120t轉(zhuǎn)爐鋁鎮(zhèn)靜鋼直上渣洗工藝結(jié)瘤原因分析及對(duì)策

葉曉東，趙廣諳

（1.新疆鋼鐵學(xué)校；2.新疆八一鋼鐵股份有限公司）

1 前言

某廠（以下簡稱該廠）有3座120t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，每月生產(chǎn)8萬t的鋁鎮(zhèn)靜鋼，其中以冷軋用SPHC的鋁鎮(zhèn)靜鋼為代表鋼種，該鋼種的碳含量要求在0.06%以下，鋁含量在0.015%～0.055%，該鋼種經(jīng)過LF工藝處理后，成本較高。2014年末該廠為降低冶煉成本，推廣直上渣洗工藝。直上渣洗工藝實(shí)施以后，降低成本的效果明顯，但是出現(xiàn)的結(jié)瘤問題影響了該工藝的順行。結(jié)瘤情況嚴(yán)重時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)混亂，事故鋼水較多。結(jié)瘤造成中間包注余多，如處理不及時(shí)，又會(huì)影響到生產(chǎn)的運(yùn)行。文章對(duì)連鑄直上渣洗工藝結(jié)瘤的原因進(jìn)行了分析，并提出了改進(jìn)措施。

2 工藝技術(shù)參數(shù)

3×120t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐；

轉(zhuǎn)爐平均出鋼量120t，最大出鋼量140t；

鋼包自由空間為832mm（120t時(shí)）；

連鑄機(jī)配置4臺(tái)垂直彎曲型連鑄機(jī)。

3 結(jié)瘤事故的類型及分析

鋁鎮(zhèn)靜鋼鋼水在連鑄機(jī)澆鑄過程中結(jié)瘤的主要原因是鋼水中間沒有上浮的Al2O3富集造成的[1]。去除鋼水中間Al2O3的工藝方法主要有大氣泡尾流去除和小氣泡粘附去除兩種。前者的工藝實(shí)施是在轉(zhuǎn)爐出鋼過程中或者精煉爐加入大量的含鋁合金后，以較大流量的氬氣攪拌。這主要基于Al2O3顆粒具有強(qiáng)烈的團(tuán)聚傾向的特點(diǎn)，使得轉(zhuǎn)爐出鋼過程中產(chǎn)生的大量Al2O3小顆粒團(tuán)聚成為大顆粒，隨著氬氣泡的尾流上浮到頂渣去除。后者主要是較小的氬氣流量攪拌，使得粒度較小的Al2O3顆粒粘附于氬氣泡表面，在氬氣泡上浮到頂渣時(shí)，Al2O3進(jìn)入爐渣[2]。

不論哪一種工藝，都有去除Al2O3夾雜的效果，頂渣的粘度和氧化性起著很關(guān)鍵的作用。頂渣粘度大，Al2O3顆粒無法進(jìn)入頂渣，有循環(huán)進(jìn)入鋼液的可能性，頂渣的氧化性強(qiáng)，有二次氧化鋼液中間的鋁成為Al2O3顆粒夾雜物，影響鋼水的可澆性。

轉(zhuǎn)爐冶煉的鋼水不經(jīng)過LF處理，從轉(zhuǎn)爐出鋼后直接到連鑄機(jī)澆鑄的工藝，稱為直上渣洗工藝。為了優(yōu)化該廠生產(chǎn)鋁鎮(zhèn)靜鋼成本，70%以上的爐次采用這種工藝，結(jié)瘤情況主要分為四大類。

3.1 鋼包的吹氬操作控制不正常引起的結(jié)瘤

此類現(xiàn)象占結(jié)瘤現(xiàn)象的45%，出現(xiàn)吹氬操作控制不好的鋼水即使在LF進(jìn)行頂渣改質(zhì)和重鈣處理，也會(huì)造成中間包澆注過程中上水口結(jié)瘤，嚴(yán)重時(shí)鋼包水口也伴有結(jié)瘤現(xiàn)象，又分為三種情況：

（1）在出鋼過程中，氬氣攪拌強(qiáng)度控制不好。吹氬的實(shí)際流量在120～250L/min，但是持續(xù)時(shí)間短。此類問題主要體現(xiàn)在出鋼量較大的爐次。如鋼水出完時(shí)，鋼包的凈空高度不夠，現(xiàn)場(chǎng)操作擔(dān)心吹氬攪拌強(qiáng)度過大，引起鋼渣的飛濺和溢出，又認(rèn)為氬氣攪拌強(qiáng)烈，會(huì)造成鋼液的增氮，出鋼至一半的時(shí)候，就將氬氣的攪拌強(qiáng)度降下來，造成鋼水出完以后，采用鋁合金脫氧產(chǎn)生的大顆粒夾雜物沒有充分的上浮，滯留在鋼水中，造成鋼水在澆注過程中，浸入式水口頻繁結(jié)瘤。

（2）鋼包的透氣磚透氣性不好。透氣磚在鋼包水口對(duì)面，吹氬攪拌不均勻，吹氬時(shí)頂渣的渣眼（透氣磚上方能夠裸露鋼液的區(qū)域）很小，造成鋼包從開始投用僅僅勉強(qiáng)保證鋼水有攪拌的功能，但是去除夾雜物的功能無法實(shí)施，鋼水上連鑄機(jī)澆注，隨著澆注的推進(jìn)，結(jié)瘤現(xiàn)象逐漸表露出來，起初是浸入式水口的頻繁結(jié)瘤，最后造成中間包上水口結(jié)瘤，直至結(jié)瘤停機(jī)。

（3）鋼包前期吹氬不正常，現(xiàn)場(chǎng)沒有及時(shí)調(diào)整，轉(zhuǎn)爐出鋼以后，進(jìn)行鈣處理，效果不明顯，造成鋼水上連鑄澆注時(shí)，浸入式水口頻繁結(jié)瘤。

3.2 轉(zhuǎn)爐出鋼帶渣或者下渣

直上鋼水中的酸熔鋁大量的氧化，高堿度、高氧化鐵的轉(zhuǎn)爐鋼渣進(jìn)入鋼包以后，渣中氧化鐵迅速減少，造成鋼渣迅速在鋼包結(jié)殼，或者頂渣粘度較大，潑渣困難，頂渣改質(zhì)困難，引起鋼水上連鑄機(jī)澆注時(shí)結(jié)瘤，此類結(jié)瘤的表現(xiàn)為突發(fā)性，即前面連鑄機(jī)澆注正常，出現(xiàn)此類頂渣沒有改質(zhì)好的爐次，鋼包上連鑄機(jī)澆注，鋼水澆注三分之一時(shí)，結(jié)瘤現(xiàn)象立刻出現(xiàn)，造成中間包結(jié)瘤停機(jī)。此類問題引起的結(jié)瘤占連鑄機(jī)結(jié)瘤現(xiàn)象的35%，轉(zhuǎn)爐鋼渣的成分和典型的下渣以后，經(jīng)過改質(zhì)的頂渣成分W[O]%如表1所示。

3.3 鋼水在轉(zhuǎn)爐工序過吹

轉(zhuǎn)爐在出鋼過程中，加入較多的鋁鐵脫氧，脫氧的產(chǎn)物留在鋼水中，造成在澆注過程中出現(xiàn)結(jié)瘤現(xiàn)象。此類現(xiàn)象占結(jié)瘤現(xiàn)象的16%。

3.4 轉(zhuǎn)爐爐后脫氧控制不當(dāng)

配加的酸熔鋁離目標(biāo)值有差距，在吹氬站補(bǔ)鋁，此時(shí)補(bǔ)鋁過程中產(chǎn)生的脫氧夾雜物沒有良好的去除途徑，澆鑄過程中引起結(jié)瘤。此類問題占結(jié)瘤現(xiàn)象的4%。

4 針對(duì)不同結(jié)瘤情況采用的對(duì)策

4.1 吹氬控制對(duì)于結(jié)瘤的影響和解決方案

大量的文獻(xiàn)研究證明[1、2、3]，在鋁鎮(zhèn)靜鋼的冶煉過程中，結(jié)瘤物主要是由Al2O3及其化合物，還有一部分是鈣處理不當(dāng)，由CaS及其化合物，MgO及其化合物組成。通過解剖該廠結(jié)瘤物，其成分主要是以絮狀的Al2O3為主，因此認(rèn)為降低鋼水中的Al2O3是解決結(jié)瘤的關(guān)鍵。

薛正良教授等人的研究證實(shí)[1、2、3、4]：吹氬去除鋼水中Al2O3的途徑主要是通過小氣泡粘附和大氣泡尾流去除，大氣泡去除主要在脫氧初期，此時(shí)加入含鋁的脫氧劑脫氧，脫氧產(chǎn)物Al2O3顆粒容易聚集長大，使用較大流量有利于Al2O3的去除，在吹氬站鈣處理的過程中，較小的吹氬促成小氣泡粘附去除Al2O3的效果比較有利。比較現(xiàn)場(chǎng)四個(gè)生產(chǎn)班組，其中的兩個(gè)班組的吹氬工藝與另外的兩個(gè)班組不同，冶煉鋼水的澆注性能不同，其中兩個(gè)班組很少結(jié)瘤，另外兩個(gè)班組的結(jié)瘤情況比較嚴(yán)重。

所以通過比對(duì)分析認(rèn)為，不當(dāng)?shù)拇禋骞に囈矔?huì)造成結(jié)瘤。較大氬氣流量的吹氬，既有利于大氣泡尾流去除夾雜物外，還有利于鋼水向出鋼過程中加入的渣料傳熱，促進(jìn)渣料盡早熔化，吸附上浮的夾雜物。

采取了如下措施：（1）轉(zhuǎn)爐針對(duì)不同的鋼包，控制出鋼量，保證鋼包接鋼水后有正常的自由空間，確保吹氬工藝的實(shí)施，以較大的流量吹氬攪拌鋼液，轉(zhuǎn)爐出鋼過程中吹氬的流量控制如圖1，控制方案表見表2。

這種吹氬模式采用的爐次，轉(zhuǎn)爐出鋼以后，頂渣改質(zhì)容易進(jìn)行，頂渣結(jié)殼和粘度大的矛盾得以緩解。鋼液進(jìn)行純鈣線處理，鋼水直上澆注，由于吹氬引起的結(jié)瘤現(xiàn)象下降了65%，這也證實(shí)了分析的合理性。有部分技術(shù)人員認(rèn)為氬氣過大，會(huì)造成鋼液的二次氧化，導(dǎo)致鋁損較大。實(shí)踐結(jié)果證實(shí)，吹氬量的增加，總的鋁損增加不明顯，結(jié)瘤現(xiàn)象減少，對(duì)于節(jié)約含鋁脫氧劑的消耗效果顯著。

圖1 轉(zhuǎn)爐出鋼過程中合理的吹氬曲線

（2）采用低堿度的頂渣。爐渣的堿度低，熔點(diǎn)也低，頂渣具有較好的流動(dòng)性，容易吸附夾雜物。堿度在0.6～1.5的頂渣，吹氬以較大的流量攪拌，能夠有效地吸附鋼液中間上浮的夾雜物。冶煉過程中的渣樣成分見表3。

（3）對(duì)于吹氬不正常的鋼包，不能勉強(qiáng)冶煉，必須采用吹氬效果正常的鋼包執(zhí)行直上工藝。

4.2 轉(zhuǎn)爐帶渣和下渣、氧化性較強(qiáng)爐次的處理

4.2.1 轉(zhuǎn)爐帶渣和下渣爐次的處理

轉(zhuǎn)爐帶渣和下渣以后，如果潑渣及時(shí)能夠?qū)⒉糠值捻斣钩?，有利于頂渣改質(zhì)。但是大多數(shù)情況是，帶渣和下渣以后鋼包的頂渣很難潑渣成功。文獻(xiàn)研究表明[2]，渣中氧化鐵含量超過1.5%的氧化渣，爐氣通過渣向鋼液傳氧的能力是還原渣的數(shù)百倍，而將頂渣改質(zhì)成為還原渣需要的時(shí)間較長，改質(zhì)成功的代價(jià)較大，所以采用以下的方案控制此類事故：（1）下渣量較大的爐次，盡可能潑渣，潑渣不成功時(shí)，取消直上工藝，改煉其它的鋼種或者在LF進(jìn)行精煉。（2）下渣量較小的爐次，在吹氬站工位盡可能在最短的時(shí)間內(nèi)以最快速度對(duì)于頂渣進(jìn)行改質(zhì)，同時(shí)考慮到鋁損，將鋼液中鋁成分一次配至中限以上，然后采用較大流量的氬氣吹氬。

4.2.2 對(duì)于轉(zhuǎn)爐氧化性較強(qiáng)爐次的處理

轉(zhuǎn)爐氧化性較強(qiáng)的爐次，即出鋼終點(diǎn)W[O]%>800×10-6的爐次，加強(qiáng)轉(zhuǎn)爐出鋼的擋渣操作，同時(shí)一次性將鋼中鋁的成分配至中上限，出鋼過程全程采用較大流量的氬氣進(jìn)行攪拌，出鋼使用鈣質(zhì)含碳的脫氧劑與含鋁的脫氧劑，同時(shí)對(duì)鋼液進(jìn)行脫氧。實(shí)踐證明，使用含碳的脫氧劑脫氧時(shí)，可減少含鋁脫氧劑的用量，產(chǎn)生的CO氣泡也有助于鋼液的攪拌，促進(jìn)夾雜物上浮，有利于減少結(jié)瘤現(xiàn)象的發(fā)生。

5 結(jié)論

該廠的實(shí)踐證明，控制鋁鎮(zhèn)靜鋼直上渣洗工藝結(jié)瘤的關(guān)鍵點(diǎn)為：

（1）在鋁鎮(zhèn)靜鋼的生產(chǎn)過程中，轉(zhuǎn)爐出鋼過程一次性將鋁的成分配至中限，然后全程采用較大的氬氣流量攪拌鋼液，是去除氧化鋁夾雜物的最有效的手段。

（2）在營造較低堿度的頂渣基礎(chǔ)上，采用較大的氬氣流量吹氬，效果優(yōu)于小流量的氬氣攪拌的效果；

（3）頂渣的盡快改質(zhì)，是處理異常爐次的關(guān)鍵，也是解決直上鋁鎮(zhèn)靜鋼結(jié)瘤的核心技術(shù)之一。

[1]薛正良,王義芳，王立濤.用小氣泡從鋼液中去除夾雜物顆粒.金屬學(xué)報(bào),2003,（4）：431～437.

[2]俞海明.轉(zhuǎn)爐鋼水的爐外精煉技術(shù).北京：冶金工業(yè)出版社，2011，（9）：58.

[3]陳向陽，鄭淑國，董杰，朱苗勇.鋼包底吹氬位置對(duì)鋼水去夾雜影響的水模型研究.特殊鋼,2009,（3）：7～9.

[4]幸偉,倪紅衛(wèi),沈巧珍等.130t鋼包底吹氮噴嘴布置模式優(yōu)化的水模型試驗(yàn).特殊鋼,2007,（4）：13～15.