關(guān)于30MnSi鋼水流動(dòng)性的分析
（山西建邦集團(tuán)通才工貿(mào)有限公司 關(guān)文博 趙良江 張崇堯，山西 臨汾，043400）
摘要：本文通過分析對(duì)比建邦特鋼煉鋼廠在2015年30MnSi生產(chǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)該鋼種經(jīng)常出現(xiàn)流動(dòng)性差的情況做了相應(yīng)的分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)鋼水Ca含量高、連鑄增N較高等情況時(shí)鋼水流動(dòng)性差的幾率明顯提升。并針對(duì)此現(xiàn)象，制定了相應(yīng)的措施：細(xì)化氬站供給精煉的鋼水成分和溫度范圍；根據(jù)鋼水中Al含量控制鈣處理程度，降低鋼水中的Ca含量；連鑄做好保護(hù)澆鑄、減輕鋼水的二次氧化。通過對(duì)工藝和流程的改進(jìn)，30MnSi鋼水的流動(dòng)性得到了較好的改善。
關(guān)鍵詞：鋼水流動(dòng)性 鈣處理 夾雜物
引言
建邦特鋼煉鋼廠現(xiàn)有60t氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐兩座，60t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐一座，70t精煉爐兩座，五機(jī)五流方坯連鑄機(jī)一座，斷面160x160mm，六機(jī)六流方坯連鑄機(jī)兩座，斷面分別為150x150mm和160x160mm。主要生產(chǎn)鋼種為Q195、Q235、HPB300、HRB400（E）、HRB500E、MG335、MG400、30MnSi、60#-70#鋼、YL82B等。
30MnSi的生產(chǎn)采用“轉(zhuǎn)爐——LF精煉爐——連鑄”的工序順序進(jìn)行，在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)30MnSi在澆鑄過程中頻繁出現(xiàn)流動(dòng)性差的現(xiàn)象，在全年生產(chǎn)的19個(gè)澆次中，出現(xiàn)鋼水流動(dòng)性差的共計(jì)11澆次，比例高達(dá)57.89%，甚至出現(xiàn)流動(dòng)性差導(dǎo)致非計(jì)劃斷澆等惡性生產(chǎn)事故。
一、鋼水流動(dòng)性差的分析
眾多的分析表明，鋼水流動(dòng)性差的主要原因一是因?yàn)殇撍疁囟冗^低，接近鋼水液相線溫度時(shí)，其流動(dòng)性變差；還有就是鋼水在澆鑄過程中，鋼水中的固態(tài)夾雜物在水口壁聚集，也會(huì)導(dǎo)致其流動(dòng)性變差。
根據(jù)歷史數(shù)據(jù)來看，因低溫現(xiàn)象導(dǎo)致的鋼水流動(dòng)性差的現(xiàn)象很少，目前30MnSi的生產(chǎn)過程中鋼水流動(dòng)性差的原因主要是因?yàn)殇撍械母呷埸c(diǎn)夾雜物含量偏高。
從查閱資料[1]的結(jié)論來看，常見的導(dǎo)致鋼水流動(dòng)性差的夾雜物有Al2O3、CaS以及鋁酸鈣硫化物復(fù)合夾雜等，現(xiàn)從這些成分入手進(jìn)行分析。
1.1 Al含量的分析
目前在生產(chǎn)30MnSi時(shí)，轉(zhuǎn)爐使用的脫氧劑為硅鋁鋇鈣復(fù)合脫氧劑，此外，加入的硅鐵、硅錳合金等均有脫氧功能，而硅鐵中的Al含量也需要考慮。根據(jù)2015年3月到10月的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)來看，鋼水中的Al含量在0.002-0.011%之間，平均值為0.005%。一般而言，采用小方坯連鑄工藝時(shí)，由于中間包水口內(nèi)徑較小，為了防止水口的粘接和堵塞，經(jīng)常會(huì)控制鋼水中的Al含量低于0.005%，以改善其流動(dòng)性[1]。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見圖1、表1。
圖1 Al含量的影響
表1 Al含量的影響
從圖1和表1的數(shù)據(jù)可以看出，30MnSi鋼水中Al含量在0.005%以下的比例為42.56%，但發(fā)生絮流的比例為6.01%，略低于于Al含量高于0.05%時(shí)的絮流比例：6.88%和整體的6.51%，這說明30MnSi的絮流現(xiàn)象不全是因?yàn)殇撝蠥l含量高所導(dǎo)致的。
1.2 Ca含量的分析
在Ca處理過程中會(huì)發(fā)生如下的反應(yīng)[1]：
3[Ca]+(Al2O3)inc=3(CaO)inc+2[Al]
3(CaO)inc+2[Al]+2[S]=2(CaS)inc+(Al2O3)inc
在進(jìn)行Ca處理的過程中生成的CaS夾雜物也具有很高的熔點(diǎn)，從1.1的分析中可以看出，30MnSi鋼水中Al含量對(duì)其流動(dòng)性的影響沒有十分明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從上面的兩個(gè)反應(yīng)式可以看出在Ca處理過程中容易產(chǎn)生高熔點(diǎn)的CaS夾雜。文獻(xiàn)表明：在進(jìn)行鋼水的鈣處理時(shí)，鈣含量超過一定含量（34ppm）時(shí)，CaS就會(huì)開始析出，會(huì)影響鋼水流動(dòng)性和可澆性[3]，袁方明、王新華[2]等人的研究表明，在鋼水鈣處理時(shí)控制鋼水中的Ca含量在17-23ppm時(shí)，能明顯改善鋼水流動(dòng)性。因此必須控制鈣含量防止CaS的析出。下面對(duì)Ca含量進(jìn)行分析。
統(tǒng)計(jì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)見圖2和表2。
圖2 Ca含量的影響
表2 Ca含量的影響
從圖2和表2的數(shù)據(jù)來看，當(dāng)Ca含量低于25ppm時(shí)，鋼水絮流的比例為2.68%，Ca含量在25-35ppm時(shí)，發(fā)生絮流的比例為6.57%，接近于整體絮流比例6.51%，而當(dāng)Ca含量高于35ppm時(shí)，發(fā)生鋼水絮流的比例升高到15.91%，遠(yuǎn)高于6.51%。可以看出，鋼水中Ca含量偏高時(shí)（高于35ppm），鋼水流動(dòng)性明顯變差，而當(dāng)Ca含量控制在25ppm以下時(shí)，絮流比例明顯減少。表2 Ca含量的影響
鋼水中Ca的主要來源是在精煉工序鈣處理時(shí)通過硅鈣線或者純鈣線喂入鋼水，通過統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)做出精煉工序鈣處理時(shí)硅鈣線的喂入量，見表3、圖3。
表3 精煉爐硅鈣線喂入量的影響
圖3 精煉爐硅鈣線喂入量的影響
從表3和圖3的數(shù)據(jù)來看，當(dāng)精煉鈣處理硅鈣線喂入量高于200m時(shí)，絮流比例23.21%，遠(yuǎn)高于整體絮流比例5.98%。結(jié)合表3數(shù)據(jù)可以判斷出精煉工序鈣處理過重，鋼水中Ca含量偏高，是導(dǎo)致30MnSi鋼水流動(dòng)性變差的重要原因。
二、 從各工序過程分析
2.1 轉(zhuǎn)爐冶煉的影響
出鋼過程中擋渣不良，下渣嚴(yán)重也會(huì)明顯增加鋼水中夾雜物的含量，含氧極高的氧化渣進(jìn)入鋼水不僅僅會(huì)直接增加鋼水中夾雜物的含量，而且?guī)氲拇罅康难鯐?huì)使得鋼水二次氧化產(chǎn)物明顯增多。下渣的判定以回P量來確定，當(dāng)回P量為0.005%以上視為下渣較為嚴(yán)重，現(xiàn)統(tǒng)計(jì)30MnSi生產(chǎn)中下渣量和絮流的關(guān)系見圖4和表4。
圖4 下渣回P量的影響
表4 下渣回P量的影響
從圖4和表4的數(shù)據(jù)來看，回P量在0.003%-0.005%之間時(shí)，鋼水絮流比例為13.25%，高于整體比例的6.31%；但當(dāng)回P量高于0.005%時(shí)，鋼水絮流的比例為6.80%，略高于整體比例6.31%；但當(dāng)回P量小于0.003%時(shí)，鋼水絮流比例明顯減少。因此，盡可能減少下渣，有利于提高鋼水的純凈度，也有利于改善鋼水的流動(dòng)性。
2.2 精煉工序的影響
精煉工序能使得夾雜物變性和促進(jìn)夾雜物的上浮以達(dá)到凈化鋼水的作用，在30MnSi的冶煉過程中，精煉爐直接負(fù)責(zé)供給連鑄鋼水供其澆鑄，因此，精煉爐的控制至關(guān)重要。在歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)中發(fā)現(xiàn)，精煉爐的物料加入量（統(tǒng)計(jì)硅錳、硅鐵和碳化硅）和鋼水流動(dòng)性有著較為明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系，見圖5和表5。
圖5 精煉物料加入量的影響
表5 精煉物料加入量的影響
從圖5和表5的數(shù)據(jù)來看，精煉爐的物料加入量在251-300kg/爐、301kg/爐以上時(shí)，出現(xiàn)絮流的比例分別為5.47%和7.81%，均高于5.09%。可以看出，當(dāng)精煉爐的物料加入量較多時(shí)出現(xiàn)絮流的比例明顯增多。統(tǒng)計(jì)的物料主要是硅錳、硅鐵和碳化硅。精煉爐物料加入量越多，精煉過程產(chǎn)生的夾雜物會(huì)增多，而且必然會(huì)導(dǎo)致整體精煉時(shí)間增加。研究表明，出鋼過程中把硅鐵加入鋼包，在中間包試樣中未發(fā)現(xiàn)鈣鋁酸鹽夾雜物（CaO·Al2O3），而在LF爐加入硅鐵尤其在LF爐后期加入硅鐵，中間包試樣中鈣鋁酸鹽夾雜物明顯增加，這也意味著水口堵塞的幾率也會(huì)明顯增加[5]。此外生產(chǎn)過程中因?yàn)樯a(chǎn)節(jié)奏的影響，精煉爐處理時(shí)間有限，無法在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行夾雜物的去除，也必然會(huì)導(dǎo)致鋼水中夾雜物含量上升。
關(guān)于硅鈣線的加入量的分析見1.2。
2.3 連鑄中包的影響
在進(jìn)行精煉鈣處理的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，硅鈣線加入量在200m以上的爐次共計(jì)為52爐，其中屬于開澆前3爐的有38爐，比例為73.1%。而在統(tǒng)計(jì)的19個(gè)澆次中，出現(xiàn)開澆前3爐絮流的澆次達(dá)7個(gè)，比例為36.84%，據(jù)此推斷連鑄中包可能對(duì)鋼水流動(dòng)性，尤其是對(duì)開澆爐次的流動(dòng)性有較大影響。
連鑄保護(hù)澆鑄未做到位，鋼水出現(xiàn)較為嚴(yán)重的二次氧化，導(dǎo)致鋼水中的夾雜物含量上升，這也是導(dǎo)致很多澆次開澆第一爐就出現(xiàn)了鋼水流動(dòng)性差的一個(gè)原因。1#連鑄機(jī)因?yàn)樵O(shè)備原因在第一包大包開澆時(shí)無法立即執(zhí)行大包長(zhǎng)水口保護(hù)澆鑄，需要裸澆20s-30s的時(shí)間，且連鑄機(jī)中包相比3#連鑄機(jī)較小，中包深度淺，無設(shè)置擋墻和堰，鋼水在中包停留時(shí)間短，夾雜物上浮比例小，這也會(huì)導(dǎo)致鋼水的流動(dòng)性惡化。
關(guān)于保護(hù)澆鑄的判定以連鑄中包增N量衡量，數(shù)據(jù)見表6和圖6。
表6 連鑄中包增N量的影響
圖6 連鑄中包增N量的影響
從表6和圖6的數(shù)據(jù)中可以看出，當(dāng)中包增N量低于0.0003%時(shí)，絮流比例為3.03%；當(dāng)增N量在0.0003%-0.001%區(qū)間，以及0.001%-0.003%區(qū)間時(shí)，絮流比例分別為7.00%和7.22%，略高于整體的6.00%；而當(dāng)增N量高于0.003%時(shí)，絮流比例為14.29%明顯高于6.00%。連鑄增N偏高意味著保護(hù)澆鑄沒有做好，鋼水會(huì)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的二次氧化，也會(huì)導(dǎo)致鋼水流動(dòng)性變差。
三、采取的措施與效果
根據(jù)上述分析，煉鋼廠針對(duì)改善30MnSi鋼水流動(dòng)性采取了以下措施：
1、轉(zhuǎn)爐工序嚴(yán)格控制下渣量，當(dāng)明顯下渣或回P可能導(dǎo)致鋼水P超上限（0.025%），禁止上精煉工序，組織改鋼種或回爐處理；
2、細(xì)化氬站出站成分，提高出氬站Si含量到0.65-0.70%，出站溫度控制到1540℃以上，盡可能減少精煉爐的升溫、調(diào)整成分的壓力，有效減少精煉爐的物料加入量；
3、精煉鈣處理時(shí)，根據(jù)鋼水中Al含量的高低確定硅鈣線、鈣線的喂入量，目前將硅鈣線的加入量減少到100-120m，純鈣線的加入量減少到50-80m，將Ca含量控制在35ppm以內(nèi)，目標(biāo)控制到25ppm左右；
4、連鑄做好中包密封工作，烘烤時(shí)間適當(dāng)延長(zhǎng)，做好保護(hù)澆鑄工作并及時(shí)加入足量覆蓋劑，減輕鋼水的二次氧化。
通過采取上述措施，目前30MnSi鋼水的流動(dòng)性有了明顯的改善。
四、結(jié)論
1、30MnSi鋼水中Ca含量偏高是導(dǎo)致其流動(dòng)性差的一個(gè)重要原因。在Ca處理時(shí)，考慮鋼水中Al含量的多少來決定硅鈣線和鈣線的加入量來控制鋼水中Ca含量在25ppm左右。
2、轉(zhuǎn)爐出鋼擋渣未做好，下渣較為嚴(yán)重不僅直接增加鋼水中夾雜物的含量，而且會(huì)增加精煉爐的工作壓力，在生產(chǎn)節(jié)奏緊張的情況下，精煉去除夾雜物的時(shí)間有限，鋼水純凈度降低。
3、連鑄中包保護(hù)澆鑄未做到位，鋼水二次氧化較為嚴(yán)重時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致鋼水流動(dòng)性變差。
4、通過對(duì)工藝和流程的優(yōu)化，30MnS鋼水流動(dòng)性有了明顯的改觀。
參考資料：
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