三步顶渣改质 超低碳钢更洁净

　超低碳钢由于具有无时效性、良好深冲性和较高的冷轧压下率等特点，在汽车、电工、家电行业中得到广泛应用。随着近年来超低碳钢的市场竞争增强，对其内部质量、表面质量和纯净度的要求越来越高。

　　炼钢过程中钢渣的氧化性与钢材的质量息息相关，钢包顶渣的氧化性直接影响到中间包钢水的全氧含量，从而影响钢水的洁净度。为了保证超低碳钢优良的性能，炼钢工序必须严格控制钢包渣乃至中间包渣的氧化性，提高其溶解吸收夹杂物的能力，减少钢水中的夹杂以提高钢材质量，才能更好地满足市场的需要。

　　RH出站时钢包顶渣氧化性待降低

　　超低碳钢一般要求成品碳小于等于0.0060%，仅依靠转炉吹炼无法实现，因此必须采用RH等真空精炼装置进行深脱碳。这就要求转炉必须沸腾出钢，保证钢水中一定的氧含量。

　　在一定温度下，氧在熔渣与钢液间的分配服从分配定律L0＝a（FeO）/[O%]。超低碳钢转炉出钢不完全脱氧，一般控制在400×10-6以上，如此高的钢水氧含量，使得钢水中的氧向渣中传递，致使钢包顶渣氧化性提高。

　　转炉出钢结束向钢包渣表面加入Al质改质剂（含Al 40%～60%，CaO 30%～50%，下同）进行顶渣改质，其相关化学反应如下：[O]+[Fe]=(FeO)+Q，2Al+3(FeO)=(Al2O3)+3[Fe]，2Al+3(MnO)=(Al2O3)+3[Mn]。

　　由于超低碳钢出钢过程不完全脱氧，钢水中氧含量较高，加入铝质改质剂后，即使将渣中FeO和MnO脱至较低水平，依据分配定律，在随后的钢水运输和精炼处理过程中，钢水中的氧会继续向渣中传递。即在钢水氧势较高的情况下，第一个化学反应式在渣钢反应中占主导，致使转炉工序钢包顶渣改质效果不佳。

　　因此原有的顶渣改质方式，即仅对转炉工序进行顶渣改质后，虽然渣中TFe含量可降至7%以下，但是随着钢水运输和精炼处理，钢水中的氧向渣中传递，渣中TFe含量逐步增加，出站后增加至10%以上。由于转炉工序采用锰铁脱氧，渣中MnO含量会显著增加，经过改质可降到5%以下。但由于钢水氧势较高以及RH处理过程的锰铁预脱氧和锰的合金化影响，RH出站渣中MnO增加至5%以上。

　　同时超低碳钢在精炼处理结束后，渣中TFe和MnO含量对中间包钢水的全氧含量有显著的影响。以RH出站顶渣中TFe+MnO含量来表征钢包顶渣的氧化性，研究发现，钢包顶渣氧化性对RH出站和中间包钢水的T.[O]含量有着较强的作用，即顶渣TFe+MnO含量越高，RH出站和中包钢水的T.[O]含量越高。

　　因此，若想降低中间包钢水的T.[O]含量，必须降低RH出站时钢包顶渣的氧化性。

　　解决方案———三步顶渣改质

　　只进行转炉工序钢包顶渣改质，并不能解决超低碳钢RH出站时钢包顶渣氧化性高的实际情况。为此，研究人员开发了超低碳钢三步顶渣改质工艺，即转炉工序钢包顶渣改质、RH工序钢包顶渣改质、中间包顶渣改质。

　　转炉工序钢包顶渣改质工艺。为了降低钢包顶渣中MnO含量，在转炉出钢过程不再进行锰铁的预脱氧。出钢过程仅采用稀释调渣法加入CaO基合成渣或小粒白灰，以提高钢包顶渣的碱度，加入量依据转炉下渣量做适当调整，但不宜过大，同时加入时刻应尽量提前，保证出钢结束能够充分融化。

　　出钢结束后应迅速向钢包渣表面加入改质剂，加入量首先按实际下渣量、改质白灰加入量估算总渣量，然后根据转炉终点渣FeO含量做适当调整。加入改质剂后，进氩站采用弱吹氩，使改质剂充分融化，吹氩时间不宜过长，一般控制在3min以下。

　　RH工序钢包顶渣改质工艺。为了降低钢包顶渣中MnO含量，尽量避免在RH脱碳阶段进行锰的预脱氧和合金化，锰的合金化可转移到RH终脱氧后进行。

　　RH精炼处理结束后进行顶渣改质，一种改质方式是在破真空前通过料仓依次加入改质剂和合成渣，加入后须循环1个周期以上。由于在钢水运输和RH处理过程中，钢水中的氧向渣中传递，致使钢包顶渣下部的渣中氧化性较强，加入改质剂可对此部分的顶渣进行改质。而加入合成渣的目的是重新造一层低氧化渣层，其处于原顶渣层下部，可起到隔离原顶渣的作用，能够有效阻止原顶渣中的氧向钢水中传递。

　　另一种改质方式是在RH处理刚结束，即上升管和下降管刚离开钢包液面时，向双管正下面炉渣活跃区域投放改质剂，改质剂加入量按全部覆盖此区域即可。

　　中间包顶渣改质。超低碳钢在浇铸过程中，随着浇铸罐数的增加，中间包渣碱度逐步降低，流动性变差，吸附夹杂物能力减弱，因此必须对中间包顶渣进行改质。

　　高碱度覆盖剂的使用方式优化：在钢包开浇后，中间包液面没有旋流时，即可投入高碱度覆盖剂，覆盖剂要覆盖整个中间包液面，并且随浇铸的进行继续补加覆盖剂。同时应严把覆盖剂质量关，若覆盖剂质量不好在使用过程中结壳，将降低中间包渣吸附夹杂物的能力，而钢水冲击区因钢水翻滚造成的裸露会带来钢水的二次氧化。

　　非稳态浇铸时的顶渣改质：在连铸开浇、更换钢包等非稳态操作过程中或浇次末期，可通过中间包浇铸孔或测温孔投入改质剂，从而降低中间包顶渣的氧化性，提高碱度，增强其溶解吸收夹杂物的能力。

　　改质剂加入的时刻：一是与开浇投入覆盖剂同时进行，因为开浇过程中中间包耐火材料熔损、钢液二次氧化生成物上浮都会增加中间包渣的氧化性。二是在浇次末期进行，因为此时钢包下渣量持续累积，中间包渣碱度降低，氧化性增加，流动性变差。三是在非稳态浇铸时进行，非稳态浇铸时中间包钢水容易裸露，从而造成钢水二次氧化。

　　改质剂的加入应坚持勤加、少加原则，以保证加入改质剂后既能充分融化，又对钢水中Als含量的影响最小。这须准确估算中间包渣量及其氧化性，可针对不同成分的超低碳钢种、不同单中包浇次中不同时刻中间包顶渣进行系统分析，从而为实际操作提供参考。

　　超低碳钢顶渣改质效果良好

　　超低碳钢钢包顶渣氧化性的系统变化：采用超低碳钢三步顶渣改质工艺后，研究人员分析了钢包顶渣氧化性的系统变化，采集转炉终点、钢包内、改质后、RH进站、RH过程、RH出站等工序点钢包顶渣成分进行分析。结果显示，采用新改质工艺后，RH出站时，钢包顶渣中TFe含量从10%控制在5%以下，MnO含量从5%以上控制在3%以下。

　　钢包顶渣氧化性与中间包全氧的对应关系：随着RH出站顶渣氧化性降低，RH出站和中间包钢水全氧含量也随之降低。数据显示，采用新的改质工艺，中间包T.[O]可控制在20×10-6以下，由于中间包改质工艺的采用，RH出站—开浇增氧量显著降低。