含硫铝脱氧钢可浇性工艺技术研究与应用

张振祥

（山西太钢不锈钢股份有限公司，山西 太原030003）

用铝脱氧的钢液中存在的氧化铝夹杂物，熔点高、液态钢中呈固态，在连铸过程中很容易在水口出聚集，引起堵塞。通过向铝脱氧钢中喂入CaSi线，改变铝氧化物夹杂的形态，形成低熔点的钙铝化合物，改善钢液的浇铸性能。但在生产初期经过钙化处理的钢水仍然在浇铸过程中，发生连铸水口结瘤，提不起拉速，更换水口、水口烧眼等现象时常发生；导致断浇。通过系统调查、原因分析和工艺改进实现了高硫钢水的高效连浇。

1 工艺流程及主要装备

试验研究采用的生产工艺流程为：电转炉冶炼一LF精炼一VD一圆坯连铸。各工序的主要装备条件如表1。

表1 炼钢系统主要设备

试验钢种为BM重载车轮钢。成分见表2。

2 水口结瘤形貌及原因分析

表2 钢的牌号及化学成分 %

2.1 水口结瘤典型形貌

观察断浇后水口的形貌发现：在连铸浇铸的过程中，钢水中的非金属夹杂物在水口内壁慢慢聚集结瘤，造成水口堵塞，如图l所示。

图1 水口结瘤处扫描电镜和能谱分析图

2.2 原因分析

分析水口结瘤物的扫描电镜（图1）可知，结瘤物主要为高熔点的CaS类夹杂物及部分Al2O3。主要原因钢水中Al2O3钙化不足造成Al2O3絮流；VD喂S线增硫和喂CaSi线进行钙化处理的时间间隔过短，生产硫化钙；喂入CaSi线的数量过多，多余的Ca与S反应生成CaS。

3 工艺改进措施

3.1 控制电转炉终点碳，降低LF钢水初始氧含量

降低电转炉终点碳，可以有效降低初炼钢水中的溶解氧，降低精炼过程的脱氧负担和减少钢水中的脱氧产物的生成量，减少钢水中的夹杂物。

3.2 电转炉终点碳控制

1）工艺采取炉壁氧枪供氧、铁水溜槽兑铁工艺。

2）采用炉壁氧枪定枪位、定流量。氧枪流量：2 300～2 500 m3/h。

3）变铁水兑入量，控制炉内碳含量的平衡，最终实现理想的终点碳控制。炉内余碳按0.8%～1.0%控制，炉内兑铁15 t开吹，开吹后吹氧与兑铁同步，确保炉内余碳0.8%～1.0%均衡。

4）兑铁结束后兑铁水结束后，根据终点碳的要求控制吹氧总量，终点碳控制0.2%～0.4%。

3.3 精炼炉快速造白渣

根据电转炉通报每炉终点控制信息，LF在送电后加入碳化钙快速造渣，通过蘸渣观察炉渣还原性，对进站钢水质量进行综合判断后加铝丸脱氧处理，加入足量脱氧剂和渣料，形成高碱度的脱氧、脱硫渣，根据合金成分要求进行合金调整和还原，继续调整渣料，控制还原渣组分R=m（CaO）∶m（SiO2）=3.5～4.5，MI=R∶m（Al2O3）≈0.25～0.35，控制w（FeO）＜0.5%。形成脱氧能力较强的白渣，且白渣保持时间大于25 min。精炼白渣主要为四元渣系，炉渣具有良好的流动性，具有吸附夹杂物能力及脱氧脱硫能力。

3.4 VD处理工艺优化

VD工序的主要任务是通过真空处理脱气、通过喂线手段完成夹杂物的变性处理和成分控制，通过氩气软搅拌完成夹杂物的上浮去除。真空状态下钢水吹氩搅拌效果是去除钢水夹杂物的关键，特别是对Al2O3等夹杂物的去除有良好的作用。工艺标准：高真空度（≤67 Pa）下保持时间≥15 min，氩气参考流量150～200 L/min。在VD破真空后，进行喂线处理，进行硫含量的控制和夹杂物的变性处理。工艺标准：喂硅钙线与喂硫线间隔时间≥5 min，喂线量120～130 m（目标w（S）=0.020%）根据硫线回收情况适当补加硫线，喂线处理结束后进入软搅拌模式。软搅拌工艺标准：在保证钢液不裸露前提下软搅拌时间：15～25 min。

4 应用效果

4.1 钢中全氧、全铝、硫含量控制（见表3）

4.2 钢中非金属夹杂物控制（见表4）

表3和表4分析可知，通过电转炉终点碳控制、优化快速造白渣操作、强化VD喂线标准化操作等系列措施，充分促进了非金属夹杂物的上浮去除和避免了增硫后钢水形成夹杂物，实现了钢水增硫后钢水可浇性的应用，钢水连拉炉数达到了15炉，无水口结瘤，避免了由于钢水流动性不好造成的断浇。

表3 钢中全氧、全铝、硫含量控制 %

表4 钢中非金属夹杂物控制 %

5 结论

1）高硫铝脱氧钢水影响钢水可浇性的因素主要是因为高熔点的Al2O3非金属夹杂物和钙化处理过程形成的CaS在水口内壁聚集长大造成水口内壁堵塞。

2）通过减少LF进站钢水氧含量，可以有效减少类非金属夹杂物Al2O3含量。

3）四元渣系具有良好的流动性，吸附夹杂物能力及脱氧能力，可以有效地避免水口结瘤。

4）快速造白渣延长白渣保持时间25 min以上以及合理的吹氩制度，可以有效地减少钢中非金属夹杂物的含量，从而降低水口结瘤几率。

5）合理控制VD工序的喂线量和喂线间隔时间，精准控制软搅拌时间和流量，能有效去除Al2O3夹杂，避免CaS夹杂的生成，杜绝高硫铝脱氧钢连铸过程的水口结瘤。