阳春新钢铁有限责任公司 529600
摘要：今年是公司的创新发展年，提高公司产品市场竞争力，阳春新钢铁现对XSWRCH8A冷镦钢开发。为了提高新品种开发的成功率，现对含铝冷镦钢LF炉工艺进行研究，通过LF炉精炼的脱氧造白渣工艺、吹氩工艺控制、钙处理工艺、改性Al2O3夹杂、保证钢水的流动性等工艺措施，解决含铝钢中包水口结瘤，酸溶铝含量的控制，钢水增硅等控制难点。通过LF炉的冶炼保证合格钢水温度成分，良好钢水的可浇性和纯净度。
关键词：LF炉；冷镦钢；精炼
冷镦钢产品主要用于汽车、造船、设备制造、电子、家电、自行车、工具、轻钢结构、建筑等行业。此钢对质量要求成分稳定、有害元素P、S低，钢水纯净度高、表面质量高、几何尺寸精度高、冷成型时开裂率低等优点，我炼钢厂采用的工艺流程：120转炉—吹氩站—120tLF炉—5机5流方坯连铸，LF炉精炼是此重要环节，为了满足钢水质量的要求，必须对钢水进行深脱氧造白渣、脱硫、升温、成分的微调、夹杂物的去除、钙处理保证钢水良好的可浇性和纯净度。现以XSWRCH8A的开发对LF炉含铝钢的精炼工艺进行研究，此钢种成分要求如下（图1）：
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图1
1、转炉的控制
保证钢水终点成分和温度的命中率，终点控制C：≤0.05%、P≤0.012%、S≤0.020 %，根据终点定氧值采用高铝锰铁脱氧，控制进站酸溶铝含量0.020%-0.050%，出钢过程做好挡渣出钢，严格控制出钢下渣量≤50mm。通过出钢合成渣和石灰的加入对钢包顶渣进行改质，为钢包炉的造渣脱氧创造良好的条件。
2、吹氩站出站控制
进LF炉前吹氩站根据进站活度氧和酸溶铝含量喂入铝线对钢中的酸溶铝优先进行调整，出站控制0.045%～0.055%。过程伴随吹氩，促进钢中（FeO，MnO）等夹杂上浮，降低钢中的氧含量，均匀成分和温度。对出站温度控制，以满足钢包炉造渣要求。
3、LF炉造渣脱氧工艺
造渣脱氧是LF炉精炼工艺的重点，是造精炼白渣和稳定钢水中的铝的重要前提条件，由于低碳低硅含铝钢中酸溶铝较高，我们选择造CaO-SiO2-A12O3三元渣系，控制精炼渣终渣的成分为区间w CaO=55%~65%，wSiO2 =5%~10%，wMgO<8%，wAl2O3=28%~32%，w（Fe0+MnO）<1.5%，精炼终渣碱度R控制在大于3.0，渣中保持熔渣良好的流动性和较高的渣温，脱氧剂渣面均匀的分布，通过良好的动力学搅拌达到快速造白渣的目的，从而实现钢水快速的脱氧、脱硫。具体实施如下：
渣料配比加入：钢包炉保证石灰的活性度，钢水进站后加入第一批渣料：石灰500-600Kg，预熔渣100-200Kg，埋弧渣100-150Kg，视炉渣流动性情况加入萤石100-200Kg；采用低功率档位先化渣2-3分钟，再用中、高功率档位送电升温8-10分钟。送电过程加入第二批渣料：石灰200-300Kg，萤石50~150Kg，埋弧渣100~150kg，预熔渣50-150Kg分批加入确保埋弧效果。根据渣子和温度及节奏情况，确认是否适当补加第三批石灰和萤石。
脱氧操作：钢包炉钢水的脱氧主要是打破钢渣间的FeO浓度平衡通过氩气的搅拌的动力条件使钢中的FeO快速向渣中扩散，直到趋于平衡达到去除钢中的氧化夹杂物，提高钢水的纯净度的目的。钢水进工位前，先观察钢水的带渣量，预判断钢水的氧化性，加入电石对顶渣预脱氧，送电过程渣发泡时多次分散加入铝粒、电石做为脱氧剂对渣面进行脱氧，确保脱氧剂在钢渣界面均匀的分布，通过炉内还原气体发泡保埋弧的稳定持续，达到对渣的快速脱氧，每次通电结束观察渣的流动性，取渣样渣根据颜色由黑色、灰色、褐色、绿色、黄色或白色变化进行脱氧剂量加入实现渣脱氧操作，通过观察渣的形状及时对渣况及时进行调整保证钢渣具有良好的流动性和夹杂的吸附性，确保是终渣为白渣，保持白渣15分以上。
4、过程酸溶铝的控制
在精炼过程随着时间延长会出现酸溶铝的减少，钢中酸溶铝含量的控制直接影响着钙处理的效果，酸溶铝控制过高或过低，都会引起夹杂物总量的增加，A12O3夹杂的变性不充分导致水口结瘤，AlS过低会增加溶解氧的含量，造成钢中氧化物夹杂的增加，并影响钢的组织性能。钢中AlS过高时，钢中酸溶铝易与渣中氧结合，还会还原渣中的SiO2和MnO等化合物，使钢液中Al2O3增加，同时过高的酸溶铝还会增加钢液在浇铸时的二次氧化，产生滞留在钢中的Al2O3夹杂。控制好酸溶铝含量是降低夹杂物，避免水口结瘤的一个关键工艺。所以在保证钢水铝含量不降低，减少铝脱氧产物形成是一控制难点。
控制要点：1、LF处理前期首要任务快速的造白渣，保证白渣在通电10-15分快速形成。快速化渣是造渣的前提，分批次合理加入造渣剂，做好快速化渣升温保证埋弧发泡，保证渣的流动性，白渣未形成前钢中的酸溶铝与渣中氧反应造成的酸溶铝氧化损失大，在造白渣时加人适量的铝脱氧剂，使渣中的氧与加入的铝脱氧剂反应，炉内有良好的还原性气分，渣的埋弧发泡，各项反应就基本上到位炉渣能快速脱氧，等到炉内精炼白渣已形成。2、精炼前期做好对钢中酸溶铝的调整，避免后期补位铝线的调整造成产生大量的Al2O3夹杂去除滞后3、白渣形成后主要控制钢水酸溶铝不被二次氧化，脱硫过程严格控制搅拌强度、搅拌时间、炉渣粘度，避免钢水大面积裸露。4脱硫合金化完成后 LF 的主要任务是控温、和去除夹杂物，以液面波动但不裸露钢液面为原则，保证温度的均匀和脱氧夹杂物的上浮吸附于渣中。4、上台前Als控制不宜过高，在0.035%左右为宜。
5、钢水过程的返硅控制
低碳低硅含铝冷镦钢由于钢中的铝高硅低，不宜用增硅的脱氧剂脱氧，我厂钢包炉主要采用铝粒脱氧，使渣中硅氧化物很易还原，精炼过程不易控制。硅的氧化物主要来源转炉带入的渣量，在LF强还原气氛中，由于脱氧良好，部分Si02中的Si被还原到钢水中，精炼过程增[Si]的反应方程式为：3（SiO2）+ 4[Al]=2（Al2O3）+3[Si]，其它研究表明当[Si][Al]反应平衡时的 Si 含量在 1，00％左右，远远大于钢种上限要求，所以该反应达不到平衡，一直会向增硅方向进行。随着精炼时间的延长，增硅量会逐渐变大，精炼时间与增硅量的对应关系如（图2）所示，。所以我们从转炉控制减少转炉下渣量，在满足钢水质量要求的前提下，尽量缩短LF炉精炼的时间，避免钢水长时间在强还原气氛下；精炼过程中Als不宜长时间控制过高；不同时期，合理控制氩气搅拌功率，降低返硅的动力学条件；严格控制好脱氧剂的加入方式、加入量，避免过量的铝粒强脱氧加大返硅的量；LF精炼过程中炉渣控制不要过稀，避免造成后期返氧，再次加入铝粒强脱氧。
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图2
6、吹氩的工艺
吹氩搅拌作用主要是均匀钢水的成份和温度，促进夹杂物上浮，加快钢水的脱氧脱硫反应提供动力学条件，调整 LF 精炼过程的吹氩量的大小，把搅拌功率调到一个合适的范围内，避免造成钢水的二次污染，又有利于夹杂物聚集上浮；由于吹氩强度过大，形成柱状贯通流，造成钢液面裸露直径过大，会加速钢水中酸溶铝的氧化，过程氩气的控制原则：
前期下渣料：开启强搅拌将顶渣吹开，下渣料开启旁吹使渣料充分的混匀，送电前保证所加入的料在钢包表面完全铺开保证快速化渣，为造出白渣提供有利条件。
过程送电化渣加热升温：中小流量，将造渣料化开，保证发泡的效果，过程升温应适当调小流量控制，便于维持发泡埋弧保持送电的弧流稳定，保证钢渣界面和钢水的传热，钢水上下温度达到均匀，同时促进钢水中的脱氧和脱硫反应进行。
过程成分调整、脱硫：中等氩气搅拌，控制好搅拌的时长，避免过程酸溶铝的烧损、增硅、卷渣、，钢水的长时间裸露吸氧造成钢水的二次氧化等问题。
后期喂线软吹控制：小流量控制，精炼钙处理后软吹时间控制在8min以上，促进小颗粒夹杂物变性的夹杂物有充分的上浮时间，以液面微动，钢水不裸露为宜，避免钢水的二次氧化造成酸溶铝和钙的损失，利于提高钢水纯净度和可浇性，达到钢水精炼的目的。出站钢液面加入碱性覆盖剂加强吸附夹杂物的效果。
7、钙处理工艺
因为XSWRCH8A主要以铝脱氧，脱氧产物主要为A12O3夹杂，其熔点达到2030℃，在液态钢中呈固态，在连铸浇注过程中很容易沉淀在中间包水口引起堵塞或结瘤，而且残留在钢材中的A12O3 夹杂物与钢的基体相比呈硬脆性，在轧制过程中会被破碎并且沿轧制方向连续分布，从而造成严重的缺陷。因此要改善钢水的可浇性，采用钙质处理工艺，利用喂入的钙对高熔点的Al2O3进行变质处理，即形成液态低熔点的12CaO·7Al2O3，有利于上浮净化钢水。当钢中的酸溶铝达到一定的比例时，钢水中也必须有一定量的钙，所有钢水的钙处理应根据钢中酸溶铝的含量喂入合适的钙线量保证钙处理效果，保证Ca/Al比达到0.09-0.15才能获得较高的球状夹杂物比率，保证钢水具有良好的流动性。根据钙铝比制定的喂入的铁钙线参考表如（图3）。为了提高钙处理A12O3转变为12Ca0.7 A12O3的效率，还应控制钢水中的硫含量小于0.010%，避免形成CaS造成水口堵塞。进行喂线操作时，并控制合理喂线速度，保证喂丝的垂直喂入，控制好钢水的净空高度，喂点因避开吹氩出气泡柱，选择钢液下降流的中心位置，近钢水液面的垂直导管喂入来提高钙的收得率，喂线速度以3-5M/S控制。
根据钙铝比要求制定参考表
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图3
8、温度的控制
前期化渣使用低级电压，中档电流，时间3-5分钟。
正常升温选较高电压，较大电流升温，每次时间控制在8-10分钟之间，如果进站温度高，可考虑采用低级电压，中小电流加热。
将终点温度升至高出站温度10～15℃左右，对钢水进行钙处理。
钢包炉的终点温度参考中包温度而定，尽量保持中包温度恒定。
9、连铸控制
连铸以做好保护浇注为主要工作，用长水口保护浇注，不许敞开浇注；开浇时大包长水口及时套上，中包高碱度覆盖剂也要及时加入，全程黑液面操作，满包液面操作避免形成涡流卷渣；中间包钢水不许裸露，中包盖板与中包做好密封工作；大包长水口和中包下水口采用密封垫加氩封保护浇注，确保氩气到达长水口顶端；浇注过程酸溶铝损失控制在0.010%以内，要求中间包钢水ALs/AL ≥90%，减小钢水二次氧化。结晶器液面自动控制，保证结晶器液面的平稳，液面波动范围小，做好塞棒检查，较少耐材对钢水的影响。合理配水工艺，电磁搅拌投入使用，提高铸坯等轴晶比例，减少铸坯中心疏松、缩孔，保证铸坯内部质量。
10、结语
通过2020年3月31号XSWRCH8A试验生产，钢中成分均控制内控范围，出站[Si]%：0.0356%，LF炉增硅量控制为0.0232%。钢水中[Ca]／[A1]控制为0.094，钙化处理到位，精炼出站[Als]%：0.036%[AL]：0.0367%，Als]%/[AL]%：98.1%，说明钢中的夹杂物较少，台上浇注可浇性良好。
参考文献：
1 汪开忠、谢欣荣、孙 维.低碳低硅高铝冷镦钢钢水成分控制 江西冶金2006年10月 第26卷 第5期
2 王展宏.钢包炉（LF）精炼渣的作用和特性分析.钢铁研究，1996，（3）：11~16
3 董练德、陈伟庆、亓奉友等.钙处理对含铝冷镦钢夹杂物的影响[J]特殊钢 2010（6）：23-25.
4 孙贵平、郝忠、马志伟、李贵平、安守福.高铝钢SWRCH22A转炉LF炉Als工艺控制，《第八届（2011）中国钢铁年会论文集》2011年