方 鸣，裴晓宇，宋慧强，辛 力，宫永煜

（河钢承钢板带事业部，河北 承德 067002）

钙处理的目的主要还是将钢液中的Al2O3固体夹杂物转变为低熔点的铝酸钙液体[1]，以抑制铸造时Al2O3固体夹杂物的积累造成的结瘤和喷嘴堵塞[2]。钙处理的关键是当钢水中氧和硫抑制钙对氧化物夹杂物的改性作用时，如何获得良好的改性氧化物，避免大量CAS夹杂物的形成[3-5]。目前，河钢承钢板带事业部冶炼作业区实施全钢种钙处理工艺，每吨钢钙线用量为0.53kg/t。但在实际跟踪过程中发现部分炉次在不进行钙处理或低钙处理的情况下并不会影响钢水的可浇性。通过分析我厂现有生产数据中无钙处理或低钙处理炉次对钢水可浇性影响的基础上降低钙线用量，减少生产成本。

1 精炼终渣组分的理化性质

本企业因全部为铝脱氧镇静钢，精炼的基本渣系为CaOSiO2-Al2O3，配入部分CaF2以提高流动性，因转炉耐材维护需要精炼渣中含部分MgO。

终渣碱度及各组分对终渣特性的影响：

1.1 碱度影响

实际操作过程当中当碱度过大（大于4.0）的时候，造渣比较困难，实际精炼渣系的适宜碱度为2.3～3.5。CaO-SiO2-MgOAl2O3渣系脱硫实验表明，当碱度小于3.0时，随碱度升高，Ls增加；当碱度大于3.0时，提高碱度，Ls下降。随着CaO含量提高，[S]降低，但当(CaO)＞60%后，渣中会有固相质点析出，炉渣粘度上升，流动性变差，从而影响了脱硫的动力学条件，使脱硫效果变差。

1.2 Al2O3影响

Al2O3能降低熔渣的熔点，当Al2O3含量小于15%时，提高Al2O3含量可改善渣的流动性，促进脱硫反应。但过高则会使渣的碱度降低过多，不利于Al2O3夹杂物的消除，一般将渣中Al2O3的用量控制在10%～18%之间。

1.3 CaF2影响

CaF2本身不具备脱硫的效果，它的主要作用是降低脱硫渣的熔点，改善炉渣流动性。精炼渣中CaF2含量在7.5%～30%之间波动。渣系设计应以碱度为主要参考因素，在考虑渣系流动性和耐火材料消耗的前提下，适当添加CaF2。

1.4 MgO影响

MgO的主要作用是降低渣中SiO2的活性，提高Cao的活性，从而提高Ls。实验表明，当炉渣中MgO含量为8-10%时，脱硫效果最好。

1.5 炉渣氧化性控制

炉渣的氧化性能是影响炉渣的脱硫效果的主要因素。∑(FeO)+(MnO)的含量反映了精炼渣的氧化性。当炉渣中(FeO)+(MnO)含量大于1%时，脱硫效率显著降低。通过控制渣量，提高钢包渣质量，可有效降低钢包顶渣的氧化，使钢包中(FeO)+(MnO)含量小于1%。

2 普钢钙含量与Ca/S比的数据跟踪

据研究，当Ca/S=0-0.2时，钙不参与脱氧、脱硫、铝脱氧和锰脱硫，钙不能控制夹杂物的形态和组成；当Ca/S＝0.2～0.5时，钙使Al2O3变性，但不会改变MnS；当Ca/S＝0.5～0.7的时候，钙使Al2O3变性并同时改性MnS。当Ca/S较大时，除了Al2O3变性外，钙还会代替锰形成硫化钙。

现有生产数据分析：通过跟踪分析我厂两个月内Gr50-11和SAPH400-C钢种807炉有效数据出站钢水Ca含量得出结果如图1所示。

图1 Gr50-11和SAPH400-C钢种出站成分Ca/S比趋势

通过统计发现，我厂生产Gr50-11和SAPH400-C钢种Ca/S比值大致分布范围在0～6.25之间，其中Ca/S=0处分布最多数量为380炉次，考虑到化验偏差的情况按50%计算为190炉，其次主要分布在0～0.5范围内，其中0.20和0.25两处分布最多，分别对应炉次为57和52，当Ca/S＝0-0.2时，钙不参与脱氧、脱硫和铝的脱氧，而参与锰的脱硫，钙不能控制夹杂物的形貌和组成；当Ca/S＝0.2-0.5时，钙变性Al2O3，但不变质MnS，以此推断我厂生产大部分普钢中钙处理对钢水可浇性无明显影响。结合现场连铸稳定拉钢情况认为，我厂在生产普钢时具备弱钙处理甚至无钙处理条件。

3 制定降钙实验方案及实施效果

3.1 原有工艺下浇次第4炉起每3炉降低50米

通过跟踪连铸浇铸情况发现，在浇次前期连铸浇铸正常，结晶器液面稳定，塞棒曲线稳定无波动，但部分浇次从第11炉开始连铸反应塞棒曲线波动，当钢水浇注能力下降时，钙线的加料量为每炉150m。通过后续炉次提高钙线喂入量缓解不下流程度。通过分析生产情况和成分，水口出现结瘤现象，出现堵塞物，分析为精炼过程中成渣晚，夹杂物上浮不明显，在浇次前期钙处理较充分炉次中能够起到较好的改制效果，但在浇注后期，钙线进给量不能满足铸造需求，钢液内Al2O3夹杂含量较高，在水口处聚集结瘤造成可浇性下降。

依据精炼终渣配比及理论相关的研究，钢水中Al2O3含量是高导致钢水不下流的主要原因，如下图2所示，分析主要是由于LF精炼过程中还原渣保持时间不足、炉渣流动性不良和吹氩搅拌制度不规范、高熔点Al2O3类夹杂物上浮去除并不充分，导致钢水中夹杂物滞留.根据炉渣表面张力计算，平均精炼终渣表面张力偏低，曼内斯曼常数偏低，夹杂物吸附能力不足，精炼终渣未达到良好的吸附夹杂的效果。

图2 中包水口堵塞物分析

3.2 提高化渣速度提前形成白渣

通过控制CaF2合理加入量，在加快化渣速度的同时避免出现因过量降低CaO浓度和精炼渣流动性影响脱硫效果；提高埋弧效果加快前期升温速率提高化渣速度；控制精炼渣中Al2O3不超过30%，同时确保CaO/Al2O3大于1.5保证良好的脱硫效果和对夹杂物良好的吸附能力。加快成渣速度，提前造白渣增加夹杂物上浮吸附时间，降低钢液中Al2O3含量减少钙线需求。

通过对现场生产情况跟踪，对比试验炉次取样分析起吊渣样Fe2O3+MnO含量，最高值为1.255%，最低值为0.508%，针对本钢种对比，炉渣脱氧可满足白渣条件，其中所有炉次Fe2O3均小于1.2%。

3.3 调节氩气流量，提高夹杂物上浮速度

此外进一步降低钙线喂入量效果不稳定原因为部分炉次夹杂物上浮不充分，导致钢液中仍有Al2O3存在，虽在自身炉次浇铸过程中无明显的絮流现象，但虽连浇炉数增加，夹杂物在水口聚集体积逐渐增大导致浇次末期可浇性下降。

在此基础上将现有的制定以下氩气流量制度：①减少化渣和升温过程氩气流量，减少1200以上流量的使用；②非必要条件禁止使用旁吹；③严格控制弱吹氩流量减少过程二次氧化；④控制弱吹氩时间不低于8分钟。

3.4 降低转炉出钢终点氧，实行转炉出钢渣洗工艺

钢水中的氧含量与端碳含量密切相关，钢水终点碳含量越高，钢中的氧含量越低，因此转炉采取拉碳操作，降低钢水终点氧，减轻精炼脱氧负担，以不断提高精炼冶炼效率。除此之外在转炉出钢过程当中加入200-350kg小粒灰以及200kg精炼渣同时根据氩站成分降低精炼工序渣料加入量，在出钢过程中起到渣洗的作用将精炼造渣前移，氩站确保800以上氩气大翻3min以上随后降低氩气流量保持钢液蠕动直至起吊到精炼确保脱硫及夹杂物上浮效果。

通过优化转炉锤炼操作，在相同入炉条件的情况下，拉碳炉次终点碳含量平均上升0.05%，终点氧平均下降325.75ppm，降效果显著为后续精炼降低脱氧剂消耗提供良好的条件。

未渣洗炉次不同程度上S均有回升现象，渣洗在脱硫方面效果较为显著，出钢温度、精炼渣加入量和终点氧化性相似的情况下,渣洗可起到脱硫效果，随小粒灰加入量增加，脱硫率由2.78%升至26.5%，其中13与15炉次，100小粒灰提升脱硫效率达15%。由此可见小粒灰加入量是影响渣洗效率的主要因素。

3.5 扩大推广试验实施效果

按初步实验结果扩大试验炉数并跟踪试验结果，转炉拉碳操作显著降低转炉出钢终点氧，最低180ppm，最高464ppm，均值达到296ppm；与试验前比较，精炼渣样中Al2O3含量基本稳定在30%以下；CaO/Al2O3系数均超过1.5；Fe2O3+MnO含量最低0.401%，最高1.275%；Fe2O3含量均低于1.2%满足精炼快速化渣，提前形成白渣的需求，且具有较好的夹杂物吸附能力；实验后连铸浇铸过程平稳，液面无波动，说明经过以上措施的实施，能够实现在降低钙处理量的情况下保证连铸浇铸稳定性。

4 结语

（1）在不改变现有工艺模式下降低钙线喂入量容易导致水口处夹杂物聚集形成结瘤降低可浇性。

（2）通过顶渣改制和过程氩气流量改革，可加快化渣速度提前形成白渣提升夹杂吸附效果，降低过程二次氧化减少夹杂产生量。

（3）转炉拉碳可有效降低出钢终点氧，减少精炼脱氧任务。

（4）转炉出钢渣系操作可有效进一步降低钢水硫含量，有效抑制出钢后的回硫，渣洗脱硫率可达20%以上；减少精炼铝制品加入量进而降低钙线喂入量。

（5）综合以上四个措施，可实现高硫普钢弱钙化处理甚至部分普硫低硫普钢炉次无钙化处理，2021年1月份作业区钙线消耗量为0.36kg/吨钢，与0.53kg/吨钢相比，降低了0.17kg/吨钢。但操作人员在生产过程中仍需根据生产条件的变化进行工艺调整，部分炉次仍有轻微的絮凝流，因此需要在后续炉子中增加钙线的加料量，以保证浇铸稳定性。