本發明涉及冶金技術領域，尤其涉及一種改善螺紋鋼鋼水可澆性的lf操作方法。

　　背景技術：

　　國內外冶金工作者對引起水口堵塞的原因及堵塞機理做了大量的研究，內容包括鋼水質量、鋼水溫度、水口材質和結構，以及水口傳熱和二次氧化等方面。雖然尚有一些問題有待探討，但迄今為止的研究結果均表明鋁氧化物在水口壁上的附著燒結，以及鋼水與水口耐火材料之間發生的化學反應是造成水口堵塞的重要原因，如參考文獻“減少中間包水口堵塞的生產實踐.趙登報.連鑄.2008(2)，p18-p19頁”。其中鋼中鋁氧化物的主要來源有：

　　⑴鋼水中懸浮的夾雜物主要為脫氧產物α-al2o3顆粒靠界面張力的作用粘附在水口壁上；

　　⑵水口材料與鋼水發生3sio2(s)+3c(s)+4al＝2al2o3(s)+3si+3c(l)反應生成的al2o3；

　　⑶水口耐火材料空隙中吸附的o2與鋼水中的al反應生成的al2o3；

　　⑷空氣中的o2與鋼水中的al反應生成的al2o3(即二次氧化)；

　　⑸隨水口內壁鋼水溫度下降析出的al2o3。

　　⑹從cao-al2o3二元相圖(附圖1)可看出，煉鋼過程中，隨非金屬夾雜物中cao含量的增加，非金屬夾雜物發生轉變的順序如下：

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

　　各種非金屬夾雜物的物理特征見下表1。從表1可以看出，12cao·7al2o3的熔化溫度為1455℃，澆注過程中為液態，3cao·al2o3也會出現部分液態。因此，al2o3、cao·6al2o3、cao·2al2o3、cao·al2o3的熔點均較高，在連鑄鋼水凝固過程中會先析出，粘附于塞棒和浸入式水口上端間隙以及浸入式內壁及下口端面，造成水口變流發生堵塞。

　　表1各種非金屬夾雜物物理特性

　　水口的堵塞現象可分成三個步驟：夾雜物的形成、夾雜物傳遞到水口壁和夾雜物粘附在水口壁上，進而難被鋼水帶走，堵塞物增多，水口變流，最終造成堵塞，嚴重影響鋼水的可澆性。

　　技術實現要素：

　　本發明解決的技術問題是提供一種能夠提高改善螺紋鋼鋼水可澆性，降低引起水口堵塞問題的lf操作方法。

　　本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：改善螺紋鋼鋼水可澆性的lf操作方法，在鋼包進站后進行底吹氬操作，所述底吹氬操作采用的氬氣的工藝參數為：純度≥99.99％，表壓在1.3-1.5mpa之間；所述lf操作方法在底吹氬開始后依次包括如下各階段：

　　第一階段：破渣階段，該階段以v1的氬氣流量進行吹氬操作，吹氬時間1-2min以破碎鋼水表面結殼的爐渣，其中吹氬流量v1滿足鋼水裸露直徑300±50mm；

　　第二階段：第一次造渣及加熱階段，該階段氬氣流量分兩步進行控制：首先進行“悶渣”操作—“悶渣”操作以v2的氬氣流量進行吹氬1-2min，其中v2為v1的35±5％；之后，把氬氣流量調整為v3，其中v3為v1的45±5％，同時把v3的氬氣流量的吹氬操作保持直至該階段結束；

　　第三階段：合金化階段，該階段以v4的氬氣流量進行吹氬操作，吹氬時間4-6min，其中吹氬流量v4＝v1；

　　第四階段：第二次造渣及加熱階段，該階段中對氬氣流量的控制與第二階段一致；

　　第五階段：軟吹階段，該階段以v5的氬氣流量進行吹氬操作，吹氬時間為6-7min，其中v5為v1的25±5％；

　　第六階段：鋼水靜止階段，該階段完全關閉氬氣，使鋼水靜止5-6分鐘；然后進行鋼包出站。

　　進一步的是：鋼包出站時的鋼水溫度控制在1570℃～1585℃之間。

　　進一步的是：在第二階段內，通過加入碳粉和硅鐵對爐渣進行脫氧處理，使電加熱出站時爐渣中feo降低至2％以下。

　　進一步的是：在第二階段結束后、并在第三階段前，對鋼水進行第一次測溫取樣；在進行第一次測溫取樣過程中，延用v3的氬氣流量進行吹氬操作；在第三階段內，根據第一次取的鋼水樣成分，對不滿足判鋼要求的成分進行成分合金配加及成分調整，使之滿足判鋼要求，同時確保鋼水成分中的錳硅比在2.5-3之間。

　　本發明的有益效果是：本發明通過分階段地控制底吹氬操作參數，保證了吹氬對鋼水的攪拌、去氣以及去雜等作用均能得到充分體現，進而最終能夠有效地降低鋼水中的al2o3夾雜，提高鋼水的可澆性，降低引起水口堵塞的情況。另外，本發明還通過進一步控制出站時的鋼水溫度，以適當提高鋼水的過熱度，可進一步提高鋼水的可澆性。另外，通過加入碳粉和硅鐵，以使爐渣中feo含量盡快低于2％，以提高爐渣吸附夾渣的能力，形成吸附能力強的流動性好的白渣，進而提高鋼水的可澆性。另外，還通過將錳硅比控制在2.5-3之間，以進一步提高鋼水的可澆性。本發明還可通過上述多中手段的結合，綜合實現對螺紋鋼鋼水可澆性的提高，降低引起水口堵塞的情況，保證螺紋鋼的有效澆注以及澆注質量。

　　附圖說明

　　圖1為al2o3-cao系相圖；

　　圖2為供氬氣強度比例各階段的示意圖；

　　圖3為(feo)-mno-sio2三元相圖；

　　具體實施方式

　　下面結合附圖和具體實施方式對本發明進一步說明。

　　本發明所述的改善螺紋鋼鋼水可澆性的lf操作方法，為基于lf冶煉爐對螺紋鋼鋼水進行操作的基礎，并通過對鋼包進站后進行底吹氬操作，以通過對底吹氬氣的工藝參數以及吹氬參數的階段控制，實現對螺紋鋼鋼水可澆性的改善，具體為：底吹氬操作采用的氬氣的工藝參數為：純度≥99.99％，表壓在1.3-1.5mpa之間；所述lf操作方法是在底吹氬開始后依次包括如下各階段：

　　第一階段：破渣階段，該階段以v1的氬氣流量進行吹氬操作，吹氬時間1-2min以破碎鋼水表面結殼的爐渣，其中吹氬流量v1滿足鋼水裸露直徑300±50mm；

　　第二階段：第一次造渣及加熱階段，該階段氬氣流量分兩步進行控制：首先進行“悶渣”操作—“悶渣”操作以v2的氬氣流量進行吹氬1-2min，其中v2為v1的35±5％；之后，把氬氣流量調整為v3，其中v3為v1的45±5％，同時把v3的氬氣流量的吹氬操作保持直至該階段結束；

　　第三階段：合金化階段，該階段以v4的氬氣流量進行吹氬操作，吹氬時間4-6min，其中吹氬流量v4＝v1；

　　第四階段：第二次造渣及加熱階段，該階段中對氬氣流量的控制與第二階段一致；

　　第五階段：軟吹階段，該階段以v5的氬氣流量進行吹氬操作，吹氬時間為6-7min，其中v5為v1的25±5％；

　　第六階段：鋼水靜止階段，該階段完全關閉氬氣，使鋼水靜止5-6分鐘；然后進行鋼包出站。

　　本發明為對傳統lf操作方法對鋼水進行相應處理的過程中，通過對其中的吹氬操作進行具體分階段控制，以針對不同的操作階段通入不通的氬氣量，充分實現吹氬操作對鋼水的攪拌、去氣以及去雜等作用。不失一般性，本發明所述的lf操作方法中除了對吹氬操作的改進外，對于其它操作的處理參照傳統的lf操作方法，例如對造渣及加熱的具體操作、對于合金化的具體操作、對于測溫取樣的具體操作等，均可參照傳統的lf操作方法的具體操作方式進行處理，以確保本發明所述的lf操作方法得以順利執行。

　　之所以采用本發明所述的具體劃分階段方案，是考慮到氬氣的精煉去夾雜效果與耗氬量、吹氬壓力、氬流量、處理時間及氬氣泡大小等因素有關；當鋼水面波動偏低時，會限制氬氣的精煉作用效果，只能起到攪拌作用，從而使氬氣的脫氧、去氣、去夾雜和保護鋼水等作用得不到充分發揮；當鋼水面波動偏大時，攪動力也大，氣泡上升速度快，但鋼水面波動過大時，氬氣流涉及的范圍越來越少，甚至出現穿孔致使氬氣泡與鋼水的接觸面積減小，精煉效果反而降低。因此，理想的狀況是氬氣流泡遍布鋼包，增大和鋼包接觸面積，延長氬氣流泡上升的流程和時間；結合上述分析，為提高氬氣的精煉效果，不宜通過加大氬氣的壓力來實現，而應當采用保持一定的壓力條件，并盡量加大氬氣的流量。另外，底吹氬氣對鋼水實施攪拌作用，攪拌強度不同，精煉效果也顯著不同。鋼包吹時，鋼水中夾雜物的去除決定于夾雜物與氣體的有效碰撞，而小氣泡與夾雜物發生碰撞的概率大于大氣泡與夾雜物發生碰撞的概率，因此，從鋼水中去除夾雜物的數量決定于吹入鋼水的氣泡數量及氣泡尺寸；由此也可看出，吹氬操作是lf爐除去鋼水夾雜的核心環節。本發明正是通過上述將吹氬操作進行分階段劃分，并針對不同階段進行不同的操控控制，以實現最大化的利用吹氬操作，實現對鋼水的攪拌、去氣以及去雜等作用。

　　針對不同階段的吹氬操作，本發明中分別可實現不同的技術效果：

　　對于第一階段，通過通入流量相對較大的吹氬流量v1，實現鋼水裸露直徑300±50mm，即鋼水處于相對較大的翻動狀態，此條件下可使在鋼水液面結殼的爐渣快速熔化，形成熔渣，使鋼水裸露，利于電極起弧加熱，能夠避免lf爐因起弧不穩等原因造成電極折斷等事故。其中，鋼水裸露直徑300±50mm，表示吹氬后，相應的氬氣在渣面吹破爐渣后所形成的鋼水裸露區域所對應的直徑參數，由該直徑參數對應于調節控制氬氣流量的充氣流量。

　　對于第二階段，考慮到實際生產中，第一階段通過大流量吹氬破渣后往往不能把所有結殼的爐渣在鋼水溫度的作用下完全融化。如加熱情況下，加入精煉渣料時，下料口對應的位置會存在未融化的爐渣，就會造成精煉渣堆積在爐渣上面，造成渣料成坨，熔化困難。另外，lf進站鋼水溫度通常約為1540℃，精煉渣料的熔點約1400℃，粒度約15mm，每次精煉渣料加入量在200-500公斤之間，因諸多原因，有時存在精煉渣不能迅速熔化，成渣慢的現象。因此，本發明在第二階段的前段時間內采用了“悶渣”加熱的操作方式，即加熱檔位不變的情況下，把氬氣流量調小至第一階段的吹氬流量v1的30-40％之間，即對應吹氬流量v2；通過“悶渣”加熱方式可使鋼水表面溫度迅速升高，加快爐渣或精煉渣的熔化和發泡速度。之后，在“悶渣”加熱1-2min之后，將氬氣流量重新調到v1的40-50％之間，即對應吹氬流量v3，此流量下，對應的鋼水裸露直徑約150mm左右，可提高氣泡與夾雜物發生碰撞的概率，提高鋼水夾雜物去除效率。

　　對于第三階段，為實現合金化操作，為了合金成分加入后能夠在鋼水中充分、均勻分布，確保鋼水成分均勻性，將氬氣流量重新調整至較高流量，即大致恢復到第一階段的流量值v1對應的流量，即該階段對應的吹氬流量v4滿足鋼水裸露直徑300±50mm，與v1對應的流量一致，并吹氬4-6min。

　　對于第四階段，為對鋼水進行第二次造渣及加熱，其與第二階段類似，因此本發明中設置第四階段中對氬氣流量的控制與第二階段一致，即第四階段內的氬氣流量分兩步進行控制：同樣首先進行“悶渣”操作，“悶渣”操作以v2的氬氣流量進行吹氬1-2min，其中v2為v1的35±5％；之后把氬氣流量調整為v3，其中v3為v1的45±5％，同時把v3的氬氣流量的吹氬操作直至該階段結束。

　　另外，通常情況下在第二階段以及第四階段的加熱操作結束后，即在停止第二階段以及第四階段內的加熱后緊鄰地分別會進行第一節測溫取樣和第二次測溫取樣操作，之后再進入下一階段。本發明中對于第一次測溫取樣和第二次測溫取樣操作時，無需調整氬氣流量，在進行第一次測溫取樣過程中以及第二次測溫取樣的過程中，延用v3的氬氣流量進行吹氬操作；具體也可參照附圖2中所示。

　　對于第五階段，該階段對應的氬氣流量調整為第一階段的氬氣流量v1的20-30％，使氬氣攪拌強度以鋼水面微微波動為宜，吹氬6-7分鐘即可，可以促進更小的夾雜物去除。

　　最后第六階段，為關閉氬氣，使鋼水靜止5-6分鐘，其目的是便于軟吹等精煉方式不能去除的夾雜物上浮，被鋼渣吸收，進一步提高鋼水純潔度，最終實現對夾雜物的去除。

　　另外，鋼水過熱度為鋼水澆鑄溫度與鋼水液相線溫度之差。鋼水過熱度低，接近液相線澆注，有利于提高拉速，減少鑄坯中心偏析；但中間包鋼水過熱度太低，就會凍水口，影響鋼水流動性，同時也會使鋼水粘度變高，鋼水中夾雜物上浮困難，夾雜物易在塞棒聚集，塞棒開口度變大，鋼流變弱，甚至堵塞水口。另外，鋼水過熱度過高，雖有利于夾雜物上浮，但鑄機拉速偏低，鋼水對塞棒的沖刷減弱，鋼水中來不及上浮的夾雜物就會吸附在塞棒等物體上，慢慢聚集長大，這也是鑄機連澆爐數中后期爐次變流的原因之一。因此，合適的過熱度是確保可澆性的重要原因，本發明中優先控制螺紋鋼鋼水的過熱度在30-40℃之間比較合適，在該過熱度區間內，既可保持高拉速，又可以為生產組織出現異常等情況鑄機降速留下空間；因此，lf爐根據上述過熱度的要求及生產節奏等情況進一步決定鋼水出站溫度控制在1570℃～1585℃之間。

　　降低鋼水粘的根本是降低鋼水中夾雜物特別al2o3夾雜物，包括減少精煉過程夾雜物的生成和促進夾雜物的上浮吸收。考慮到lf爐鋼水精煉過程主要是鋼水和還原性渣反應的過程，因此要求精煉渣具有高堿度、低氧化性、低熔點的特點，具有進一步脫硫能力和脫氧吸附夾雜的能力；而轉爐爐渣含feo一般在15-20％左右，氧化性較強，必須采取快速還原造渣工藝，減少鋼水中和爐渣中氧含量。為此，本發明技術方案中，對精煉造白渣工藝，進行了改進。根據爐前鋼水成分，結合鋼種判鋼成分要求，進站采用碳粉、硅鐵對轉爐渣前期進行快速脫氧操作。考慮到合金可能進入鋼水中，因此碳粉和硅鐵的加入量一般分別為鋼水量的0.01-0.03％之間，從而使渣中feo快速降低至2％以下，形成了氧含量低流動性良好的白渣。

　　另外，螺紋鋼采用錳硅脫氧，把硅錳合金加入鋼水中，在進行成分合金化的同時，也用于鋼水脫氧，它們與鋼中氧含有一平衡關系，在一定溫度下，鋼中的硅錳成分對sio2和mno的活度有直接影響，從而影響脫氧產物的形態，具體參見附圖3所示；硅錳脫氧的產物為純sio2(固體)、mno·sio2(液體)、以及mno·(feo)(固溶體)。從圖3可知，控制合適的mn/si比，可得到液相的mno·sio2，這更利于鋼水中夾雜物上浮排除。北科大教授王新華認為鋼中錳硅比≥2.3，可以避免形成固態脫氧產物。在實際生產總結中，經實驗發現錳硅比控制在2.5-3之間，鋼水的流動取得了很好的治理效果，而且避免了錳硅比過高導致的合金成本的增加。因此，本發明技術方案中進一步優化了鋼水出站成分中硅錳控制目標的要求，要求按錳硅比的2.5-3之間進行硅鐵和錳鐵合金化。

　　技術特征：

　　1.改善螺紋鋼鋼水可澆性的lf操作方法，在鋼包進站后進行底吹氬操作，其特征在于：所述底吹氬操作采用的氬氣的工藝參數為：純度≥99.99％，表壓在1.3-1.5mpa之間；所述lf操作方法在底吹氬開始后依次包括如下各階段：

　　第一階段：破渣階段，該階段以v1的氬氣流量進行吹氬操作，吹氬時間1-2min以破碎鋼水表面結殼的爐渣，其中吹氬流量v1滿足鋼水裸露直徑300±50mm；

　　第二階段：第一次造渣及加熱階段，該階段氬氣流量分兩步進行控制：首先進行“悶渣”操作—“悶渣”操作以v2的氬氣流量進行吹氬1-2min，其中v2為v1的35±5％；之后，把氬氣流量調整為v3，其中v3為v1的45±5％，同時把v3的氬氣流量的吹氬操作保持直至該階段結束；

　　第三階段：合金化階段，該階段以v4的氬氣流量進行吹氬操作，吹氬時間4-6min，其中吹氬流量v4＝v1；

　　第四階段：第二次造渣及加熱階段，該階段中對氬氣流量的控制與第二階段一致；

　　第五階段：軟吹階段，該階段以v5的氬氣流量進行吹氬操作，吹氬時間為6-7min，其中v5為v1的25±5％；

　　第六階段：鋼水靜止階段，該階段完全關閉氬氣，使鋼水靜止5-6分鐘；然后進行鋼包出站。

　　2.如權利要求1所述的改善螺紋鋼鋼水可澆性的lf操作方法，其特征在于：鋼包出站時的鋼水溫度控制在1570℃～1585℃之間。

　　3.如權利要求1所述的改善螺紋鋼鋼水可澆性的lf操作方法，其特征在于：在第二階段內，通過加入碳粉和硅鐵對爐渣進行脫氧處理，使電加熱出站時爐渣中feo降低至2％以下。

　　4.如權利要求1至3中任意一項所述的改善螺紋鋼鋼水可澆性的lf操作方法，其特征在于：在第二階段結束后、并在第三階段前，對鋼水進行第一次測溫取樣；在進行第一次測溫取樣過程中，延用v3的氬氣流量進行吹氬操作；在第三階段內，根據第一次取的鋼水樣成分，對不滿足判鋼要求的成分進行成分合金配加及成分調整，使之滿足判鋼要求，同時確保鋼水成分中的錳硅比在2.5-3之間。

　　技術總結

　　本發明公開了一種改善螺紋鋼鋼水可澆性的LF操作方法，屬于冶金技術領域，提供一能夠提高改善螺紋鋼鋼水可澆性，降低引起水口堵塞問題的LF操作方法。本發明通過分階段地控制底吹氬操作參數，保證了吹氬對鋼水的攪拌、去氣以及去雜等作用均能得到充分體現，進而最終能夠有效地降低鋼水中的Al2O3夾雜，提高鋼水的可澆性，降低引起水口堵塞的情況。另外，通過控制出站時的鋼水溫度，以適當提高鋼水的過熱度，可進一步提高鋼水的可澆性。另外，通過加入碳粉和硅鐵，以使爐渣中FeO快速降低至2％以下，以提高爐渣吸附夾渣的能力，形成吸附能力強的流動性好的白渣，進而提高鋼水的可澆性。另外，還通過將錳硅比控制在2.5?3之間，以進一步提高鋼水的可澆性。

　　技術研發人員：王家奇;王二軍;雷輝;高鵬程

　　受保護的技術使用者：攀鋼集團攀枝花鋼釩有限公司

　　技術研發日：2019.09.04

　　技術公布日：2019.11.22