鋁鎮靜鋼鑄坯生產工藝優化

高 石

（天津市產品質量監督檢測技術研究院檢測技術研究中心，天津 300232）

生產實踐發現含鋁較高鋼種的鋼水可澆性差，出現了結晶器液面出現巨大波動、燒大包水口等，鋁鎮靜鋼加工完成后表面出現缺陷問題，鋼水產出率大幅度降低，直接影響加工進度。

針對鋁鎮靜鋼鑄坯生產質量問題，即鋼中酸溶鋁[Als]含量大于等于0.006%時鋼水可澆性變差[1]，本文考慮從多方面入手，采用聯合控制的方法來提高鑄坯表面和內部質量。因此，對三個批次鋁鎮靜鋼生產工藝進行試驗，通過逐步優化生產工藝的方法實現提高鑄坯質量的目的。

1 試驗材料及方法

選用工業常用鋁鎮靜鋼作為試驗鋼，依次在三個批次上進行生產工藝調整試驗，生產工藝簡圖如圖1所示。

圖1 生產工藝簡圖

批次A：按常規工業生產流程進行生產，即轉爐→中間包→連鑄機等；

批次B：在批次A的基礎上控制出爐碳含量、出鋼溫度、吹氬控制、喂Ca-Si線等關鍵參數；

批次C：進一步優化，驗證批次B工藝可行性。

生產試驗情況：

（1）批次A生產試驗

由于含鋁較高鋼種的鋼水可澆性差，首先必須解決在澆注過程中水口絮流問題。生產關鍵數據及絮流問題如表1所示。

表1 批次A生產關鍵數據

對試樣進行低倍檢驗，照片如圖2和3所示，分析結果如表2所示。

圖2 爐號3連鑄坯低倍照片

圖3 爐號4連鑄坯低倍照片

表2 批次A鑄坯低倍檢驗結果

在鋼水澆注過程中，常因水口堵塞而導致澆注中斷或失敗。根據文獻報道[2，3]，導致鋁鎮靜鋼在澆注過程中發生水口結瘤的主要原因為鋼水中氧化夾雜物Al2O3的存在，該夾雜物的特點是高熔點且難熔。因此，要解決水口結瘤堵塞問題，就要降低鋼中氧含量，從而減少難熔Al2O3夾雜的產生。

通過分析生產關鍵數據可知，出現生水口結瘤的部分冶煉爐中的鋼水，鋼碳的產出率不高，存在嚴重絮水口的部分爐鋼，產出鋼碳占比分別為百分之0.062、百分之0.056。而從鋁的產出情況可以推斷出，5爐、6爐鋼水鋁的產出量不足，尤其是鋁的產出量只達到百分之4.3、百分之5.84，這也表明轉爐爐后鋼的水氧化率超標，轉爐終點鋼水氧量急劇上升，脫氧合金化后廢物量增加[4]。另外，轉爐終點碳含量對鋁鎮靜鋼產出也產生不利影響。加工時，若鋼水中碳含量低于規定標準值，可在一定程度上提升終點氧含量，脫氧產物數量持續增長。產出鋁鎮靜鋼過程中，嚴格控制轉爐。

當鋼中鋁含量一定時，隨著向鋼水中喂入Ca-Si線，鋼中鈣含量增加，鈣將不斷地將鋁從Al2O3夾雜物中置換出來，并沿如下路線Al2O3→CaO·6Al2O3→CaO·2Al2O3→CaO·Al2O3→12CaO·7Al2O3改變夾雜物性質，而且熔點不斷降低，形成低熔點的夾雜物，從而避免或減輕水口結瘤的發生。

研究批次A生產關鍵數據，7爐的水口結瘤現象較為明顯，因Ca-Si線折斷，喂線長度可達66米，其鋼中鈣鋁比僅為0.02。鋼中鈣鋁比在0.09以上時，鋼中的Al2O3類夾雜物才能獲得較好的變性。由此可見在生產[Als]高的鋼時，對鋼水進行鈣處理，并保證鋼中一定的鈣鋁比是非常重要的。

（2）批次B生產試驗

在對批次A生產工藝總結的基礎上，又進行了批次B生產試驗。在控制終點碳含量、終點鋼水溫度、喂Ca-Si線等方面均作出調整，添加精煉工藝，控制吹氬制度等。加入精煉吹氬的目的在于，使出鋼脫氧時形成的脫氧產物絕大部分已進入渣中，提升鋼水潔凈。生產關鍵數據及澆注情況，如表3所示，通過調整工藝，澆注過程順利，沒有出現絮流的現象。

表3 批次B生產關鍵數據

分別對爐號3、5、7進行了電子顯微鏡檢測分析，結果見表4。通過電鏡觀察，通過精爐加工后，鋼水中僅有少量雜質物質，純度較高。從鋼中夾雜物的電鏡數據可知，可以觀察到的雜質物質大小多為10μm左右，其中一部分鋼夾雜物大小不超過3μm。查明喂線前與喂線后雜質物質中所含鈣鋁情況，完成喂線后夾雜物中鈣鋁含量達到的要求標準。鋁鎮靜鋼生產完成喂線處理后三氧化二鋁的處理更加徹底，產出一定量的鈣鋁酸鹽。

表4 不同工藝點鋼中夾雜物電鏡分析統計結果

圖4和圖5為爐號7喂線前后和中包夾雜物形貌及能譜分析結果，通過對檢測結果分析可以得到：

圖4 爐號7（喂線前/LF搬出/中間包）典型夾雜物形貌

圖5 爐號7（喂線前/LF搬出/中間包）典型夾雜物能譜

對鋁鎮靜鋼生產處理前雜質物質中鈣鋁含量較少，后期完成鈣處理后，鋼水中鈣鋁含量持續增加，超過了1.0，由此可以推斷出鋼中所含雜質物質有低熔點的特點；

對鋼水中的鈣進行檢測并喂線后，鈣硫含量發生變化，CaS是雜質物質主要存在形式；其中硫與雜質物質結合的力度遠大于鈣與氧的結合力度，若鋼中的硫含量超過一定數值，鋼水中的溶解氧降低雜質物質才能分離出來。

CaS在鋼水中存在的狀態為固態，鋼水的澆注強度得到控制。就目前現存的鋁鎮靜鋼生產工藝，需嚴格控制Ca-Si的數量，降低CaS摻入量。

（3）批次C生產試驗

在總結前兩個批次生產試驗的基礎上，進行批次C生產試驗。目的在于確實生產工藝的可靠性和可重復性。試驗證明批次C整個冶煉生產過程十分順利，未發生水口絮流，對試樣進行低倍檢驗，照片如圖6所示，分析結果如表5所示。軋材性能也達到了供貨要求，如表6所示。

圖6 批次C連鑄坯低倍照片

表5 批次C鑄坯低倍檢驗結果

表6 批次C力學性能

2 結語

（1）采取控制出爐碳含量、出鋼溫度、吹氬控制、喂Ca等合理措施，使鋼水中夾雜物充分脫出并上浮，提升澆注質量，最終實現提高鑄坯質量的目的；

（2）提高鋁鎮靜鋼澆注性能，防止中包絮水口發生，鋼水包喂Ca-Si線進行鈣處理十分重要；

（3）喂線時保證鋼中鈣鋁比在0.10以上，有利于Al2O3夾雜變性和去除。