方坯冷鐓鋼SWRCH22A優(yōu)化生產(chǎn)實(shí)踐

王成青，孫振宇，梁祥遠(yuǎn)，郭猛，王華東，那廷權(quán)

（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧 鞍山 114021）

含Al冷鐓鋼是冷頂鍛成型工藝生產(chǎn)互換性較高的標(biāo)準(zhǔn)件和變形量較大的異形冷鐓件材料，主要用于制造自攻螺釘、內(nèi)六角、法蘭面螺栓、加厚或超薄螺母等各類緊固件，使用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，因此，對含Al冷鐓鋼性能要求十分嚴(yán)格，要求塑性和表面質(zhì)量好，冷頂鍛性能好，夾雜物含量低［1］，而鋼水中夾雜物的成分和數(shù)量均嚴(yán)重影響鋼水的可澆性和鋼材的質(zhì)量［2］。鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠二分廠（以下簡稱“二分廠”）有3臺小方坯連鑄機(jī)，生產(chǎn)的主要品種有冷鐓鋼、螺紋鋼和高碳鋼等，其中，冷鐓鋼以含Al冷鐓鋼SWRCH22A為主，平均月產(chǎn)量約3萬t。實(shí)際生產(chǎn)過程中，浸入式水口外掛砣配重安裝以保證其水口碗部與中間包定徑水口接觸處的密封效果，由于該鋼種含Al，經(jīng)常會出現(xiàn)浸入式水口絮流的現(xiàn)象，不僅增加換水口的頻次，影響生產(chǎn)的順行，還加大了勞動強(qiáng)度，對生產(chǎn)成本和鑄坯質(zhì)量都產(chǎn)生不利影響。二分廠通過采取優(yōu)化轉(zhuǎn)爐冶煉工藝，優(yōu)化LF精煉造白渣工藝等措施，減少了鋼水澆注過程中的絮流現(xiàn)象，穩(wěn)定控制了鋼中的Al2O3夾雜物，提高了鋼水潔凈度。本文對此作以介紹。

1 煉鋼工藝流程及裝備

冷鐓鋼SWRCH22A煉鋼工藝流程為：鐵水預(yù)處理→90 t轉(zhuǎn)爐冶煉→LF爐精煉→鑄機(jī)。冷鐓鋼SWRCH22A標(biāo)準(zhǔn)成分見表1，轉(zhuǎn)爐及鑄機(jī)工藝裝備參數(shù)見表2。

表1 冷鐓鋼SWRCH22A標(biāo)準(zhǔn)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）Table 1 Standard Compositions in SWRCH22A Cold Heading Steel（Mass Fraction） %

表2 轉(zhuǎn)爐及鑄機(jī)工藝裝備參數(shù)Table 2 Equipment Parameters of Converter and Caster

2 水口絮流的原因分析

含鋁冷鐓鋼在連鑄生產(chǎn)時常常會出現(xiàn)浸入式水口絮流堵塞的問題，實(shí)物照片如圖1所示，主要是Al2O3絮流物。產(chǎn)生的主要原因是該類鋼種采用鋁脫氧，鋁與鋼中的氧反應(yīng)生成Al2O3夾雜物，精煉工序處理結(jié)束后，鋼中Al2O3夾雜物未充分有效上浮，鈣處理工藝不徹底，隨鋼水進(jìn)入到中間包內(nèi)。在澆注過程中，鋼水中的部分Al2O3夾雜物不斷在浸入式水口碗部聚集，造成鋼水通道堵塞。當(dāng)絮流物聚集到一定程度，通道會被堵死，被迫更換水口或是造成事故停澆。

圖1 浸入式水口絮流物實(shí)物照片F(xiàn)ig.1 Photo of Flocculent Flow Occurred at Submerged Entry Nozzle

3 轉(zhuǎn)爐冶煉工藝優(yōu)化

3.1 轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制

轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)的控制對整罐鋼水的成分控制、鋼水的氧化性、后續(xù)精煉LF爐處理的難度和鋼水的可澆性起到重要作用。轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制的關(guān)鍵是P、S的控制，P和S為鋼中有害元素，會對鋼造成熱脆和冷脆現(xiàn)象，所以必須控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)且盡可能低。為了保證冷鐓鋼較低的P、S含量，二分廠采用鐵水預(yù)處理工藝，合理控制入爐鐵水的硫含量，保證轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)硫含量低于0.025%。轉(zhuǎn)爐冶煉過程中，采用高-低-高的操作槍位，加強(qiáng)轉(zhuǎn)爐前期的化渣操作，強(qiáng)化前期脫磷效果，終點(diǎn)溫度控制在1 635～1 665℃之間，確保冶煉終點(diǎn)P含量低于0.015%。合適的碳含量能夠降低鋼水中的氧含量，減少脫氧合金消耗，因此嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)碳含量，提高一拉命中率，要求轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)碳含量為0.05%～0.10%。圖2為優(yōu)化后轉(zhuǎn)爐出鋼碳含量分布情況，出鋼碳含量基本處于0.05%～0.10%。

圖2 優(yōu)化后轉(zhuǎn)爐出鋼碳含量分布情況Fig.2 Distribution State of Content of Carbon in Molten Steel Smelted by Converter during Tapping after Optimization

出鋼過程中采用雙擋渣工藝，出鋼前在出鋼口加入擋渣塞，出鋼末期加入擋渣標(biāo)，直至鋼水出完，以盡可能減少出鋼下渣。生產(chǎn)實(shí)踐得出，僅使用擋渣標(biāo)渣層厚度平均為93.2 mm，雙擋渣工藝就能夠控制出鋼后的渣層厚度平均達(dá)到68.5 mm。

3.2 轉(zhuǎn)爐合金化工藝

轉(zhuǎn)爐出鋼過程中，需要加入鋁、硅、錳等合金進(jìn)行脫氧合金化操作，加入的鋁、硅等脫氧劑與鋼水中的氧結(jié)合，產(chǎn)生“原始”的鋁夾雜物和硅夾雜物，這類夾雜物可在后續(xù)工序中采用各種冶金手段最大限度的去除。二分廠在冷鐓鋼SWRCH22A開發(fā)之初，轉(zhuǎn)爐出鋼過程中加入的脫氧劑為鋁錳鐵，由于轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制水平的差異，且沒有副槍進(jìn)行定氧操作，不僅鋼水中氧含量偏差大，而且無法準(zhǔn)確計算出脫氧劑的耗量。圖3為優(yōu)化前鋼水罐內(nèi)Als含量分布情況，由圖3看出，Als含量控制很不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)未測到Als的情況，取出的樣品帶有氣孔等缺陷，無法進(jìn)行化學(xué)分析，影響了LF爐精煉前期的加鋁合金化操作，不便于鋁系夾雜物的控制。

圖3 優(yōu)化前鋼水罐內(nèi)Als含量分布情況Fig.3 Distribution State of Content of Als in Ladle before Optimization

針對上述情況，優(yōu)化了轉(zhuǎn)爐合金化工藝，主要采用硅錳合金進(jìn)行弱脫氧 （將鋁系合金轉(zhuǎn)移至精煉工序加入），加入量為2.0～2.4 kg/t鋼。如果鋼水罐內(nèi)錳含量不足，補(bǔ)加中碳錳鐵或高碳錳鐵，確保成分達(dá)到內(nèi)控要求。轉(zhuǎn)爐出鋼過程中，隨同合金加入一定量的小粒白灰，一般為2～3 kg/t，利用鋼水流的沖擊攪拌作用，實(shí)現(xiàn)精煉初渣的快速形成，為LF爐快速造渣提供有利條件。

4 LF爐精煉工藝優(yōu)化

4.1 精煉造白渣工藝

造精煉白渣是LF爐精煉工藝的重點(diǎn)，也是穩(wěn)定鋼水中Als含量的前提條件。白渣是一種堿度較高的動態(tài)渣，冷卻后呈白色，氧化鐵含量＜1%，氧化鈣含量約60%。精煉造白渣的目的是降低頂渣氧化性，減少渣中氧向鋼中傳遞，避免與鋼中Al反應(yīng)生成Al2O3夾雜，同時，良好的白渣可以有效脫除鋼中的硫，吸附鋼中夾雜物。

LF 爐造白渣要求“快”、“白”、“穩(wěn)”?！翱臁本褪且谳^短時間內(nèi)形成白渣。由于LF爐處理周期有限，白渣形成越早，精煉時間越長，精煉效果越好；“白”就是渣中FeO含量小于1.0%，形成具有較強(qiáng)精煉能力的還原渣；“穩(wěn)”有兩層含義，一是各爐次之間爐渣成分穩(wěn)定且接近，二是同一爐次形成白渣后，渣中的FeO含量一直保持在1%以下，提高精煉效果［3］。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，為保證爐渣快速形成，鋼水進(jìn)站后，根據(jù)鋼水罐內(nèi)渣層厚度、鋼水初始硫含量及初始溫度等情況，向罐內(nèi)加入小粒白灰 5～10 kg/t，每批次≤500 kg，螢石或鋁礬土 1～2 kg/t，同時加入脫氧合金化用鋁粒，大氬氣攪拌一定時間確保渣料融化后，進(jìn)行電極升溫操作。首次升溫結(jié)束后，以400～500 L/min的大氬氣量攪拌鋼水，攪拌時間大于5 min。利用氧氣管粘渣樣觀察其顏色是否發(fā)白，確定造白渣效果。優(yōu)化后各工序渣中FeO含量見圖4。由圖4看出，隨著各工序的進(jìn)行，渣中FeO含量逐漸降低。

圖4 優(yōu)化后各工序渣中FeO含量Fig.4 FeO Content in Slag in Different Procedures after Optimization

4.2 進(jìn)站加鋁工藝

鋁粒能夠快速脫除渣中的氧，降低渣中的不穩(wěn)定氧化物，使精煉渣中的ω（FeO%+MnO%）很快低于1.0%。采用一次性加鋁操作主要形成珊瑚狀A(yù)l2O3簇，這些簇狀物很容易上浮進(jìn)入到頂渣中，只有少量滯留在鋼液中，可很大程度上減少澆鋼過程中的絮流發(fā)生。因此，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，當(dāng)鋼水進(jìn)站吹氬起翻后，會隨著初期渣料加入的同時，一次性配加一定量的脫氧合金鋁。加鋁量取決于轉(zhuǎn)爐實(shí)際出鋼C含量、點(diǎn)吹情況、罐內(nèi)S含量、進(jìn)站渣厚及狀態(tài)、Als含量控制目標(biāo)等因素，一般為1.5～2.0 kg/t。如果罐內(nèi)渣層較厚，超過100 mm且發(fā)泡，轉(zhuǎn)爐出鋼碳含量偏低，小于0.05%，考慮到脫硫改質(zhì)等的燒損，控制Als在成品標(biāo)準(zhǔn)的上限+0.01%時，則加鋁量按上限加入，即2.0 kg/t，否則加入1.5 kg/t。圖5為優(yōu)化后LF搬出和成品Als含量的控制情況，從圖5看出，搬出Als含量均值可以穩(wěn)定控制在0.038%左右，成品Als含量均值為0.036%，Als含量基本滿足精煉處理工藝的需要，能夠滿足鋼種要求。

圖5 優(yōu)化后LF搬出和成品Als含量的控制情況Fig.5 Controlled State of Als Content Removed in LF and Finished Products after Optimization

4.3 鈣處理及凈吹氬工藝

精煉處理結(jié)束，鋼水成分和溫度達(dá)到要求后，對鋼水進(jìn)行鈣處理，合理控制LF搬出鈣含量為0.001 5%～0.004 5%，以獲得理想的鈣飽和量，既保證鋼水的可澆性，同時減輕鋼水對塞棒的沖刷。為促進(jìn)鋼水中夾雜物的上浮去除，在滿足澆注溫度的條件下，弱吹氬時間應(yīng)保證在5 min以上，流量控制在15～50 L/min，保證鋼水液面不裸露，避免鋼水二次氧化。

5 機(jī)前澆注工藝優(yōu)化

采用大容量中間包（30 t）進(jìn)行鋼水澆注，增加鋼水在中間包內(nèi)的停留時間，促進(jìn)夾雜物的上浮。同時，為提高中間包內(nèi)頂渣吸附夾雜物的能力，減少鋼水裸露造成的二次氧化，提高保溫效果，采用雙層覆蓋劑進(jìn)行液面保護(hù)。鋼水罐開澆后，中間包容量達(dá)到一定噸數(shù)后，先加入具有良好吸附夾雜功效的堿性覆蓋劑，其Al2O3含量≥40%，一般加入量為100～150 kg。待中間包滿包后，在其上面加入炭化稻殼進(jìn)行再次覆蓋，起到良好的保溫效果。根據(jù)實(shí)際情況，后續(xù)罐次不定量補(bǔ)加炭化稻殼，以避免鋼水裸露氧化。

6 生產(chǎn)效果

采用上述優(yōu)化措施后，冷鐓鋼SWRCH22A的可澆性得到很大改善，絮流現(xiàn)象大大減少，同澆次水口使用時間由6.8 h提高到10 h，每澆次換水口次數(shù)大幅減少。統(tǒng)計工藝優(yōu)化前后各3個月的平均換水口情況，每澆次由4～5次降至1～2次，有時甚至不用更換水口，同時，鑄坯質(zhì)量得到提高。

7 結(jié)語

鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠二分廠針對方坯冷鐓鋼SWRCH22A澆注過程中水口絮流問題，通過穩(wěn)定控制轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)出鋼碳含量為0.05%～0.10%，優(yōu)化轉(zhuǎn)爐脫氧合金化工藝，出鋼過程采用雙擋渣工藝控制下渣量，精煉LF爐采取一次性加鋁操作，優(yōu)化機(jī)前澆注操作，冷鐓鋼SWRCH22A的可澆性得到很大改善，絮流情況大大減少，每澆次換水口的頻次由4～5次降至1～2次，有時甚至不用更換水口，不僅穩(wěn)定了生產(chǎn)，降低了勞動強(qiáng)度和生產(chǎn)成本，同時提高了鑄坯質(zhì)量。