低碳冷鐓鋼小方坯連鑄工藝優(yōu)化

低碳冷鐓鋼小方坯連鑄的工藝優(yōu)化金紅軍摘要：沙鋼集團(tuán)潤(rùn)忠煉鋼廠二車間在開發(fā)ML08A1等低碳冷鐓鋼時(shí)，出現(xiàn)了中間包水口結(jié)流嚴(yán)重的問(wèn)題。本文從精煉及連鑄工藝優(yōu)化的角度提出了水口結(jié)流的原因及解決方案，并在實(shí)踐中得到應(yīng)用。關(guān)鍵詞：低碳冷鐓鋼，水口結(jié)流，A12O3,鈣處理，水口結(jié)構(gòu)連鑄生產(chǎn)低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼最大的問(wèn)題就是鋼水可澆性的好壞，特別是對(duì)于使用小水口的小方坯連鑄來(lái)說(shuō)，鋼水可澆性不好，很容易導(dǎo)致澆注時(shí)中包水口結(jié)流，其直接結(jié)果是導(dǎo)致拉速降低乃至注流中斷，打亂了正常的生產(chǎn)節(jié)奏；另外，水口內(nèi)的粘附物一旦被沖掉，大量鋼水涌出，將引起結(jié)晶器液面較大波動(dòng)，水口粘附物也將隨之進(jìn)入結(jié)晶器內(nèi)。所有這些都會(huì)引起連鑄坯質(zhì)量惡化，最終導(dǎo)致成品質(zhì)量變差，甚至報(bào)廢。沙鋼集團(tuán)潤(rùn)忠煉鋼廠二車間在開發(fā)ML08A1等低碳冷鐓鋼時(shí)，就出現(xiàn)了中間包水口結(jié)流嚴(yán)重的問(wèn)題。有時(shí)中間包開澆不久就全部結(jié)死，導(dǎo)致停澆；好的澆次也只能連澆3-5爐，而且還伴有多流結(jié)流，鑄坯質(zhì)量較差的現(xiàn)象。這些情況的出現(xiàn)嚴(yán)重影響了高質(zhì)量冷鐓鋼產(chǎn)品的開發(fā)，因此很有必要對(duì)其精煉，連鑄工藝進(jìn)行優(yōu)化，以解決水口結(jié)流問(wèn)題。1、工藝流程及產(chǎn)品成分二車間ML08A1生產(chǎn)工藝流程為鐵水+廢鋼----100噸電爐-----100噸LF爐----六機(jī)六流150mmx150mm方坯連鑄。產(chǎn)品成分如下表所示。鋼種成份CSiMnPSAlML08A10.05-0.08<0.090.30-0.40<0.015<0.0100.02-0.05SG10080.05-0.08<0.100.20-0.30<0.015<0.0150.01-0.035SG1950.05-0.08<0.100.35-0.45<0.015<0.0150.01-0.0352、澆注結(jié)果及分析2.1水口結(jié)流機(jī)理對(duì)水口結(jié)流物進(jìn)行電鏡掃描和能譜分析，從結(jié)果可見其主要是A12O3。水口結(jié)流主要是由于A12O3等在水口壁上附著粘結(jié)，以及鋼液與水口耐火材料之間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)造成的。鋁氧化物的來(lái)源主要為鋼液中懸浮的夾雜物（主要為脫氧產(chǎn)物A12O3顆粒）依靠表面張力作用粘附在水口壁上。A12O3夾雜物在水口上的形成過(guò)程主要包括（1）夾雜物向水口移動(dòng)；（2）夾雜物粘附在水口壁上。因此，為避免水口結(jié)流首先要降低夾雜物含量或?qū)ζ溥M(jìn)行變性處理，其次要優(yōu)化水口結(jié)構(gòu)，避免或減輕夾雜物在水口壁上的粘附。2、2鋼水成分的控制及操作工藝的優(yōu)化2、2、1鋼水純凈度的控制控制流過(guò)水口前鋼水中的A12O3夾雜物含量，是減少水口堵塞的有效途徑。鋁鎮(zhèn)靜鋼還原性很強(qiáng)，易被空氣，夾渣，中包覆蓋劑和耐火材料等二次氧化，導(dǎo)致鋼中氧化鋁夾雜物增加，故優(yōu)化脫氧工藝，嚴(yán)格控制鋼水的二次氧化，可明顯降低水口堵塞的發(fā)生率。生產(chǎn)中采取了以下措施：（1） 終點(diǎn)碳大于0.04%，避免過(guò)氧化，控制出鋼下渣，降低鋼中原始氧含量；（2） 采取復(fù)合脫氧技術(shù)，盡量降低鋼中氧含量；（3） 進(jìn)行LF造渣精煉處理，保證終渣（FeO+MnO）小于1.0%，確保精煉效果；（4） 采用堿性中包覆蓋劑，防止鋼水二次氧化，同時(shí)吸附鋼中夾雜；（5） 大包采用長(zhǎng)水口加氬封保護(hù)，中包采用鋁碳質(zhì)侵入式水口保護(hù)2、2、2鈣處理效果的優(yōu)化要想徹底解決中包水口結(jié)流問(wèn)題，必須對(duì)脫氧產(chǎn)物A12O3進(jìn)行變性處理。其核心技術(shù)就是鈣處理。用鈣處理的方法使鋼中的高熔點(diǎn)的A12O3夾雜物與CaO形成低熔點(diǎn)低密度的12CaO-7A12O3（熔點(diǎn)455度，密度2.83g/cm3），從而消除水口結(jié)流。然而鈣處理時(shí)，鋼水中溶解鈣的含量與硫，氧含量關(guān)系復(fù)雜，所以處理的效果不容易穩(wěn)定。加入量不足，容易形成高熔點(diǎn)的鋁酸鈣（熔點(diǎn)1750度以上），造成水口堵塞。因此鈣的加入量要適當(dāng)才能得到所需效果。實(shí)踐證明，鋼水經(jīng)過(guò)鈣處理后，當(dāng)（時(shí)，A12O3夾雜物才會(huì)大多變性為12CaO?7A12O3或成分接近于12CaO-7A12O3低熔點(diǎn)的鈣鋁酸鹽夾雜物。因此需對(duì)鈣處理工藝優(yōu)化。（1）鈣鐵線的喂入量控制在目前工藝條件下，A1含量小于0.01%，喂絲200m;Al含量0.01—0.02%，喂絲250--400m;Al含量大于0.02%，喂絲450--600m。喂絲速度喂絲速度是喂絲工藝的關(guān)鍵，喂絲過(guò)快或過(guò)慢都將影響合金粉劑的融化速度和氧化程度，致使冶金效果受到影響。通過(guò)理論計(jì)算和生產(chǎn)實(shí)踐，鈣鐵線的喂入速度取2-5m/s比較合適。目前我們選擇的速度為250m/min。操作工藝優(yōu)化喂絲前，要充分進(jìn)行氬氣攪拌，促使夾雜物上??；喂絲后，弱吹氬軟攪拌5分鐘，有利于夾雜物充分上??；喂絲后鋼水應(yīng)盡快開澆，實(shí)踐證明，喂絲后5-10分鐘，鋼水中的活性鈣濃度較高，而后逐漸降低。2、2、3喂絲前鋼水中硫含量的控制在鈣處理鋁鎮(zhèn)靜鋼中，隨著溫度的降低，鈣有可能會(huì)與流反應(yīng)生成CaS，這有可能造成鋼水在流經(jīng)水口時(shí)由于溫度的降低析出CaS夾雜。鋼水從精煉結(jié)束到中間包，溫度下降30-50度，因此有可能在精煉沒有形成CaS，而在連鑄階段形成CaS。從理論計(jì)算可知1873K時(shí)，在12CaO-7A12O3態(tài)下為避免生成CaS，鋼水中的w(S)要低于0.017%。實(shí)際生產(chǎn)中我們要求w(S)要低于0.01%。生產(chǎn)實(shí)踐也表明，喂絲前硫含量較高時(shí)，會(huì)消耗一部分鈣進(jìn)行脫硫，降低了鈣的回收率。統(tǒng)計(jì)表明，鋼中w(S)低于0.008%時(shí)，鈣的平均回收率為12.77%，鋼中w(S)高于0.009%時(shí)，鈣的平均回收率為8.91%。因此生產(chǎn)中要盡可能降低鋼中硫含量，以確保鈣處理的效果。如鋼中w(S)高于0.008%時(shí)進(jìn)行喂絲，必須適當(dāng)增加喂絲量。2、2、4鋼中酸溶鋁的控制鋼中酸溶鋁的控制，直接影響該處理的效果。過(guò)高或過(guò)低，都會(huì)引起夾雜總量的增加，導(dǎo)致水口結(jié)流。從酸溶鋁含量與鈣回收率的關(guān)系圖可以看出，隨著酸溶鋁含量的增加，鈣的回收率逐漸提高。同時(shí)酸溶鋁控制過(guò)低，會(huì)增加溶解氧的含量，造成鋼中氧化物夾雜的增加。當(dāng)鋼中酸溶鋁控制過(guò)高，超過(guò)0.04%時(shí)，鋼中的酸溶鋁很容易與渣中的氧結(jié)合，也會(huì)還原渣中的氧化硅和氧化錳等氧化物，使鋼中聚集的Al2O3增加。同時(shí)過(guò)高的酸溶鋁還會(huì)增加鋼液在澆注時(shí)的二次氧化，產(chǎn)生滯留鋼中的A12O3夾雜。下表為鋼中酸溶鋁含量與水口結(jié)流的關(guān)系。W(Als)/%水口結(jié)流率/%0.02-0.042.70.04-0.0510.30.05-0.0635.8從表中可以看出，中包鋼水的W(Als)控制在0.02-0.04%比較適宜。2、3中包水口結(jié)構(gòu)及操作工藝的優(yōu)化2、3、1水口結(jié)構(gòu)的優(yōu)化水口結(jié)流與水口結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。如下表所示水口大小結(jié)流率％小水口97.4中水口45.8大水口4.1從表中可以看出，采用大水口比小水口結(jié)流要少得多，起原因在于水口處存在著氧化鋁等夾雜物的聚集速率與水口內(nèi)壁夾雜物的沖刷速率的相對(duì)平衡，或水口材料與夾雜物反應(yīng)形成低熔點(diǎn)的物質(zhì)的速率與鋼水對(duì)反應(yīng)物的帶走速率之間的相對(duì)平衡。同時(shí)加大水口內(nèi)徑相當(dāng)于減少了鋼水中夾雜物在水口壁的聚集幾率。我們先后試用了直徑為22,24,36的水口，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)過(guò)程的總結(jié)和分析，目前我們澆注ML08A1等低碳冷鐓鋼時(shí)，通常采用直徑為36的水口。2、 3、2操作工藝優(yōu)化在生產(chǎn)中，如果中包水口對(duì)中不好，也會(huì)導(dǎo)致結(jié)流。這是因?yàn)樗趯?duì)中不好會(huì)導(dǎo)致水口內(nèi)鋼液分流，而在分流區(qū)域的鋼流是紊流，使夾雜物直接帶到水口壁，導(dǎo)致夾雜物附著。因此在實(shí)際生產(chǎn)中要嚴(yán)格保證水口對(duì)中，特別是不發(fā)生水口偏斜。3、 優(yōu)化后的效果通過(guò)采取上述技術(shù)措施，ML08A1等低碳冷鐓鋼澆注中的水口結(jié)流問(wèn)題有了明顯的改善，連澆爐數(shù)可以達(dá)到8爐以上，基本保證了生產(chǎn)的穩(wěn)定。4/