小方坯冷鐓鋼煉鋼工藝開發實踐

侯福慶，韓 亮，楊 陽，周仕升

（日照鋼鐵有限公司長型材制造部，山東 日照 276800）

冷鐓鋼作為生產螺栓、螺母、鉚釘的原料，利用其金屬的塑形進行冷鐓加工，加工過程變形量大，對鋼水的純凈度要求較高。SWRCH22A作為鋁鎮靜鋼，在脫氧過程難免產生氧化鋁夾雜物，在精煉過程通過鈣處理和軟吹的方式對夾雜物進行變形和去除，鋼中非金屬夾雜物一方面影響鋼水的可澆性，另一方面會引起冷鐓開裂。本文針對日照鋼鐵長型材制造部在開發初期經常出現絮流問題從轉爐、精煉、連鑄全流程進行工藝優化、調整，改善了鋼水質量，有效解決了鋼水絮流問題。

1 工藝流程

日照鋼鐵有限公司（全文簡稱日鋼）長型材制造部小方坯冷鐓鋼SWRCH22A的生產工藝流程：60 t轉爐→LF爐精煉→165 mm×165 mm小方坯連鑄。其中轉爐采取出鋼先加鋁錠脫氧再進行合金化，LF精煉爐采取“白渣+鈣處理+軟吹”的處理方式，連鑄采取保護澆注，中包過熱度25～35℃，拉速控制在2.4 m/min。

2 結瘤物檢驗

對中間包上水口結瘤物檢驗分析CaO-MgO-Al2O3及CaO-CaS-Al2O3復合夾雜，產生的此類夾雜物熔點高，留在鋼液中很難上浮去除，在澆注過程附著在上水口內壁，形成結瘤，影響鋼水的可澆性。結瘤如圖1，結瘤物如表1。

表1 結瘤物成分 %

圖1 結瘤物現場圖

3 結瘤原因分析

3.1 精煉過程

冷鐓鋼為含鋁鋼對Al含量有一定要求，轉爐、精煉都采取鋁脫氧會形成高熔點Al2O3，另當轉爐供精煉Al含量偏低時，精煉到位后第一時間對準氬氣口進行補鋁操作，精煉后期采取鈣處理后逐步往低熔點區域靠近，經軟吹處理后部分夾雜物得以上浮去除，鈣處理效果受工藝參數穩定性、爐渣等因素影響，處理過程可能出現Al2O3夾雜物改性不充分，或生成CaS等高熔點夾雜，或者在精煉過程發生鋼水的二次氧化形成新的夾雜物，在澆注過程中附著在水口內壁造成水口結瘤。

3.2 澆注過程

盛有鋼水的鋼包開澆后通過套管流入中間包，中間包內的鋼水再通過浸入式水口流入結晶器，在此過程中易與空氣接觸發生二次氧化，形成高熔點Al2O3、MgO-Al2O3，也會在水口形成結瘤。通過對比冷鐓鋼SWRCH22A開發初期精煉、連鑄鋼水中Als和N含量的變化，發現w（Als）損平均0.015%，鋼水增w（N）平均0.005%，說明鋼液在澆注過程吸入空氣發生了二次氧化。

4 水口結瘤改進措施

4.1 轉爐

4.1.1 提高一倒率

轉爐提高終點溫度、成分命中率，減少點吹、鋼水氧化性，通過調整一倒率由63%提至80%，轉爐終點w[O]由423×10-6降至375×10-6，減少了脫氧劑鋁錠加入量，從而減少了Al2O3夾雜物的形成并穩定了供精煉Al含量。

4.1.2 頂渣改質

轉爐在出鋼過程加入1.6 kg/t頂倉灰、高鋁鋼包渣改質劑由2.2 kg/t提高至2.7 kg/t，鋼包底吹由單氬氣增加為雙氬氣，提高渣洗效果，生成熔點不高，流動性適中又容易形成泡沫的以鋁酸鈣為主的渣系，有利于縮短精煉時間、降低爐渣氧化性提高鋼水脫硫效果。

4.2 精煉

4.2.1 增加渣層厚度

除轉爐改質劑增加外，將精煉渣料石灰由3.8 kg/t提高至5 kg/t，通過增加精煉渣層厚度，在精煉期間減少鋼水吸氧、吸氮及與外界接觸發生二次氧化形成夾雜物，同時提高精煉脫硫能力。

4.2.2 優化脫氧工藝

首先使用電石脫氧，待精煉渣起泡、化渣后加入鋁粒脫氧，前期變渣以鋁粒為主，電石為輔盡快變渣，后期以電石為主、鋁粒為輔保證白渣和良好的發泡性能，脫氧劑加入執行少加、勻加、勤加的原則，使脫氧劑均勻鋪展到渣面，確認白渣后采用電石脫氧為主保持白渣和精煉渣發泡性能直到出鋼，過程注意粘渣觀察脫氧情況。

4.2.3 鈣處理工藝優化

鈣鋁比是衡量Al2O3夾雜物變性的標志，合理的鈣處理可將鋼水中固態的高熔點Al2O3夾雜轉變為低熔點的鋁酸鈣（12CaO·7Al2O3，熔點1 455℃，澆注溫度下為液態）。使用鈣含量高的無縫金屬鈣線替代鈣鐵線、增加喂絲機導管的長度、將喂線速度設定為2～3 m/s、一次性喂入220 m等措施有助于增加鈣線的插入深度和減少彎曲，提高鈣回收率。鈣鋁質量比由起初開發階段的0.05%提升至0.09%，改善了鋼水的可澆性。

關注過程氬氣控制：生產冷鐓鋼前對氬氣總壓力進行確認，保證精煉爐氬氣總壓力＞1.2 MPa，并對上線的鋼包透氣性進行檢查，從轉爐吊來的鋼水在精煉座包后第一時間打開氬氣，保證鋼水及液面的流動性，在進行鈣處理前進行第一次軟吹，軟吹時間7 min，喂線期間鋼包吹氬流量采取強攪拌，鈣處理后進行第二次軟吹，軟吹時間5 min，線結束后采用相對較弱的吹氬流量。通過兩次軟吹使精煉過程的生成夾雜物充分上浮。

4.3 連鑄

4.3.1 保護澆注

中包開澆前吹氬3 min以上，排除空包內多余的空氣，澆注期間中包、大包長水口、浸入式水口全程氬封，隔絕空氣。使用鋼包升降回轉臺，鋼包開澆時采取先上大包長水口再開澆的方式，Als損由開發初期的平均0.015%降低至0.008%，增w（N）由開發初期的平均0.005%降至至0.003%，同時將中包上水口與浸入式水口碗口接觸方式由原來的“線”接觸改為“面”接觸，增大二者之間的接觸面積，進一步減少與空氣接觸造成鋼水的二次氧化。

4.3.2 高拉速生產

將中包上水口的直徑尺寸由Φ23 mm調整至Φ28 mm，浸入式水口碗口直徑尺寸由Φ25 mm調整至Φ28 mm，減少結瘤對鋼水可澆性的影響。開澆按6個流組織生產，一次性先開4個流，再開2個流（節奏緊張堵流按5個流生產），開澆順利后將拉速控制在1.8 m/min，脫錠正常后，過熱度＜45℃時調整至目標拉速2.1 m/min，過熱度≤38℃調整至2.4 m/min。在溫度條件合適情況盡快將拉速提起來，減少因開澆拉速慢，中包上水口附著夾雜物導致結瘤。

5 實施效果

日鋼長型材制造部通過對冷鐓鋼水口結瘤原因分析，采取了優化脫氧、鈣處理工藝、全程保護澆注等一系列措施，改善了高熔點鋁酸鈣、硫化鈣夾雜引起的水口結瘤問題，有效解決了冷鍛鋼開發階段絮流問題。

6 結論

1）水口結瘤物主要為高熔點CaO-MgO-Al2O3及CaO-CaS-Al2O3復合夾雜，附著在水口內壁，是引起絮流的主要原因。

2）優化轉爐終點及精煉脫氧、鈣處理、軟吹工藝，做好連鑄保護澆注可有效使鋼水中夾雜物變性去除并減少鋼水的二次氧化，改善水口結瘤引起的絮流問題。