酸溶铝在钢中行为的研究

曹莹莹

（河钢集团宣钢公司二钢轧厂， 河北 宣化 075100）

河钢集团宣钢公司（以下简称公司）前期生产出的圆钢产品虽然占据了一定的市场份额，但都比较低端，且客户在深加工过程中反映产品存在均质性、稳定性较差的情况，影响产品的进一步深加工。针对圆钢产品的市场反馈情况，公司技术人员开展质量攻关，以确保圆钢铝控稳定性[1，2]为切入点，分析了45号圆钢冶炼过程中各工序钢液中酸溶铝含量的变化规律，得出影响铝吸收率的关键环节，并提出有针对性的工艺改进措施。

1 铝在钢中的存在形式

国家标准中的铝含量通常是指钢中所有Al 元素的含量，即全铝含量，一般用w[Al]t表示。它不仅包括在钢液中以AlN 或溶解的形式存在的酸溶铝，还包括以Al2O3夹杂物形式存在的酸不溶铝。

在实际生产中常采用全铝含量w[Al]t和酸溶铝含量w [Al]s之间的差值或比值来衡量钢中Al2O3夹杂物的含量。在45号圆钢冶炼时，一般要求Ca 处理前m[Al]t/m[Al]s≥90%。

2 各工序钢液中酸溶铝和全铝的变化

由于铝的收得率不稳定，导致钢中的酸溶铝含量也不稳定。为此，统计了一个中包（18 炉）45号圆钢在4个不同冶炼时期钢中的酸溶铝和全铝的数据，分别是1号为进氩站时钢中的酸溶铝及全铝含量；2号为进精炼时的钢中的酸溶铝及全铝含量；3号经过LF 精炼处理后的钢中的酸溶铝及全铝含量；4号为连铸中包样。不同时期钢液中全铝含量如图1 所示，不同时期钢液中酸溶铝含量如图2 所示。

图1 不同时期全铝含量的变化

图2 不同时期酸溶铝含量的变化

通过对比图1、图2 发现，炼钢生产[3，4]过程中，钢水中的酸溶铝及全铝含量在氩站、精炼、中间包内依次降低，且变化趋势基本一致。为进一步探索钢中酸溶铝及全铝含量之间的关系，统计上述不同冶炼时期钢中酸溶铝含量与全铝含量的比值，如下页图3 所示。

从图3 可知：在整个工艺过程中，钢中酸溶铝含量与全铝含量的比值基本稳定在75%～98%之间。这是由于在实际生产中，铝作为脱氧剂在出钢前期一次性加入到钢包中，与钢水中的氧反应生成大量Al2O3夹杂。在氩站吹氩搅拌的过程中，大量的Al2O3夹杂从钢液中上浮去除。因此，钢中的酸溶铝与全铝含量的比值在进精炼时达到了90%以上，之后变化很小。但有两炉钢水在浇注过程中酸溶铝含量与全铝含量的比值突然降低，这说明大包到中间包浇注过程中保护浇注的效果不理想，钢水发生二次氧化。因此应加强连铸工序全程保护浇铸，防止钢水二次氧化。

图3 不同时期酸溶铝含量与全铝含量的比值

3 工艺改进

3.1 提高终点碳及出钢温度

提高转炉终点[C]，降低了钢水的氧化性，有利于减少铝的烧损。因此，为提高铝的收得率，将转炉终点w[C]由0.10%～0.20%调整为0.15%～0.30%。调整后，[Al]的收得率由原来的33%左右提高到40%左右。

但转炉终点w[C]提高后，出钢温度也由之前的1600 ℃左右提高到1630 ℃左右。出钢温度升高有利于缩短精炼供电升温时间，使钢包内炉渣及钢水的氧化性大大降低，提高了铝的收得率。但转炉终点w[C]提高后，降低了钢水的氧化性，此时由于炉内高温环境，容易出现炉渣回磷，导致出钢磷偏高。针对这个问题，45号圆钢采用双渣法冶炼，通过增加前期渣量，利用低温和大渣量条件尽可能的去磷，在硅锰反应期基本结束时起枪倒渣，避免后期由于炉内温度升高，炉渣中的磷重新回到钢液中。

3.2 优化钢包到中间包的保护浇注

公司原采用碗式结构的大包套管，大包套管与钢包上水口形成弧形对接，接触面积较小，容易吸气，使注入中间包的钢水易受到二次氧化，尤其对含铝品种钢的冶炼，连铸工序铝烧损严重，不仅导致钢水的纯洁度降低，而且易发生水口翻钢的事故。

为此，宣钢根据现使用的圆台式结构的钢包上水口，将大包套管优化设计成圆台式结构，台式套管采用角形对接，使得大包套管与上水口紧密吻合，形成面形密封。优化后，在台内侧吹氩，并在吹氩管加装流量计，将氩封流量控制在2.0～2.5 m3/h，形成氩气隔离带，配合使用密封垫密封，实现环状密封，确保不会将空气吸入到注流中，有效杜绝了钢水的二次氧化，降低了氮的吸入量，提高了保护浇铸效果。现统计大包套管优化设计前后45号圆钢连铸工序铝烧损情况如表1 所示。

表1 大包套管改造前后连铸工序铝烧损情况 %

由表1 可以看出，大包套管优化设计后，45号圆钢连铸工序平均铝烧损率由原来的29.88%降低到22.62%，铝烧损降低了7.26%。

4 结论

1）冶炼过程中，钢水中的酸溶铝及全铝含量在氩站、精炼、中间包内依次降低，且其比值基本稳定在75%～98%之间。但有两炉钢水在浇注过程中酸溶铝含量与全铝含量的比值突然降低，这说明大包到中间包浇注过程中保护浇注的效果不理想，钢水发生二次氧化，在后续生产中应该引起注意。

2）提高转炉终点碳含量，有助于降低钢水终点氧化性，提高Al 的收得率。

3）加强钢包到中间包的保护浇铸，可以有效防止钢水二次氧化，降低连铸工序铝烧损率。