改善螺纹钢钢水可浇性的LF操作方法及步骤

　　

　　本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种改善螺纹钢钢水可浇性的lf操作方法。

　　背景技术：

　　国内外冶金工作者对引起水口堵塞的原因及堵塞机理做了大量的研究，内容包括钢水质量、钢水温度、水口材质和结构，以及水口传热和二次氧化等方面。虽然尚有一些问题有待探讨，但迄今为止的研究结果均表明铝氧化物在水口壁上的附着烧结，以及钢水与水口耐火材料之间发生的化学反应是造成水口堵塞的重要原因，如参考文献“减少中间包水口堵塞的生产实践.赵登报.连铸.2008(2)，p18-p19页”。其中钢中铝氧化物的主要来源有：

　　⑴钢水中悬浮的夹杂物主要为脱氧产物α-al2o3颗粒靠界面张力的作用粘附在水口壁上；

　　⑵水口材料与钢水发生3sio2(s)+3c(s)+4al＝2al2o3(s)+3si+3c(l)反应生成的al2o3；

　　⑶水口耐火材料空隙中吸附的o2与钢水中的al反应生成的al2o3；

　　⑷空气中的o2与钢水中的al反应生成的al2o3(即二次氧化)；

　　⑸随水口内壁钢水温度下降析出的al2o3。

　　⑹从cao-al2o3二元相图(附图1)可看出，炼钢过程中，随非金属夹杂物中cao含量的增加，非金属夹杂物发生转变的顺序如下：

　　al2o3→cao·6al2o3→cao·2al2o3→cao·al2o3→12cao·7al2o3→3cao·al2o3→cao

　　各种非金属夹杂物的物理特征见下表1。从表1可以看出，12cao·7al2o3的熔化温度为1455℃，浇注过程中为液态，3cao·al2o3也会出现部分液态。因此，al2o3、cao·6al2o3、cao·2al2o3、cao·al2o3的熔点均较高，在连铸钢水凝固过程中会先析出，粘附于塞棒和浸入式水口上端间隙以及浸入式内壁及下口端面，造成水口变流发生堵塞。

　　表1各种非金属夹杂物物理特性

　　水口的堵塞现象可分成三个步骤：夹杂物的形成、夹杂物传递到水口壁和夹杂物粘附在水口壁上，进而难被钢水带走，堵塞物增多，水口变流，最终造成堵塞，严重影响钢水的可浇性。

　　技术实现要素：

　　本发明解决的技术问题是提供一种能够提高改善螺纹钢钢水可浇性，降低引起水口堵塞问题的lf操作方法。

　　本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：改善螺纹钢钢水可浇性的lf操作方法，在钢包进站后进行底吹氩操作，所述底吹氩操作采用的氩气的工艺参数为：纯度≥99.99％，表压在1.3-1.5mpa之间；所述lf操作方法在底吹氩开始后依次包括如下各阶段：

　　第一阶段：破渣阶段，该阶段以v1的氩气流量进行吹氩操作，吹氩时间1-2min以破碎钢水表面结壳的炉渣，其中吹氩流量v1满足钢水裸露直径300±50mm；

　　第二阶段：第一次造渣及加热阶段，该阶段氩气流量分两步进行控制：首先进行“闷渣”操作—“闷渣”操作以v2的氩气流量进行吹氩1-2min，其中v2为v1的35±5％；之后，把氩气流量调整为v3，其中v3为v1的45±5％，同时把v3的氩气流量的吹氩操作保持直至该阶段结束；

　　第三阶段：合金化阶段，该阶段以v4的氩气流量进行吹氩操作，吹氩时间4-6min，其中吹氩流量v4＝v1；

　　第四阶段：第二次造渣及加热阶段，该阶段中对氩气流量的控制与第二阶段一致；

　　第五阶段：软吹阶段，该阶段以v5的氩气流量进行吹氩操作，吹氩时间为6-7min，其中v5为v1的25±5％；

　　第六阶段：钢水静止阶段，该阶段完全关闭氩气，使钢水静止5-6分钟；然后进行钢包出站。

　　进一步的是：钢包出站时的钢水温度控制在1570℃～1585℃之间。

　　进一步的是：在第二阶段内，通过加入碳粉和硅铁对炉渣进行脱氧处理，使电加热出站时炉渣中feo降低至2％以下。

　　进一步的是：在第二阶段结束后、并在第三阶段前，对钢水进行第一次测温取样；在进行第一次测温取样过程中，延用v3的氩气流量进行吹氩操作；在第三阶段内，根据第一次取的钢水样成分，对不满足判钢要求的成分进行成分合金配加及成分调整，使之满足判钢要求，同时确保钢水成分中的锰硅比在2.5-3之间。

　　本发明的有益效果是：本发明通过分阶段地控制底吹氩操作参数，保证了吹氩对钢水的搅拌、去气以及去杂等作用均能得到充分体现，进而最终能够有效地降低钢水中的al2o3夹杂，提高钢水的可浇性，降低引起水口堵塞的情况。另外，本发明还通过进一步控制出站时的钢水温度，以适当提高钢水的过热度，可进一步提高钢水的可浇性。另外，通过加入碳粉和硅铁，以使炉渣中feo含量尽快低于2％，以提高炉渣吸附夹渣的能力，形成吸附能力强的流动性好的白渣，进而提高钢水的可浇性。另外，还通过将锰硅比控制在2.5-3之间，以进一步提高钢水的可浇性。本发明还可通过上述多中手段的结合，综合实现对螺纹钢钢水可浇性的提高，降低引起水口堵塞的情况，保证螺纹钢的有效浇注以及浇注质量。

　　附图说明

　　图1为al2o3-cao系相图；

　　图2为供氩气强度比例各阶段的示意图；

　　图3为(feo)-mno-sio2三元相图；

　　具体实施方式

　　下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

　　本发明所述的改善螺纹钢钢水可浇性的lf操作方法，为基于lf冶炼炉对螺纹钢钢水进行操作的基础，并通过对钢包进站后进行底吹氩操作，以通过对底吹氩气的工艺参数以及吹氩参数的阶段控制，实现对螺纹钢钢水可浇性的改善，具体为：底吹氩操作采用的氩气的工艺参数为：纯度≥99.99％，表压在1.3-1.5mpa之间；所述lf操作方法是在底吹氩开始后依次包括如下各阶段：

　　第一阶段：破渣阶段，该阶段以v1的氩气流量进行吹氩操作，吹氩时间1-2min以破碎钢水表面结壳的炉渣，其中吹氩流量v1满足钢水裸露直径300±50mm；

　　第二阶段：第一次造渣及加热阶段，该阶段氩气流量分两步进行控制：首先进行“闷渣”操作—“闷渣”操作以v2的氩气流量进行吹氩1-2min，其中v2为v1的35±5％；之后，把氩气流量调整为v3，其中v3为v1的45±5％，同时把v3的氩气流量的吹氩操作保持直至该阶段结束；

　　第三阶段：合金化阶段，该阶段以v4的氩气流量进行吹氩操作，吹氩时间4-6min，其中吹氩流量v4＝v1；

　　第四阶段：第二次造渣及加热阶段，该阶段中对氩气流量的控制与第二阶段一致；

　　第五阶段：软吹阶段，该阶段以v5的氩气流量进行吹氩操作，吹氩时间为6-7min，其中v5为v1的25±5％；

　　第六阶段：钢水静止阶段，该阶段完全关闭氩气，使钢水静止5-6分钟；然后进行钢包出站。

　　本发明为对传统lf操作方法对钢水进行相应处理的过程中，通过对其中的吹氩操作进行具体分阶段控制，以针对不同的操作阶段通入不通的氩气量，充分实现吹氩操作对钢水的搅拌、去气以及去杂等作用。不失一般性，本发明所述的lf操作方法中除了对吹氩操作的改进外，对于其它操作的处理参照传统的lf操作方法，例如对造渣及加热的具体操作、对于合金化的具体操作、对于测温取样的具体操作等，均可参照传统的lf操作方法的具体操作方式进行处理，以确保本发明所述的lf操作方法得以顺利执行。

　　之所以采用本发明所述的具体划分阶段方案，是考虑到氩气的精炼去夹杂效果与耗氩量、吹氩压力、氩流量、处理时间及氩气泡大小等因素有关；当钢水面波动偏低时，会限制氩气的精炼作用效果，只能起到搅拌作用，从而使氩气的脱氧、去气、去夹杂和保护钢水等作用得不到充分发挥；当钢水面波动偏大时，搅动力也大，气泡上升速度快，但钢水面波动过大时，氩气流涉及的范围越来越少，甚至出现穿孔致使氩气泡与钢水的接触面积减小，精炼效果反而降低。因此，理想的状况是氩气流泡遍布钢包，增大和钢包接触面积，延长氩气流泡上升的流程和时间；结合上述分析，为提高氩气的精炼效果，不宜通过加大氩气的压力来实现，而应当采用保持一定的压力条件，并尽量加大氩气的流量。另外，底吹氩气对钢水实施搅拌作用，搅拌强度不同，精炼效果也显著不同。钢包吹时，钢水中夹杂物的去除决定于夹杂物与气体的有效碰撞，而小气泡与夹杂物发生碰撞的概率大于大气泡与夹杂物发生碰撞的概率，因此，从钢水中去除夹杂物的数量决定于吹入钢水的气泡数量及气泡尺寸；由此也可看出，吹氩操作是lf炉除去钢水夹杂的核心环节。本发明正是通过上述将吹氩操作进行分阶段划分，并针对不同阶段进行不同的操控控制，以实现最大化的利用吹氩操作，实现对钢水的搅拌、去气以及去杂等作用。

　　针对不同阶段的吹氩操作，本发明中分别可实现不同的技术效果：

　　对于第一阶段，通过通入流量相对较大的吹氩流量v1，实现钢水裸露直径300±50mm，即钢水处于相对较大的翻动状态，此条件下可使在钢水液面结壳的炉渣快速熔化，形成熔渣，使钢水裸露，利于电极起弧加热，能够避免lf炉因起弧不稳等原因造成电极折断等事故。其中，钢水裸露直径300±50mm，表示吹氩后，相应的氩气在渣面吹破炉渣后所形成的钢水裸露区域所对应的直径参数，由该直径参数对应于调节控制氩气流量的充气流量。

　　对于第二阶段，考虑到实际生产中，第一阶段通过大流量吹氩破渣后往往不能把所有结壳的炉渣在钢水温度的作用下完全融化。如加热情况下，加入精炼渣料时，下料口对应的位置会存在未融化的炉渣，就会造成精炼渣堆积在炉渣上面，造成渣料成坨，熔化困难。另外，lf进站钢水温度通常约为1540℃，精炼渣料的熔点约1400℃，粒度约15mm，每次精炼渣料加入量在200-500公斤之间，因诸多原因，有时存在精炼渣不能迅速熔化，成渣慢的现象。因此，本发明在第二阶段的前段时间内采用了“闷渣”加热的操作方式，即加热档位不变的情况下，把氩气流量调小至第一阶段的吹氩流量v1的30-40％之间，即对应吹氩流量v2；通过“闷渣”加热方式可使钢水表面温度迅速升高，加快炉渣或精炼渣的熔化和发泡速度。之后，在“闷渣”加热1-2min之后，将氩气流量重新调到v1的40-50％之间，即对应吹氩流量v3，此流量下，对应的钢水裸露直径约150mm左右，可提高气泡与夹杂物发生碰撞的概率，提高钢水夹杂物去除效率。

　　对于第三阶段，为实现合金化操作，为了合金成分加入后能够在钢水中充分、均匀分布，确保钢水成分均匀性，将氩气流量重新调整至较高流量，即大致恢复到第一阶段的流量值v1对应的流量，即该阶段对应的吹氩流量v4满足钢水裸露直径300±50mm，与v1对应的流量一致，并吹氩4-6min。

　　对于第四阶段，为对钢水进行第二次造渣及加热，其与第二阶段类似，因此本发明中设置第四阶段中对氩气流量的控制与第二阶段一致，即第四阶段内的氩气流量分两步进行控制：同样首先进行“闷渣”操作，“闷渣”操作以v2的氩气流量进行吹氩1-2min，其中v2为v1的35±5％；之后把氩气流量调整为v3，其中v3为v1的45±5％，同时把v3的氩气流量的吹氩操作直至该阶段结束。

　　另外，通常情况下在第二阶段以及第四阶段的加热操作结束后，即在停止第二阶段以及第四阶段内的加热后紧邻地分别会进行第一节测温取样和第二次测温取样操作，之后再进入下一阶段。本发明中对于第一次测温取样和第二次测温取样操作时，无需调整氩气流量，在进行第一次测温取样过程中以及第二次测温取样的过程中，延用v3的氩气流量进行吹氩操作；具体也可参照附图2中所示。

　　对于第五阶段，该阶段对应的氩气流量调整为第一阶段的氩气流量v1的20-30％，使氩气搅拌强度以钢水面微微波动为宜，吹氩6-7分钟即可，可以促进更小的夹杂物去除。

　　最后第六阶段，为关闭氩气，使钢水静止5-6分钟，其目的是便于软吹等精炼方式不能去除的夹杂物上浮，被钢渣吸收，进一步提高钢水纯洁度，最终实现对夹杂物的去除。

　　另外，钢水过热度为钢水浇铸温度与钢水液相线温度之差。钢水过热度低，接近液相线浇注，有利于提高拉速，减少铸坯中心偏析；但中间包钢水过热度太低，就会冻水口，影响钢水流动性，同时也会使钢水粘度变高，钢水中夹杂物上浮困难，夹杂物易在塞棒聚集，塞棒开口度变大，钢流变弱，甚至堵塞水口。另外，钢水过热度过高，虽有利于夹杂物上浮，但铸机拉速偏低，钢水对塞棒的冲刷减弱，钢水中来不及上浮的夹杂物就会吸附在塞棒等物体上，慢慢聚集长大，这也是铸机连浇炉数中后期炉次变流的原因之一。因此，合适的过热度是确保可浇性的重要原因，本发明中优先控制螺纹钢钢水的过热度在30-40℃之间比较合适，在该过热度区间内，既可保持高拉速，又可以为生产组织出现异常等情况铸机降速留下空间；因此，lf炉根据上述过热度的要求及生产节奏等情况进一步决定钢水出站温度控制在1570℃～1585℃之间。

　　降低钢水粘的根本是降低钢水中夹杂物特别al2o3夹杂物，包括减少精炼过程夹杂物的生成和促进夹杂物的上浮吸收。考虑到lf炉钢水精炼过程主要是钢水和还原性渣反应的过程，因此要求精炼渣具有高碱度、低氧化性、低熔点的特点，具有进一步脱硫能力和脱氧吸附夹杂的能力；而转炉炉渣含feo一般在15-20％左右，氧化性较强，必须采取快速还原造渣工艺，减少钢水中和炉渣中氧含量。为此，本发明技术方案中，对精炼造白渣工艺，进行了改进。根据炉前钢水成分，结合钢种判钢成分要求，进站采用碳粉、硅铁对转炉渣前期进行快速脱氧操作。考虑到合金可能进入钢水中，因此碳粉和硅铁的加入量一般分别为钢水量的0.01-0.03％之间，从而使渣中feo快速降低至2％以下，形成了氧含量低流动性良好的白渣。

　　另外，螺纹钢采用锰硅脱氧，把硅锰合金加入钢水中，在进行成分合金化的同时，也用于钢水脱氧，它们与钢中氧含有一平衡关系，在一定温度下，钢中的硅锰成分对sio2和mno的活度有直接影响，从而影响脱氧产物的形态，具体参见附图3所示；硅锰脱氧的产物为纯sio2(固体)、mno·sio2(液体)、以及mno·(feo)(固溶体)。从图3可知，控制合适的mn/si比，可得到液相的mno·sio2，这更利于钢水中夹杂物上浮排除。北科大教授王新华认为钢中锰硅比≥2.3，可以避免形成固态脱氧产物。在实际生产总结中，经实验发现锰硅比控制在2.5-3之间，钢水的流动取得了很好的治理效果，而且避免了锰硅比过高导致的合金成本的增加。因此，本发明技术方案中进一步优化了钢水出站成分中硅锰控制目标的要求，要求按锰硅比的2.5-3之间进行硅铁和锰铁合金化。

　　技术特征：

　　1.改善螺纹钢钢水可浇性的lf操作方法，在钢包进站后进行底吹氩操作，其特征在于：所述底吹氩操作采用的氩气的工艺参数为：纯度≥99.99％，表压在1.3-1.5mpa之间；所述lf操作方法在底吹氩开始后依次包括如下各阶段：

　　第一阶段：破渣阶段，该阶段以v1的氩气流量进行吹氩操作，吹氩时间1-2min以破碎钢水表面结壳的炉渣，其中吹氩流量v1满足钢水裸露直径300±50mm；

　　第二阶段：第一次造渣及加热阶段，该阶段氩气流量分两步进行控制：首先进行“闷渣”操作—“闷渣”操作以v2的氩气流量进行吹氩1-2min，其中v2为v1的35±5％；之后，把氩气流量调整为v3，其中v3为v1的45±5％，同时把v3的氩气流量的吹氩操作保持直至该阶段结束；

　　第三阶段：合金化阶段，该阶段以v4的氩气流量进行吹氩操作，吹氩时间4-6min，其中吹氩流量v4＝v1；

　　第四阶段：第二次造渣及加热阶段，该阶段中对氩气流量的控制与第二阶段一致；

　　第五阶段：软吹阶段，该阶段以v5的氩气流量进行吹氩操作，吹氩时间为6-7min，其中v5为v1的25±5％；

　　第六阶段：钢水静止阶段，该阶段完全关闭氩气，使钢水静止5-6分钟；然后进行钢包出站。

　　2.如权利要求1所述的改善螺纹钢钢水可浇性的lf操作方法，其特征在于：钢包出站时的钢水温度控制在1570℃～1585℃之间。

　　3.如权利要求1所述的改善螺纹钢钢水可浇性的lf操作方法，其特征在于：在第二阶段内，通过加入碳粉和硅铁对炉渣进行脱氧处理，使电加热出站时炉渣中feo降低至2％以下。

　　4.如权利要求1至3中任意一项所述的改善螺纹钢钢水可浇性的lf操作方法，其特征在于：在第二阶段结束后、并在第三阶段前，对钢水进行第一次测温取样；在进行第一次测温取样过程中，延用v3的氩气流量进行吹氩操作；在第三阶段内，根据第一次取的钢水样成分，对不满足判钢要求的成分进行成分合金配加及成分调整，使之满足判钢要求，同时确保钢水成分中的锰硅比在2.5-3之间。

　　技术总结

　　本发明公开了一种改善螺纹钢钢水可浇性的LF操作方法，属于冶金技术领域，提供一能够提高改善螺纹钢钢水可浇性，降低引起水口堵塞问题的LF操作方法。本发明通过分阶段地控制底吹氩操作参数，保证了吹氩对钢水的搅拌、去气以及去杂等作用均能得到充分体现，进而最终能够有效地降低钢水中的Al2O3夹杂，提高钢水的可浇性，降低引起水口堵塞的情况。另外，通过控制出站时的钢水温度，以适当提高钢水的过热度，可进一步提高钢水的可浇性。另外，通过加入碳粉和硅铁，以使炉渣中FeO快速降低至2％以下，以提高炉渣吸附夹渣的能力，形成吸附能力强的流动性好的白渣，进而提高钢水的可浇性。另外，还通过将锰硅比控制在2.5?3之间，以进一步提高钢水的可浇性。

　　技术研发人员：王家奇;王二军;雷辉;高鹏程

　　受保护的技术使用者：攀钢集团攀枝花钢钒有限公司

　　技术研发日：2019.09.04

　　技术公布日：2019.11.22