濟鋼120t鋼包造渣工藝的優化

董德明

（濟南鋼鐵股份有限公司中厚板廠，濟南 250101）

1 引言

面對異常嚴峻的市場形勢，降本增效已貫穿到濟鋼日常管理工作的全過程，為此將比較多的經過LF 精煉的鋼水改為由CAS 直上鑄機。但CAS 直上工藝帶來了鋼水低溫回余爐次增加，鋼水粘、液面波動大、塞棒行程上漲、水口結瘤、鋼水絮流等因素造成的非穩態澆注爐次增加，質量出現了一定程度的波動，明顯表現為中心偏析嚴重，表面縱裂、表面夾渣、鋼中夾雜以及內部裂紋增多，對降低成本工作又產生了一定的影響。出現這些問題并不是某一個工序的原因，因此，需要針對這種工藝路線進行深入研究與分析，對煉鋼工藝全系統進行優化改進。

濟鋼工技人員圍繞轉爐-連鑄這條生產主線，通過對多爐非穩態澆注的爐次跟蹤，分析和總結出引起非穩態澆注的原因。從操作和技術層面入手，采取切實可行的措施，對渣洗工藝、吹氬工藝、冶煉過程和終點控制、脫氧和合金化工藝以及鋼包制度進行了優化和改進，盡量提高鋼水純凈度、鋼水抗裂紋敏感性、鋼水可澆性以及成分穩定性，努力降低因CAS 直上引起的非穩態澆注。

2 引起非穩態澆注的原因分析

非穩態澆注是指中間包第一爐開澆、快換水口、換鋼包前后、鋼水粘、澆注結束等鋼水液面波動較大、拉速不穩定的澆注狀態。在非穩態澆注時，往往容易引起鋼水二次氧化、卷渣等現象，鋼水的潔凈度和結晶器內鋼水的流場都受到了嚴重的影響，容易引起鑄機產生鑄坯的裂紋增[1]。

2.1 水口結瘤

鋼水粘、液面波動大、塞棒行程上漲、鋼水絮流等因素造成的非穩態澆注爐次都與水口結瘤有關。取一些水口的結瘤物樣品化驗，化驗結果見表1。

一般來說，發生水口結瘤大致有3 個原因：

表1 結瘤物的成分

（1）鋼水的溫度低，過熱度偏小，鋼水的粘度變大，可澆性變差，容易引起水口的堵塞。澆注溫度過低導致鋼液的凍結。

（2）鋼水中的夾雜物上浮不充分，在澆注的過程中，慢慢聚積長大，與鋼水的析出物一起堵塞水口。

（3）用鋁脫氧完全的鎮定鋼，鋼水中的析出物的堵塞。

濟鋼120 t 轉爐區域的水口結瘤主要是原因（3），即鋼水中析出物的結瘤。

在大多數情況下，水口結瘤主要是高熔點的氧化物，以Al2O3為主，并混有MgO·Al2O3尖晶石、Cao、Al2O3系礦物以及少量的硅酸鹽。化學組成大致是：Al2O3～70%，MgO～10%，CaO～12.5%，SiO2～3%[2]。

2.2 低溫事故造成的回余

因溫度低造成的回余比例占鋼水回余量的10%左右，造成低溫鋼的主要原因如下：

（1）因判斷失誤，引起的終點溫度偏低或者由于出鋼時間過長，引起的鋼水溫度低。

（2）由于鋼包周轉慢或者鋼包烘烤效果不好，造成出鋼和澆注過程中鋼包溫降大，造成低溫事故。

（3）由于上一包鋼水澆注過程拉速降低，造成等待澆注的時間太長，造成低溫回余。

（4）鋼包小修或中修后上線，烘烤效果不理想。

3 鋼包造渣工藝的優化

3.1 優化渣洗工藝

“渣洗”是指利用轉爐出鋼過程中鋼水強大的沖擊攪拌力形成高堿度、粘度低的爐渣，利用底吹氬氣的攪拌作用對鋼水有較好的脫硫能力，爐渣與鋼水的密度相差較大，爐渣與鋼水充分混熔的同時，不斷從鋼水內部上浮，在上浮的過程中，完成了對鋼水的脫氧、脫硫，夾雜物相互碰撞長大，促進鋼中夾雜物改性和上浮，達到凈化鋼水的目的[3]。

要保證“渣洗”脫硫方法達到良好的脫硫效果，必須注意操作中的3 個問題：選擇硫容量較大的改質劑；強化鋼水與改質劑的混沖效果；適度的鋼包底吹氬攪拌強度，促進脫硫產物上浮。

濟鋼120 t 區域根據理論計算和生產實踐，將改質劑加入量定為600～800 kg/爐。為了促進頂渣的熔化，需配加適量助熔劑，根據理論計算和生產經驗，兼顧有利于促進頂渣熔化和減少鋼包包襯侵蝕，確定改質劑和助熔劑的配比為3∶1。優化渣洗工藝后，鋼中硫含量降低了50%，T[O]降低了49%。

3.2 完善鋼包底吹工藝

鋼包底吹氬作為一種提高鋼質量的有效措施已經在煉鋼工業中得到了廣泛的應用。合理的攪拌強度對鋼液去除夾雜物，以及成分和溫度的均勻都有著良好的效果。但是如果吹氬量過大，必然會造成鋼液表面的覆蓋渣卷入鋼液內部，造成對鋼液的污染。濟鋼工程技術人員深入地研究卷渣機理，制訂了鋼包吹氬工藝及操作標準，優化了工藝路線，合理控制了鋼水供連鑄節奏，從而達到合理地控制吹氬量，提高了鋼水質量。

為了達到高效脫硫，并保證鋼水質量的目的，在出鋼過程進行鋼流的強烈攪拌及大流量的吹氬攪拌，吹氬前期也可以大氬氣量攪拌，加快將硫脫到預期目標。吹氬后期，要將吹氬流量調低，以促進脫氧夾雜物、因脫硫卷入的渣子等的聚合、上浮，提高鋼水純凈度。通過對鋼包底吹氬機理的研究，優化了鋼包吹氬工藝，改造了鋼包底吹設備，使鋼包底吹流量調節靈敏性和可靠性得到了提高，優化了工藝路線。

（1）底吹氬氣的流量

為了確定既能凈化鋼液，又能防止頂渣卷入的條件，濟鋼120 t 區域結合現場生產實際，確定了避免在實際操作中出現卷渣現象的Ar 氣流量為≤200 NL/ min，而Ar 氣流量為100～200 NL/ min 的混勻時間短，凈化效果最佳，還不至于出現頂渣卷混，是合理的供氣量數值。

（2）吹氬時間

鋼包吹氬的同時，常伴隨著噴粉或喂絲操作。因此，整個吹氬過程包括混勻攪拌和鋼液的凈化時間。我們推薦吹氬時間（不含出鋼吹氬）為10～15 min，氬氣流量為：出鋼和喂線時150 NL/ min，軟吹時90 NL/ min。吹氬攪拌要先強后弱，保證有5 min的軟吹時間，以促進夾雜物的上浮。吹氬工藝完善后，氬后鋼中氧活度平均降低了50%。

4 轉爐冶煉過程的優化

通過調整供氧強度、氧槍槍位、造渣料的數量和配比，盡快形成具有一定堿度、適當氧化性和流動性良好的爐渣，做到前期渣早化、中期渣化透、終渣作粘，以提高爐渣吸附夾雜的能力。溫度對爐渣的熔化、返干、熔池的碳-氧反應、脫硫、脫磷等都有著重要的影響。因此，控制熔池均勻升溫、碳-溫協調對提高鋼水質量有著重要意義。優化終點控制，TSC 測量完畢后，嚴禁加冷料降溫。確保碳、溫雙命中，終點嚴禁點吹。

脫氧和合金化操作影響夾雜物類型，進而影響夾雜物的去除。制定了詳細的脫氧方案，根據終點鋼水氧含量確定脫氧劑的加入量。加強對合金工的培訓工作，提高合金工的操作能力，確保CAS 成分一次配合，嚴禁在CAS 站進行合金微調。

優化生產節奏，保證CAS 直上鋼水有充足的吹氬時間。加強調度，嚴禁補爐第一爐冶煉CAS 直上鋼種。加強對鋼包的管理，新包和小修包前三爐不得冶煉CAS 直上鋼種。

5 結論

經現場研究分析，以Al2O3為主的析出物是引起水口結瘤的主要原因，水口的結瘤絮流往往引起拉速和液面波動等非穩態澆注。

通過向鋼包內加入改質劑，600～800 kg/爐，改質劑和助熔劑的配比為3∶1，既能凈化鋼液，又能防止頂渣卷入鋼水；控制合適的底吹流量：出鋼和喂線時150 NL/ min，軟吹時90 NL/ min，吹氬攪拌要先強后弱，保證有5 min 的軟吹時間；控制吹氬時間在10～15 min，保證鋼水的均勻和夾雜物的上浮。通過上述措施能凈化鋼水，提高鋼水的脫氧脫硫的效果，減少鋼水在澆注過程中的析出物，減少鑄機的非穩態澆注，減少鑄壞的裂紋，提高產品的合格率。

[1]蔡起良.非穩態澆注時鑄機裂紋的控制措施[J].連鑄，2009（4）：31.

[2]彭平，許春雷，顧漢新.300 噸鋼包水口結瘤分析[J].鋼鐵，1990，25（11）：16.

[3]高澤平，賀道中.爐外精煉[M].北京：冶金工業出版社，2005：11-19.