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摘要：根据生产实际情况，结合理论技术分析了钢水流动性不好的原因，并制定了措施减少堵水口，流动性差的情况。
关键词：Al2O3;CaO;脱氧;钙处理
1 前言
生产工艺流程：高炉铁水—900吨混铁炉—120转炉—LF（吹氩）—板坯连铸（1800*250mm），实际生产当中出现因钢水流动性差，大包内钢水赶不上中包液面、中包套眼、结晶器液面波动的情况时有发生，同时造成生产节奏波动频繁，铸坯质量不稳定。为此，结合炼钢操作实际，对造成钢水流动性差的因素进行排查分析并提出相应改进措施。
2 钢水流动性差的原因及分析
根据现场的几种形式分析造成钢水流动性不好的原因：
2.1转炉终点氧含量与脱氧操作的影响
转炉出钢温度平均在1620-1660℃，终点碳含量平均0.08%，终渣FeO平均12%。转炉脱氧使用钢砂铝（Al含量在82%）脱氧。出钢过程先加入钢砂铝脱氧，后加合金。
脱氧剂加入的先后顺序。加铝脱氧的操作影响。
加铝的方法：一是在出钢过程中一次性把铝块投入钢包，然后加入合金。二是先加入部分钢砂铝，加入合金，最后加其余钢砂铝。
铝是强脱氧剂，钢水中含铝0.001%就足以使钢溶解氧降到0.001%以下，且由反应式可以看出，在1600℃时，铝氧反应后Al2O3在钢水中迅速形成。在钢水中，铝脱氧产物为固态Al2O3，正常情况下钢水搅拌固体颗粒相互碰撞时，由于钢水与颗粒不润湿，钢水从颗粒间隙流出，颗粒碰撞后彼此烧结在一起，聚集长大到到10-100微米，甚至成更大的串簇状Al2O3。然后上浮到钢水表面被渣相吸收，降低钢水中的总氧量。
由于实际钢水中氧含量波动，使钢中脱氧产物发生变化，关于铝脱氧后形成的Al2O3夹杂物的尺寸及数量，研究表明，Al2O3颗粒长大的形状和局部区域的氧活度与脱氧元素的含量有关。其形状有树枝状、多面体、层状与球状，甚至有串簇状的珊瑚体，夹杂物长大受颗粒形状控制。由氧化物长大形状与氧活度的关系图可以看出，氧活度与脱氧元素的活度达到平衡时产生树枝状，容易上浮排出。
第一种加铝方法铝加入量不易控制，且反应迅速，产生大量三氧化二铝夹杂物，降低钢水流动性。第二种加铝方法，稳定了氧含量，有利于使氧活度与脱氧元素活度达到平衡，使夹杂物上浮，改善钢水流动性。
2.2 LF炉精炼冶炼含铝钢种，钢水流动性不好的原因分析
2.2.1加铝线方式，采用一次性加入铝线
铝线采用一次加入，主要形成珊瑚状三氧化二铝，这些簇状物很容易浮出，只有少量的紧密簇状物和单个Al2O3滞留在钢中;如果分2批加入，将形成一些板型Al2O3，尺寸较小，不利于夹杂物碰撞长大和上浮，增加了堵塞水口的可能性;精炼过程中分批多次加入铝，如喂线和软吹氩控制不好，全部都不同程度地发生水口堵塞。为使钢中夹杂物能够充分排出，应尽量在出钢过程和吹氩站将酸溶铝调整好，以减少LF控制酸溶铝的难度。氧含量高时，喂铝线易形成Al2O3夹杂。采用精炼后期喂铝线，后期加铝线的工艺不可避免地造成Al与钢水及炉渣中氧化物夹杂反应生成大量Al2O3夹杂，又因精炼后期吹氩时间较短，夹杂物上浮慢，造成钢水中Al2O3较多，从而影响流动性。
2.2.2 LF炉浇注铝镇静钢经过钙处理后仍出现水口堵塞的原因
2.2.2.1钙处理不充分，LF炉喂钙后，钢中Al2O3转变为CaO·、Al2O3。当钙含量不足时，形成高熔点的铝酸钙CaO.2Al2O3易堵水口。
2.2.2.2形成了高熔点的镁铝尖晶石。夹杂物中
MgO的来源是：第一、钢包顶渣中MgO被还原生成Mg;第二、包衬中MgO被碳还原生成Mg。钢水中镁一般为0.0005%～0.0010%左右。在LF中形成Al2O3.MgO尖晶石，MgO降低了铝酸盐（CaO. Al2O3）中的Al2O3，使CaO活度升高形成CaS。這样就形成高熔点的Al2O3·MgO、CaS，形成水口堵塞。
2.2.2.3形成了高熔点的CaS。低碳铝镇静钢钙处理中形成的夹杂物的类型必须充分考虑Al-Ca-O-S元素之间的平衡关系。钙与钢中[O]、[S]和Al2O3同时发生反应：
（CaS）+2/3[Al]+[S]=（CaO）+1/3（Al2O3）
加钙处理后既可生成铝酸钙（12CaO·7Al2O3）防止堵水口，又可生成CaS增加堵水口。根据[Ca]-[S]和[Al]-[S]平衡的热力学计算结果：可知，钢水中[S]>0.02%，[Ca]为0.0005%～0.0010%时，就可生成CaS。由于钢水中[Ca]不容易检测，可由[Al]-[S]平衡来判断CaS析出。1550℃钢水中[Al]s=0.02%，[S]>0.017%时，CaS析出;[Al]S =0.03%，[S]>0.011%时，CaS析出;[Al]S =>0.06%，[S]>0.009%时，CaS析出。 所以，对于低碳铝镇静钢，钢中[Al]S=0.02%～0.04%，[S]为0.01%～0.02%时，不会形成大量CaS。事实证明，对于低碳铝镇静钢，[S]为0.01%～0.02%时， 水口堵塞主要是由Al2O3引起的，不是由CaS引起的。
2.3二次氧化影响
从LF到中间包，钢水保护不好，钢水吸氧导致钢水与夹杂物的平衡被打破，一方面由于钙铝比下降，CaO/Al2O3比向减小方向移动，另外钢水吸氧，钢水[O]增加，就可使反应向着生成液相区边界移动，生成大量固态的CaO·Al2O3。
因此，对铝镇静钢，钢包喂钙处理后钢中[Ca]、[Al]与夹杂物处于平衡状态生成液态的铝酸钙，但在浇注过程中，由于钢包到中间包的二次氧化，钢中[Ca]/[Al]S降低，破坏钢水与夹杂物的平衡，使铝酸钙由富CaO液态向高 Al2O3固态铝酸钙方向移动（CaO·6Al2O3），这会导致水口堵塞。
2.4其它影响
2.4.1热效应，钢水流经水口时，钢水温度降低引起溶解氧含量下降，破坏生成平衡生成Al2O3，黏结在水口壁上。
2.4.2水口耐火材料气孔中氧的扩散。钢水流经水口时，水口内产生负压。由于压力梯度，耐火材料气孔中的氧传递到钢水与水口耐火材料的界面，钢水中Al在水口壁上反应形成Al2O3。
2.4.3注流紊流传输。由于注流紊传输和环流作用，钢水中的Al2O3传递到水口壁黏附在表面。
3 结论
3.1转炉炉后加钢砂铝采取先加部分铝预脱氧，加合金后再加铝终脱氧，减少三氧化二铝夹杂。
3.2LF炉钢水进站后一次性加入铝线，[Al]S一次性調整到位。硫含量高减少钙线加入量，避免生成过多的CaS。
3.3减少二次氧化，根据二次氧化原理，LF处理好钢水后，加覆盖剂防上氧化，浇注铝镇静钢开浇前先加保护套管，保护套管要通氩气保护。中间包严禁液面祼露，使用碱性覆盖剂吸附中包夹杂。
参考文献：
[1]连铸坯质量控制 蔡开科
[2]精炼钢水流动性差的原因分析及改进
关键词：Al2O3;CaO;脱氧;钙处理
1 前言
生产工艺流程：高炉铁水—900吨混铁炉—120转炉—LF（吹氩）—板坯连铸（1800*250mm），实际生产当中出现因钢水流动性差，大包内钢水赶不上中包液面、中包套眼、结晶器液面波动的情况时有发生，同时造成生产节奏波动频繁，铸坯质量不稳定。为此，结合炼钢操作实际，对造成钢水流动性差的因素进行排查分析并提出相应改进措施。
2 钢水流动性差的原因及分析
根据现场的几种形式分析造成钢水流动性不好的原因：
2.1转炉终点氧含量与脱氧操作的影响
转炉出钢温度平均在1620-1660℃，终点碳含量平均0.08%，终渣FeO平均12%。转炉脱氧使用钢砂铝（Al含量在82%）脱氧。出钢过程先加入钢砂铝脱氧，后加合金。
脱氧剂加入的先后顺序。加铝脱氧的操作影响。
加铝的方法：一是在出钢过程中一次性把铝块投入钢包，然后加入合金。二是先加入部分钢砂铝，加入合金，最后加其余钢砂铝。
铝是强脱氧剂，钢水中含铝0.001%就足以使钢溶解氧降到0.001%以下，且由反应式可以看出，在1600℃时，铝氧反应后Al2O3在钢水中迅速形成。在钢水中，铝脱氧产物为固态Al2O3，正常情况下钢水搅拌固体颗粒相互碰撞时，由于钢水与颗粒不润湿，钢水从颗粒间隙流出，颗粒碰撞后彼此烧结在一起，聚集长大到到10-100微米，甚至成更大的串簇状Al2O3。然后上浮到钢水表面被渣相吸收，降低钢水中的总氧量。
由于实际钢水中氧含量波动，使钢中脱氧产物发生变化，关于铝脱氧后形成的Al2O3夹杂物的尺寸及数量，研究表明，Al2O3颗粒长大的形状和局部区域的氧活度与脱氧元素的含量有关。其形状有树枝状、多面体、层状与球状，甚至有串簇状的珊瑚体，夹杂物长大受颗粒形状控制。由氧化物长大形状与氧活度的关系图可以看出，氧活度与脱氧元素的活度达到平衡时产生树枝状，容易上浮排出。
第一种加铝方法铝加入量不易控制，且反应迅速，产生大量三氧化二铝夹杂物，降低钢水流动性。第二种加铝方法，稳定了氧含量，有利于使氧活度与脱氧元素活度达到平衡，使夹杂物上浮，改善钢水流动性。
2.2 LF炉精炼冶炼含铝钢种，钢水流动性不好的原因分析
2.2.1加铝线方式，采用一次性加入铝线
铝线采用一次加入，主要形成珊瑚状三氧化二铝，这些簇状物很容易浮出，只有少量的紧密簇状物和单个Al2O3滞留在钢中;如果分2批加入，将形成一些板型Al2O3，尺寸较小，不利于夹杂物碰撞长大和上浮，增加了堵塞水口的可能性;精炼过程中分批多次加入铝，如喂线和软吹氩控制不好，全部都不同程度地发生水口堵塞。为使钢中夹杂物能够充分排出，应尽量在出钢过程和吹氩站将酸溶铝调整好，以减少LF控制酸溶铝的难度。氧含量高时，喂铝线易形成Al2O3夹杂。采用精炼后期喂铝线，后期加铝线的工艺不可避免地造成Al与钢水及炉渣中氧化物夹杂反应生成大量Al2O3夹杂，又因精炼后期吹氩时间较短，夹杂物上浮慢，造成钢水中Al2O3较多，从而影响流动性。
2.2.2 LF炉浇注铝镇静钢经过钙处理后仍出现水口堵塞的原因
2.2.2.1钙处理不充分，LF炉喂钙后，钢中Al2O3转变为CaO·、Al2O3。当钙含量不足时，形成高熔点的铝酸钙CaO.2Al2O3易堵水口。
2.2.2.2形成了高熔点的镁铝尖晶石。夹杂物中
MgO的来源是：第一、钢包顶渣中MgO被还原生成Mg;第二、包衬中MgO被碳还原生成Mg。钢水中镁一般为0.0005%～0.0010%左右。在LF中形成Al2O3.MgO尖晶石，MgO降低了铝酸盐（CaO. Al2O3）中的Al2O3，使CaO活度升高形成CaS。這样就形成高熔点的Al2O3·MgO、CaS，形成水口堵塞。
2.2.2.3形成了高熔点的CaS。低碳铝镇静钢钙处理中形成的夹杂物的类型必须充分考虑Al-Ca-O-S元素之间的平衡关系。钙与钢中[O]、[S]和Al2O3同时发生反应：
（CaS）+2/3[Al]+[S]=（CaO）+1/3（Al2O3）
加钙处理后既可生成铝酸钙（12CaO·7Al2O3）防止堵水口，又可生成CaS增加堵水口。根据[Ca]-[S]和[Al]-[S]平衡的热力学计算结果：可知，钢水中[S]>0.02%，[Ca]为0.0005%～0.0010%时，就可生成CaS。由于钢水中[Ca]不容易检测，可由[Al]-[S]平衡来判断CaS析出。1550℃钢水中[Al]s=0.02%，[S]>0.017%时，CaS析出;[Al]S =0.03%，[S]>0.011%时，CaS析出;[Al]S =>0.06%，[S]>0.009%时，CaS析出。 所以，对于低碳铝镇静钢，钢中[Al]S=0.02%～0.04%，[S]为0.01%～0.02%时，不会形成大量CaS。事实证明，对于低碳铝镇静钢，[S]为0.01%～0.02%时， 水口堵塞主要是由Al2O3引起的，不是由CaS引起的。
2.3二次氧化影响
从LF到中间包，钢水保护不好，钢水吸氧导致钢水与夹杂物的平衡被打破，一方面由于钙铝比下降，CaO/Al2O3比向减小方向移动，另外钢水吸氧，钢水[O]增加，就可使反应向着生成液相区边界移动，生成大量固态的CaO·Al2O3。
因此，对铝镇静钢，钢包喂钙处理后钢中[Ca]、[Al]与夹杂物处于平衡状态生成液态的铝酸钙，但在浇注过程中，由于钢包到中间包的二次氧化，钢中[Ca]/[Al]S降低，破坏钢水与夹杂物的平衡，使铝酸钙由富CaO液态向高 Al2O3固态铝酸钙方向移动（CaO·6Al2O3），这会导致水口堵塞。
2.4其它影响
2.4.1热效应，钢水流经水口时，钢水温度降低引起溶解氧含量下降，破坏生成平衡生成Al2O3，黏结在水口壁上。
2.4.2水口耐火材料气孔中氧的扩散。钢水流经水口时，水口内产生负压。由于压力梯度，耐火材料气孔中的氧传递到钢水与水口耐火材料的界面，钢水中Al在水口壁上反应形成Al2O3。
2.4.3注流紊流传输。由于注流紊传输和环流作用，钢水中的Al2O3传递到水口壁黏附在表面。
3 结论
3.1转炉炉后加钢砂铝采取先加部分铝预脱氧，加合金后再加铝终脱氧，减少三氧化二铝夹杂。
3.2LF炉钢水进站后一次性加入铝线，[Al]S一次性調整到位。硫含量高减少钙线加入量，避免生成过多的CaS。
3.3减少二次氧化，根据二次氧化原理，LF处理好钢水后，加覆盖剂防上氧化，浇注铝镇静钢开浇前先加保护套管，保护套管要通氩气保护。中间包严禁液面祼露，使用碱性覆盖剂吸附中包夹杂。
参考文献：
[1]连铸坯质量控制 蔡开科
[2]精炼钢水流动性差的原因分析及改进