李冰，李泊，朱國強，齊志宇，何文英，孫振宇，高立超
（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧 鞍山 114021 ）
摘要：針對鞍鋼 260 t 轉爐鋼包頂渣氧化性強的問題，優化了渣系、轉爐出鋼擋渣工藝、小粒白灰與改質劑的加入量及鋼包底吹氬攪拌工藝。 采取措施后，鋼包頂渣 FeO 含量由 12.52%降至 9.54% ，中間包 T. ［ O ］含量由 0.002 875% 降至 0.002 237% ，提高了鋼水的潔凈度。
關鍵詞：轉爐； IF 鋼；鋼包頂渣；改質
IF 鋼由于具有良好的深沖性能， 被廣泛應用于汽車中的復雜沖壓件、外覆蓋板以及作為高成形鍍鋅鋼板的基板。 為了保證 IF 鋼的優良性能，轉爐出鋼必須嚴格控制帶渣量，保持良好的、吸附夾雜能力強的渣系。 因為鋼包頂渣的氧化性直接影響到 RH 處理結束后頂渣氧的擴散能力。如果渣中氧擴散至鋼水中，會直接影響鋼水的潔凈度。 RH 中爐渣的氧化程度越高，真空脫碳后，鋼水的氧活度就越高，導致冷軋薄板的表面缺陷就越多［1-2］。自上世紀 90 年代，鞍鋼開始進行各類IF 鋼生產工藝的理論探索和生產實踐，經過多年的努力，目前已經掌握了各種級別 IF 鋼的生產技術， IF 鋼已經成為鞍鋼生產的主要品種之一［3］。鞍鋼在 IF 鋼頂渣改質過程中改質效果存在波動，頂渣氧化性較強。 為此，進行了 260 t 轉爐 IF 鋼頂渣改質工藝的研究。
1 IF 鋼頂渣氧化性強的原因及后果
IF 鋼一般要求成品碳 ≤0.006 0% ， 僅依靠轉爐吹煉無法實現， 需要利用 RH 等真空精煉裝置深脫碳，這就要求轉爐必須低碳、高溫、沸騰出鋼，從而保證鋼水中較低的碳含量、 足夠的溫度和氧含量， 造成轉爐冶煉終點爐渣和鋼水的氧化性均較強。 統計 158 爐轉爐吹煉結束后的爐渣成分及堿度，見表 1 所示。從表 1 看出，渣中 FeO 含量較高，爐渣堿度為 2.5~3.5。轉爐出鋼過程帶渣，高氧化性爐渣進入鋼包造成鋼包頂渣氧化性較強。 另外，為滿足 RH 脫碳需要，需保證鋼包內鋼水氧含量在 0.04% 以上，如此高的鋼水氧含量，使得鋼水中的氧向渣中傳遞，致使鋼包頂渣氧化性增強。
鋼包頂渣的氧化性直接影響中間包鋼水的全氧含量， 惡化鋼包頂渣乃至中間包渣溶解吸收夾雜物的能力，增加鋼水中的夾雜物，從而影響鋼水的潔凈度，最終影響 IF 鋼冷軋卷板的質量。
2 原鋼包頂渣改質工藝的不足
原 260 t 轉爐 IF 鋼鋼包頂渣改質方式為出鋼1/4～1/3 時加入小粒白灰 800 kg 進行稀釋調渣，降低渣中 FeO 和 MnO 含量，增強爐渣堿度。 出鋼結束后， 在鋼包頂渣表面加入鋁質改質劑脫除渣中氧，改質劑成分見表 2 ，改質劑反應原理如下［4］：
［O］+［ Fe ］=（FeO） （ 1 ）
2Al+3（ FeO ）=（Al 2 O 3）+3［ Fe ］ （ 2 ）
2Al+3（ MnO ）=（Al 2 O 3）+3［ Mn ］ （ 3 ）
由上述式中看出， 改質劑會進一步降低渣中FeO 和 MnO 含量。
轉爐頂渣改質后， 渣中 FeO 含量可降低至7% 以下。 但由于鋼水含有較高的氧含量，依據分配定律，鋼水中的氧將向渣中傳遞，從而導致渣中氧化性再一次增加， 這是原轉爐頂渣改質效果不良的主要原因。 鋼包頂渣改質劑加入至鋼包表面后，易與未完全熔化的小粒白灰混合，需要通過吹氬輔助熔化，如果氬氣量吹入過大，改質劑直接與鋼水中的氧進行反應， 達不到良好的鋼渣改質效果；吹入氬氣量不足或不吹氬氣，小粒白灰不易全部熔化，改質劑熔化不充分，延展性不良，實際操作過程中不易控制， 這是原頂渣改質效果不良的另一個重要原因。
3 頂渣改質措施
3.1 優化頂渣渣系
渣的氧化性主要與渣中 FeO 、 MnO 的含量有關，因此，將改質后爐渣的主要成分選定在 CaO-Al2 O3 -SiO2 -MgO 相圖中 12CaO·7Al2O3的生成區域，因為此區域 Al2O3的含量為 30%~40%，堿度為5~8 ，吸收 Al2O3的能力較強［5］。圖 1 為 CaO-Al2 O3 -SiO2 -MgO部分相圖，圖中陰影處為12CaO ·7Al2O3 ，實線三角型交叉區域為原渣系成分。優化渣系時，提高了渣中CaO和Al2O3 的含量，將渣系成分向圖 2 中虛線三角形內靠攏， 即更加接近12CaO·7Al2O3 區域。 同時，需要控制 CaO 在飽和區，將 CaO/Al2O3控制在 1.8~2.0 。
3.2 控制 IF 鋼出鋼帶渣量
轉爐出鋼帶渣量對 IF 鋼改質產生影響，出鋼前、后擋渣是減少出鋼帶渣量的有效手段。 對前、后擋渣工藝進行了優化，前擋渣使用軟質擋渣塞，加入出鋼口內使其燒結， 減少出鋼初期進入鋼包的爐渣。 優化后擋渣工藝中擋渣標的密度、動態調整擋渣標加入時的壓入位置， 減少出鋼末期的帶渣量。
3.3 優化 IF 鋼頂渣改質劑加入量
優化小粒白灰及出鋼結束后改質劑加入的數量。 出鋼過程小粒白灰加入量控制為 500~1 000 kg ，根據鋼水終點綜合氧值控制改質劑的加入量為 250~400 kg 。 對于后擋渣不成功的罐次補加改質劑 50 kg 。
3.4 優化 IF 鋼頂渣改質吹氬工藝
優化氬氣吹入模式及氬氣量， 由原來的單透氣磚吹氬氣改為雙透氣磚吹氬氣， 氬氣量由原來的強攪拌吹氬氣改為弱攪拌吹氬氣。
4 效果
4.1 鋼水潔凈度提高
頂渣渣系及改質劑加入量優化前后的終渣成分對比見表 3 。 由表 3 可見，優化后，渣中 FeO 含量由 12.52% 降至 9.54% ， MnO 含量由 2.01% 降至1.65% ， 渣中氧化性降低。 CaO/Al2O3由 2.15 降至1.81 ，吸附夾雜的能力增強。 中間包 T.［O］含量由0.002 875% 降至 0.002 237% ，鋼水潔凈度得到了提高。
4.2 下渣量減少
擋渣工藝優化后， 減少了出鋼初期進入鋼包內部的爐渣，并減少了出鋼末期的帶渣量。 擋渣工藝優化前后擋渣效果的對比見表 4 所示。 由表 4看出，出鋼見鋼流角度由 62° 提高至 73° ，爐渣平均厚度由 88 mm 降低至 77 mm 。
4.3 熔渣融化充分
吹氬工藝優化前后熔渣熔化效果的對比見圖 2 。由圖 2 可見，吹氬工藝優化后，鋼水表面熔渣改質劑及小粒白灰充分熔化。
5 結語
IF 鋼轉爐出鋼所帶爐渣及吹煉終點鋼水的氧化性較強導致了 IF 鋼鋼包頂渣氧化性較強。 鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠優化了頂渣渣系、 轉爐出鋼擋渣工藝、改質劑加入量，還優化了鋼包內吹氬模式及吹氣量。 采取措施后，轉爐出鋼初期和末期的下渣量減少，鋼包內爐渣的氧化性降低，渣中FeO含量由12.52%降至 9.54% ，中間包鋼水T.［O］由 0.002 875% 降至 0.002 237% ，提高了鋼水的潔凈度。