含鋁鋼水口堵塞的成因分析

摘 "要：通過對實際生產含鋁鋼中水口結瘤物的提取并進行電靜掃描，具體分析了宣化鋼鐵有限公司生產含鋁鋼中水口結瘤物的成分，結果顯示其主要為A12O3夾雜聚集所致。

關鍵詞：含鋁鋼;水口堵塞;結瘤物;夾雜物

含鋁鋼在日常生產中經常會出現中間包水口堵塞的問題，一旦水口堵塞，會影響恒拉速拉鋼，易造成煉鋼工序鋼水積壓，擾亂了正常的生產節奏使其他的過程工藝參數難以正常的控制控制。造成含鋁鋼水口堵塞的原因很多，既有可能是由于鋼中脫氧產物A12O3夾雜聚集造成水口堵塞，也有可能是鋼中細小的CaS夾雜聚集在水口造成堵塞等。下文將具體研究宣鋼含鋁鎮靜鋼水口堵塞的原因。

一、宣鋼含鋁鋼的生產工藝

宣鋼二鋼軋廠擁有兩座150t頂底復吹轉爐，與其相配套的是兩座150tLF精煉爐及兩臺十二機十二流的小方坯連鑄機。其工藝流程為：150t頂底復吹轉爐—150tLF精煉爐—12機12流小方坯連鑄機。宣鋼二鋼軋廠生產的含鋁鋼主要有：SWRCH22A、45#、20g、40Cr等鋁脫氧及含鋁鋼種，此類鋼種多屬于中碳、低硅、含硫、含鋁鋼種。

二、宣鋼含鋁鋼水口堵塞的成因分析

（一）水口結瘤物分析。為了弄清水口堵塞的具體原因，對水口堵塞澆次進行現場提取水口結瘤物，采用掃描電鏡觀察其物相結構，如圖1—圖4所示，從結瘤物上選取四個視場進行分析，并通過能譜分析得出表1所示的物相化學成分。

圖1 " " " " " " " "圖2

圖3 " " " " " " " "圖4

（二）水口結瘤物的物相分析。對圖1-4、表1分析可知，水口結瘤物的主要物相為CaO·6Al2O3、CaO·2Al2O3、CaO·Al2O3（圖中灰色基體），其次為CaS（熔點2450℃）和鋁酸鈣的混合物。

Fe元素主要以金屬鐵形式存在（圖2中5點灰白色基體），有部分FeO和Fe顆粒包裹在CaO-Al2O3和CaS中。

（三）結瘤原因分析。水口堵塞的原因為鋼液中的高熔點夾雜物在水口內壁聚集、粘結。

分析CaO-Al2O3二元相圖得出，在對鋼液進行鈣處理喂Ca-Si線時，隨著夾雜物中Ca含量的增加，夾雜物逐步發生Al2O3→CaO·6Al2O3→CaO·2Al2O3→CaO·Al2O3→12CaO·7Al2O3→3CaO·Al2O3→CaO的轉變。

表1 "水口結瘤物能譜分析化學成分

表2 "鋁酸鈣熔點

由表2及分析得出，對低碳鋁鎮靜鋼進行鈣處理的目標應是保持合適的Ca/Al比例，最好能形成低熔點的12CaO·7Al2O3，以改善鋼水可澆性、使夾雜物易于上浮去除，并改變夾雜物形態，把固態氧化鋁雜質轉變成液態（球狀）夾雜物，以避免水口的粘附，正確的鈣處理可以使球狀鋁酸鈣在鋼液中均勻分布。

由宣鋼水口結瘤物電鏡檢測結果可知：（1）水口結瘤物的主要物相為高熔點的CaO·6Al2O3、CaO·2Al2O3、CaO·Al2O3，由表2可以看出三種鋁酸鈣的熔點分別為1850℃、1750℃和1605℃，且CaO·6Al2O3和CaO·2Al2O粘度高，極易在水口內壁聚集、粘結造成水口堵塞。（2）鋼水加鈣后，若鋼液中硫含量較高，Al2O3夾雜物的變性過程實質將會轉變為[O]和[S]爭奪[Ca]的過程，CaS在CaO-Al2O3熔體中的溶解度很小，在實際生產中，若鋼液中硫含量較高，喂線時隨著鈣含量的升高必然導致首先生成大量高熔點的CaS將夾雜物包裹住，阻礙Al2O3夾雜變性為12CaO·7Al2O3。

鋼中[Ca]和[S]可以通過反應（1）生成CaS：

[Ca]+[S] = （CaS） " " "（1） " "lgKCaS=28300/T-10.11 " "（1）

通過分析得出不同溫度下鋼液中直接析出CaS所需的溶解鈣和硫的含量。w（[S]）為30×10-6時，鋼中要直接析出CaS，在1873 K、1723 K時溶解鈣分別需達到62×10-6和9×10-6，故CaS更容易在溫度降低過程中析出，1873 K時低于30×10-6的硫很難在鋼液中直接析出CaS，鋼水在流經水口時，由于溫度降低可能析出CaS。

對于CaS飽和的12CaO·7Al2O3，w（[S]）越高，生成低熔點12CaO·7Al2O3的w（[Al]）范圍越窄，即w（[S]）越高12CaO·7Al2O3越難生成。且隨著溫度降低，析出CaS所需的[S]含量大幅下降，即溫度越低CaS越容易析出現場生產應控制鋼液中的[S]含量在[S]-[Al]平衡曲線以下，并防止鋼液溫度過低，以抑制CaS析出。

三、結論

（1）12CaO·7Al2O3中nCaO/nAl2O3應為1.71，宣鋼水口結瘤物中的鋁酸鈣nCaO/nAl2O3多在0.17～0.5之間，因此宣鋼浸入式水口結瘤的主要原因是鈣處理喂線不足，造成經鈣處理后鋼中Al2O3大多轉變為高熔點的CaO·6Al2O3、CaO·2Al2O3和

CaO·Al2O3夾雜，其在水口內壁附著沉積造成水口堵塞。現場生產應適量提高噸鋼喂鈣量，保持Ca/Al>0.14，使鈣處理后鋼液中的夾雜物轉變為低熔點的12CaO·7Al2O3。（2）水口結瘤物中發現有CaS。如果鋼液中[S]含量高，會導致在鈣處理喂線時析出CaS，阻礙Al2O3夾雜變性為低熔點的12CaO·7Al2O3，并包裹高熔點的CaO·6Al2O3、 CaO·2Al2O等聚集、粘結在水口內壁造成水口堵塞。

參考文獻：

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