板坯含鋁鋼鈣化處理工藝研究

張盛梁

（福建三寶鋼鐵有限公司煉鋼廠，福建 漳州 363000）

在全市上下掀起“大抓工業，抓大工業”熱潮之際，我公司積極響應號召，經過市場調研及實地考察，對比各產品的優劣情況，決定投建一條最高年產能可達200萬噸的耐腐蝕熱軋卷板生產線，該生產線將極大的豐富公司產品多樣化，提高公司的市場競爭力。自2018年5月開始施工，經過一年的建設，于2019年6月投產。在投產之初，生產鋼種主要以Q235B、Q195為主，隨著設備磨合及人員培養日趨成熟，該生產線已經具備生產更高規格、高附加值產品[1-4]。

隨著軋材用途越來越廣且向高附加值產品延伸，客戶對軋材性能要求也越來越高，使煉鋼對成分及鋼中【O】、【N】等氣體含量的控制難度大大增加。為確保鑄坯質量以及產品的加工性能，生產工藝由控氧向控鋁方向轉變，即以生產含鋁鋼為主。目前含鋁鋼生產需急需解決的問題：①含鋁鋼澆鑄過程絮流嚴重，本質是鋼中夾雜物控制問題，由于鋼水絮流造成生產順行、產品質量、中包包齡等受到嚴重制約；②鈣處理工藝的加入量和加入速度控制問題；③鈣處理工藝的加入時機問題。本文主要摸索板坯含鋁鋼鈣化處理工藝的實踐性與可行性，為煉鋼廠板坯連鑄生產提供實際指導[5-8]。

1 關鍵工藝研究

1.1 CaO-SiO2-Al2O3三元相圖研究

CaO-SiO2-Al2O3三元相圖（圖1）在冶金上的應用非常廣泛，CaO、SiO2、Al2O3三種物質的不同組成可以得到不同熔點、不同吸附能力。的爐渣。在本項目中，為使鋼包渣具有較低的熔點、較強的吸附能力，通過調節CaO、SiO2、Al2O3三種物質的比例，以達到目標渣系（圖1黃色區域），從而達到去除夾雜、提高鋼水純凈度的目標。

1.2 含鋁鋼水口堵塞原因研究

水口堵塞主要是固態的鈣鋁酸鹽或者純的硫化鈣惡化了氧化鋁夾雜，能夠在水口燒結和結塊。氧化鋁夾雜、鈣鋁酸鹽和硫化鈣夾雜在連鑄期間結團成塊，堵塞鑄機中間包水口，形成鑄流的早期中斷。水口堵塞遲早取決于鋼中夾雜的數量，有可能在開澆后幾分鐘內完全就堵塞水口。分析水口堵塞物發現，典型的成分就是固態鈣鋁酸鹽，主要組成為Al2O3和CaO。

圖1 CaO-SiO2-Al2O3三元相圖

1.3 脫氧與脫硫作用

鈣是煉鋼中常用的脫氧劑，由于鈣與氧具有極強的親和性，因此具有很強的脫氧能力，常用于鋼水的深度脫氧。在氧含量較低的鋼水中（氧含量低于10ppm時），鈣也有較強的脫硫效果，在本廠的含鋁鋼生產中，鋼中氧均控制在3ppm以內，因此鈣處理具有較強的脫硫效果。

1.4 變質作用

鈣對鋼中夾雜物的變質具有顯著作用。鋼中加鈣后可以使氧化物、硫化物夾雜轉變成外包CaS的低熔點鈣酸鹽復合夾雜物，從而改善鋼的質量。當Ca/S＞0.3時，可將鋼中部分條狀的硫化物夾雜轉變為球狀的CaS或（CaS、Mn）S夾雜；當Ca/S＞1.25時，鋼中硫化物夾雜可完轉變為球狀夾雜物，變質后的雙相夾雜物內心為鋁酸鈣，外面包CaS或（Ca、Mn）S，對鋼基體潤濕性低、界面能高、接觸角大，故成球形。

1.5 合金化作用

在合金化方面的作用如可消除鑄鋼中的魏氏組織、細化晶粒、提高淬透性、善沖擊韌性、對元素晶界偏聚的影響等。

2 關鍵工藝操作控制

2.1 氧化物夾雜形態控制

圖2 底吹模式設定

圖3 鋼包底吹控制畫面

為控制鋼中氧化物夾雜形態，要對鋼水進行鈣處理，把串簇狀Al2O3轉變為球形的鋁鈣酸鹽，以消除鋼中Al2O3的不利影響。隨著鈣處理程度的加深，CaO含量的增加，夾雜物沿著Al2O3→CaO·6Al2O3→CaO·Al2O3→CaO·Al2O3→（CaO·Al2O3）飽和→（xCaO·yAl2O3）+液態→CaO飽和的順序轉變，通過控制合適的鈣處理程度，得到液態鋁酸鈣12CaO·7Al2O3，達到解決水口堵塞問題的目的。根據現場實踐總結確定各造渣料加入量及鈣線加入量/速度如表1所示。

表1 輔料加入量

2.2 鋼包底吹工藝設定

為使鋼包底吹氬氣在出鋼及氬站造渣過程中發揮最大作用，通過大量生產數據收集，根據不同鋼種的不同需求，設定底吹氬模式，實現底吹氬的全自動-半自動精確控制，具體控制情況如圖2和圖3所示。

3 結論

（1）通過鈣處理工藝研究徹底解決含鋁鋼水口堵塞問題，穩定含鋁鋼生產，為生產高端板坯產品打好基礎。

（2）通過項目研發后，可實現公司產品由普向優轉變，按每月優鋼1.5萬t、利潤400元/t計算，年效益為7200萬/元。

（3）產品由普轉優，極大豐富公司產品，提高企業競爭力，同時減少產品進口，促進地區發展，具有較高的社會效益。