良好的改性氧化物，避免大量CAS夾雜物的形成[3-5]。目前，河鋼承鋼板帶事業(yè)部冶煉作業(yè)區(qū)實(shí)施全鋼種鈣處理工藝，每噸鋼鈣線用量為0.53kg/t。但在實(shí)際跟蹤過(guò)程中發(fā)現(xiàn)部分爐次在不進(jìn)行鈣處理或低鈣處理的情況下并不會(huì)影響鋼水的可澆性。通過(guò)分析我廠現(xiàn)有生產(chǎn)數(shù)據(jù)中無(wú)鈣處理或低鈣處理爐次對(duì)鋼水可澆性影響的基礎(chǔ)上降低鈣線用量，減少生產(chǎn)成本。

1 精煉終渣組分的理化性質(zhì)

本企業(yè)因全部為鋁脫氧鎮(zhèn)靜鋼，精煉的基本渣系為CaOSiO2-Al2O3，配入部分CaF2以提高流動(dòng)性，因轉(zhuǎn)爐耐材維護(hù)需要精煉渣中含部分MgO。

終渣堿度及各組分對(duì)終渣特性的影響：

1.1 堿度影響

實(shí)際操作過(guò)程當(dāng)中當(dāng)堿度過(guò)大（大于4.0）的時(shí)候，造渣比較困難，實(shí)際精煉渣系的適宜堿度為2.3～3.5。CaO-SiO2-MgOAl2O3渣系脫硫?qū)嶒?yàn)表明，當(dāng)堿度小于3.0時(shí)，隨堿度升高，Ls增加；當(dāng)堿度大于3.0時(shí)，提高堿度，Ls下降。隨著CaO含量提高，[S]降低，但當(dāng)(CaO)＞60%后，渣中會(huì)有固相質(zhì)點(diǎn)析出，爐渣粘度上升，流動(dòng)性變差，從而影響了脫硫的動(dòng)力學(xué)條件，使脫硫效果變差。

1.2 Al2O3影響

Al2O3能降低熔渣的熔點(diǎn)，當(dāng)Al2O3含量小于15%時(shí)，提高Al2O3含量可改善渣的流動(dòng)性，促進(jìn)脫硫反應(yīng)。但過(guò)高則會(huì)使渣的堿度降低過(guò)多，不利于Al2O3夾雜物的消除，一般將渣中Al2O3的用量控制在10%～18%之間。

1.3 CaF2影響

CaF2本身不具備脫硫的效果，它的主要作用是降低脫硫渣的熔點(diǎn)，改善爐渣流動(dòng)性。精煉渣中CaF2含量在7.5%～30%之間波動(dòng)。渣系設(shè)計(jì)應(yīng)以堿度為主要參考因素，在考慮渣系流動(dòng)性和耐火材料消耗的前提下，適當(dāng)添加CaF2。

1.4 MgO影響

MgO的主要作用是降低渣中SiO2的活性，提高Cao的活性，從而提高Ls。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)爐渣中MgO含量為8-10%時(shí)，脫硫效果最好。

1.5 爐渣氧化性控制

爐渣的氧化性能是影響爐渣的脫硫效果的主要因素。∑(FeO)+(MnO)的含量反映了精煉渣的氧化性。當(dāng)爐渣中(FeO)+(MnO)含量大于1%時(shí)，脫硫效率顯著降低。通過(guò)控制渣量，提高鋼包渣質(zhì)量，可有效降低鋼包頂渣的氧化，使鋼包中(FeO)+(MnO)含量小于1%。

2 普鋼鈣含量與Ca/S比的數(shù)據(jù)跟蹤

據(jù)研究，當(dāng)Ca/S=0-0.2時(shí)，鈣不參與脫氧、脫硫、鋁脫氧和錳脫硫，鈣不能控制夾雜物的形態(tài)和組成；當(dāng)Ca/S＝0.2～0.5時(shí)，鈣使Al2O3變性，但不會(huì)改變MnS；當(dāng)Ca/S＝0.5～0.7的時(shí)候，鈣使Al2O3變性并同時(shí)改性MnS。當(dāng)Ca/S較大時(shí)，除了Al2O3變性外，鈣還會(huì)代替錳形成硫化鈣。

現(xiàn)有生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析：通過(guò)跟蹤分析我廠兩個(gè)月內(nèi)Gr50-11和SAPH400-C鋼種807爐有效數(shù)據(jù)出站鋼水Ca含量得出結(jié)果如圖1所示。

圖1 Gr50-11和SAPH400-C鋼種出站成分Ca/S比趨勢(shì)

通過(guò)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，我廠生產(chǎn)Gr50-11和SAPH400-C鋼種Ca/S比值大致分布范圍在0～6.25之間，其中Ca/S=0處分布最多數(shù)量為380爐次，考慮到化驗(yàn)偏差的情況按50%計(jì)算為190爐，其次主要分布在0～0.5范圍內(nèi)，其中0.20和0.25兩處分布最多，分別對(duì)應(yīng)爐次為57和52，當(dāng)Ca/S＝0-0.2時(shí)，鈣不參與脫氧、脫硫和鋁的脫氧，而參與錳的脫硫，鈣不能控制夾雜物的形貌和組成；當(dāng)Ca/S＝0.2-0.5時(shí)，鈣變性Al2O3，但不變質(zhì)MnS，以此推斷我廠生產(chǎn)大部分普鋼中鈣處理對(duì)鋼水可澆性無(wú)明顯影響。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)連鑄穩(wěn)定拉鋼情況認(rèn)為，我廠在生產(chǎn)普鋼時(shí)具備弱鈣處理甚至無(wú)鈣處理?xiàng)l件。

3 制定降鈣實(shí)驗(yàn)方案及實(shí)施效果

3.1 原有工藝下澆次第4爐起每3爐降低50米

通過(guò)跟蹤連鑄澆鑄情況發(fā)現(xiàn)，在澆次前期連鑄澆鑄正常，結(jié)晶器液面穩(wěn)定，塞棒曲線穩(wěn)定無(wú)波動(dòng)，但部分澆次從第11爐開(kāi)始連鑄反應(yīng)塞棒曲線波動(dòng)，當(dāng)鋼水澆注能力下降時(shí)，鈣線的加料量為每爐150m。通過(guò)后續(xù)爐次提高鈣線喂入量緩解不下流程度。通過(guò)分析生產(chǎn)情況和成分，水口出現(xiàn)結(jié)瘤現(xiàn)象，出現(xiàn)堵塞物，分析為精煉過(guò)程中成渣晚，夾雜物上浮不明顯，在澆次前期鈣處理較充分爐次中能夠起到較好的改制效果，但在澆注后期，鈣線進(jìn)給量不能滿足鑄造需求，鋼液內(nèi)Al2O3夾雜含量較高，在水口處聚集結(jié)瘤造成可澆性下降。

依據(jù)精煉終渣配比及理論相關(guān)的研究，鋼水中Al2O3含量是高導(dǎo)致鋼水不下流的主要原因，如下圖2所示，分析主要是由于LF精煉過(guò)程中還原渣保持時(shí)間不足、爐渣流動(dòng)性不良和吹氬攪拌制度不規(guī)范、高熔點(diǎn)Al2O3類夾雜物上浮去除并不充分，導(dǎo)致鋼水中夾雜物滯留.根據(jù)爐渣表面張力計(jì)算，平均精煉終渣表面張力偏低，曼內(nèi)斯曼常數(shù)偏低，夾雜物吸附能力不足，精煉終渣未達(dá)到良好的吸附夾雜的效果。

圖2 中包水口堵塞物分析

3.2 提高化渣速度提前形成白渣

通過(guò)控制CaF2合理加入量，在加快化渣速度的同時(shí)避免出現(xiàn)因過(guò)量降低CaO濃度和精煉渣流動(dòng)性影響脫硫效果；提高埋弧效果加快前期升溫速率提高化渣速度；控制精煉渣中Al2O3不超過(guò)30%，同時(shí)確保CaO/Al2O3大于1.5保證良好的脫硫效果和對(duì)夾雜物良好的吸附能力。加快成渣速度，提前造白渣增加夾雜物上浮吸附時(shí)間，降低鋼液中Al2O3含量減少鈣線需求。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況跟蹤，對(duì)比試驗(yàn)爐次取樣分析起吊渣樣Fe2O3+MnO含量，最高值為1.255%，最低值為0.508%，針對(duì)本鋼種對(duì)比，爐渣脫氧可滿足白渣條件，其中所有爐次Fe2O3均小于1.2%。

3.3 調(diào)節(jié)氬氣流量，提高夾雜物上浮速度

此外進(jìn)一步降低鈣線喂入量效果不穩(wěn)定原因?yàn)椴糠譅t次夾雜物上浮不充分，導(dǎo)致鋼液中仍有Al2O3存在，雖在自身爐次澆鑄過(guò)程中無(wú)明顯的絮流現(xiàn)象，但雖連澆爐數(shù)增加，夾雜物在水口聚集體積逐漸增大導(dǎo)致澆次末期可澆性下降。

在此基礎(chǔ)上將現(xiàn)有的制定以下氬氣流量制度：①減少化渣和升溫過(guò)程氬氣流量，減少1200以上流量的使用；②非必要條件禁止使用旁吹；③嚴(yán)格控制弱吹氬流量減少過(guò)程二次氧化；④控制弱吹氬時(shí)間不低于8分鐘。

3.4 降低轉(zhuǎn)爐出鋼終點(diǎn)氧，實(shí)行轉(zhuǎn)爐出鋼渣洗工藝

鋼水中的氧含量與端碳含量密切相關(guān)，鋼水終點(diǎn)碳含量越高，鋼中的氧含量越低，因此轉(zhuǎn)爐采取拉碳操作，降低鋼水終點(diǎn)氧，減輕精煉脫氧負(fù)擔(dān)，以不斷提高精煉冶煉效率。除此之外在轉(zhuǎn)爐出鋼過(guò)程當(dāng)中加入200-350kg小粒灰以及200kg精煉渣同時(shí)根據(jù)氬站成分降低精煉工序渣料加入量，在出鋼過(guò)程中起到渣洗的作用將精煉造渣前移，氬站確保800以上氬氣大翻3min以上隨后降低氬氣流量保持鋼液蠕動(dòng)直至起吊到精煉確保脫硫及夾雜物上浮效果。

通過(guò)優(yōu)化轉(zhuǎn)爐錘煉操作，在相同入爐條件的情況下，拉碳爐次終點(diǎn)碳含量平均上升0.05%，終點(diǎn)氧平均下降325.75ppm，降效果顯著為后續(xù)精煉降低脫氧劑消耗提供良好的條件。

未渣洗爐次不同程度上S均有回升現(xiàn)象，渣洗在脫硫方面效果較為顯著，出鋼溫度、精煉渣加入量和終點(diǎn)氧化性相似的情況下,渣洗可起到脫硫效果，隨小?；壹尤肓吭黾?，脫硫率由2.78%升至26.5%，其中13與15爐次，100小?；姨嵘摿蛐蔬_(dá)15%。由此可見(jiàn)小?；壹尤肓渴怯绊懺葱实闹饕蛩亍?/p>

3.5 擴(kuò)大推廣試驗(yàn)實(shí)施效果

按初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果擴(kuò)大試驗(yàn)爐數(shù)并跟蹤試驗(yàn)結(jié)果，轉(zhuǎn)爐拉碳操作顯著降低轉(zhuǎn)爐出鋼終點(diǎn)氧，最低180ppm，最高464ppm，均值達(dá)到296ppm；與試驗(yàn)前比較，精煉渣樣中Al2O3含量基本穩(wěn)定在30%以下；CaO/Al2O3系數(shù)均超過(guò)1.5；Fe2O3+MnO含量最低0.401%，最高1.275%；Fe2O3含量均低于1.2%滿足精煉快速化渣，提前形成白渣的需求，且具有較好的夾雜物吸附能力；實(shí)驗(yàn)后連鑄澆鑄過(guò)程平穩(wěn)，液面無(wú)波動(dòng)，說(shuō)明經(jīng)過(guò)以上措施的實(shí)施，能夠?qū)崿F(xiàn)在降低鈣處理量的情況下保證連鑄澆鑄穩(wěn)定性。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）在不改變現(xiàn)有工藝模式下降低鈣線喂入量容易導(dǎo)致水口處夾雜物聚集形成結(jié)瘤降低可澆性。

（2）通過(guò)頂渣改制和過(guò)程氬氣流量改革，可加快化渣速度提前形成白渣提升夾雜吸附效果，降低過(guò)程二次氧化減少夾雜產(chǎn)生量。

（3）轉(zhuǎn)爐拉碳可有效降低出鋼終點(diǎn)氧，減少精煉脫氧任務(wù)。

（4）轉(zhuǎn)爐出鋼渣系操作可有效進(jìn)一步降低鋼水硫含量，有效抑制出鋼后的回硫，渣洗脫硫率可達(dá)20%以上；減少精煉鋁制品加入量進(jìn)而降低鈣線喂入量。

（5）綜合以上四個(gè)措施，可實(shí)現(xiàn)高硫普鋼弱鈣化處理甚至部分普硫低硫普鋼爐次無(wú)鈣化處理，2021年1月份作業(yè)區(qū)鈣線消耗量為0.36kg/噸鋼，與0.53kg/噸鋼相比，降低了0.17kg/噸鋼。但操作人員在生產(chǎn)過(guò)程中仍需根據(jù)生產(chǎn)條件的變化進(jìn)行工藝調(diào)整，部分爐次仍有輕微的絮凝流，因此需要在后續(xù)爐子中增加鈣線的加料量，以保證澆鑄穩(wěn)定性。