李翔等：铝耗及终脱氧氧位对F钢水口结瘤的影响 ·703· 1‘,控制水平比较接近，前两支下水口使用时间也基 样本数：27 本相当，都在100min左右.同时，当第2炉和第4炉 200 相关系数：0.79 铝耗超过3.0kg1后，塞棒涨杆情况明显加剧，在这 两炉浇铸结束时塞棒杆位已到最高值，因此分别在第 150 3炉和第5炉开浇后换下水口.第5炉和第6炉开浇 后，由于前4炉导致上水口严重结瘤，浇铸最后两炉钢 100 水时上水口的结瘤情况成为通钢量的限制性环节，在 浇铸第6炉过程中，由于上水口已严重堵塞，此时更换 50 下水口已无法保证通钢量，致使该炉钢水断浇. 图3(c)是该厂某批次铝耗极高时F钢浇铸数据 变化图，铝耗依次为3.17、3.74、3.24kg1.该批次 2.02.53.03.5 4.0 原定生产6炉，由于前3炉铝耗控制较差，上水口严重 平均铝耗/化g) 结瘤，通钢量无法保证正常拉速，该批次在第3炉断 图4平均铝耗与浇铸时间关系图 浇.由图3(c)可知，该批次前3炉铝耗均在3.0kg11 Fig.4 Relationship between average aluminum consumption and 以上，尤其是第2炉铝耗达3.74kg1.该批次前3炉 casting time 钢共使用4支下水口，其中第2炉更换两支下水口. 面上并熔解于渣中：(3)由于界面能的作用，渣钢界面 有关文献s-9指出：钢包顶渣对山，0，的吸收速率随渣 上的氧化物夹杂自发的转入渣相.有关文献四认为 中AL,0,/C0值增大而减少，在该批次F钢生产过程 降低熔渣黏度，减小熔渣与山，0，夹杂物之间的界面 中，第2炉由于到RH温度过低，在RH精炼过程中加 张力有助于吸收A山0，·随着AL203的不断吸收，AL,0 入大量A1元素脱氧升温，钢水中残留大量A,O,夹杂 含量的增加可增大熔渣界面张力，增加熔渣黏度. 物，在浇铸过程中严重恶化上下水口的结瘤情况，直接 文献山2-14)研究发现：熔渣对AL,0,夹杂物的 导致钢水断浇. 吸收受传质系数为105cm·s扩散过程的控制，其质 2.2铝耗及终脱氧氧位对钢水可浇性的影响 量通量满足以下方程： 为了说明铝耗对钢水可浇性的影响，定义如下关 J=0.62D2pn(CsM -Cs). (2) 系式： N-∑NZ.∑NZ 式中：J为A山03夹杂物的质量通量，gcm2·s:D为 (1) ∑T: T Al,0,夹杂物在渣中的扩散系数，cm2·sl:p为熔渣密 度，gcm;n为熔渣黏度，l0-Pa·so为旋转角速 式中：N为单支下水口总浇铸时间平均铝耗，kgt1: 度，rad·s;Csu和Cs分别为渣/金界面和渣中Al03 T=∑T:为单支下水口总浇铸时间，min:T:为单支 量，gcm3. 下水口第i炉浇铸时间，min;N,为第i炉钢水铝耗， 由式(2)可知：AL20,的质量通量随着渣中A山20， kg't-1. 含量和熔渣黏度的增加而减小.在F钢治炼过程中， 通过对12个批次更换的27支下水口的平均铝耗 铝耗越高的钢水，钢水中形成的AL,O,夹杂也会越多 ()与浇铸时间(T)的统计，得到平均铝耗与浇铸时 在氩气搅拌的条件下，这些A山，0，夹杂迅速碰撞长大， 间关系图，如图4所示. 并上浮到钢渣界面，通过钢渣界面反应使钢水中的AL,03 由图4可知，随着平均铝耗的增加，单支下水口的 夹杂进入渣中.随着反应的不断进行，熔渣中A山，0，含 浇铸时间呈下降趋势.当平均铝耗超过3.5kg1时， 量越来越高，熔渣的黏度不断增加，熔渣对A山0，夹杂 浇铸时间低于50mim,即低于该厂浇铸周期.在该厂 的吸收能力越来越差，熔渣对A山，O,夹杂的吸收能力 F生产过程中，多次出现当某炉铝耗超过3.5kg1 趋于饱和.随着熔渣吸收能力的饱和，铝耗越高的钢 时，在该炉次更换两支下水口，并导致钢水在该炉或下 水，后期脱氧产生的大量AL,O3夹杂吸收就越困难，钢 一炉断浇的情况 水中滞留的A1,O,夹杂也会越多，在浇铸过程中就会 当转炉出钢温度不足或出钢温降过大，导致钢水 更容易吸附沉积在水口表面，更容易导致水口结瘤. 到RH温度过低时，在RH精炼环节就需要大量吹氧 RH脱碳结束后会加入大量铝线来脱除钢中残余 加铝升温，钢水中会形成更多需要被顶渣吸收的AL,0, 氧，终脱氧氧位决定了铝线的用量，该铝线用量是铝耗 夹杂.顶渣吸收钢水中夹杂物原理主要有三种网： 的主要组成部分，此时生成的脱氧产物上浮时间最短， (1)钢渣界面上的氧化物夹杂与熔渣间发生化学反应 对钢液的洁净度影响也最大·为提高钢液洁净度，减 而使夹杂物进入渣相：(2)氧化物夹杂停留在渣钢界 少铝线用量并降低生产成本，降低终脱氧氧位一直是李 翔等: 铝耗及终脱氧氧位对 IF 钢水口结瘤的影响 t － 1 ，控制水平比较接近，前两支下水口使用时间也基 本相当，都在 100 min 左右． 同时，当第 2 炉和第 4 炉 铝耗超过 3. 0 kg·t － 1 后，塞棒涨杆情况明显加剧，在这 两炉浇铸结束时塞棒杆位已到最高值，因此分别在第 3 炉和第 5 炉开浇后换下水口． 第 5 炉和第 6 炉开浇 后，由于前 4 炉导致上水口严重结瘤，浇铸最后两炉钢 水时上水口的结瘤情况成为通钢量的限制性环节，在 浇铸第 6 炉过程中，由于上水口已严重堵塞，此时更换 下水口已无法保证通钢量，致使该炉钢水断浇． 图 3(c)是该厂某批次铝耗极高时 IF 钢浇铸数据 变化图，铝耗依次为 3. 17、3. 74、3. 24 kg·t － 1 ． 该批次 原定生产 6 炉，由于前 3 炉铝耗控制较差，上水口严重 结瘤，通钢量无法保证正常拉速，该批次在第 3 炉断 浇． 由图 3(c)可知，该批次前 3 炉铝耗均在 3. 0 kg·t － 1 以上，尤其是第2 炉铝耗达3. 74 kg·t － 1 ． 该批次前3 炉 钢共使用 4 支下水口，其中第 2 炉更换两支下水口． 有关文献［8 － 9］指出:钢包顶渣对 Al2O3的吸收速率随渣 中 Al2O3 /CaO 值增大而减少，在该批次 IF 钢生产过程 中，第 2 炉由于到 RH 温度过低，在 RH 精炼过程中加 入大量 Al 元素脱氧升温，钢水中残留大量 Al2O3夹杂 物，在浇铸过程中严重恶化上下水口的结瘤情况，直接 导致钢水断浇． 2. 2 铝耗及终脱氧氧位对钢水可浇性的影响 为了说明铝耗对钢水可浇性的影响，定义如下关 系式: N = ∑NiTi ∑Ti = ∑NiTi T ． (1) 式中:N 为单支下水口总浇铸时间平均铝耗，kg·t － 1 ; T = ∑ Ti 为单支下水口总浇铸时间，min;Ti 为单支 下水口第 i 炉浇铸时间，min;Ni 为第 i 炉钢水铝耗， kg·t － 1 ． 通过对 12 个批次更换的 27 支下水口的平均铝耗 (N)与浇铸时间( T) 的统计，得到平均铝耗与浇铸时 间关系图，如图 4 所示． 由图 4 可知，随着平均铝耗的增加，单支下水口的 浇铸时间呈下降趋势． 当平均铝耗超过 3. 5 kg·t － 1 时， 浇铸时间低于 50 min，即低于该厂浇铸周期． 在该厂 IF 生产过程中，多次出现当某炉铝耗超过 3. 5 kg·t － 1 时，在该炉次更换两支下水口，并导致钢水在该炉或下 一炉断浇的情况． 当转炉出钢温度不足或出钢温降过大，导致钢水 到 RH 温度过低时，在 RH 精炼环节就需要大量吹氧 加铝升温，钢水中会形成更多需要被顶渣吸收的 Al2O3 夹杂． 顶渣吸收钢水中夹杂物原理主要有三种［10］: (1)钢渣界面上的氧化物夹杂与熔渣间发生化学反应 而使夹杂物进入渣相;(2) 氧化物夹杂停留在渣钢界 图 4 平均铝耗与浇铸时间关系图 Fig． 4 Relationship between average aluminum consumption and casting time 面上并熔解于渣中;(3)由于界面能的作用，渣钢界面 上的氧化物夹杂自发的转入渣相． 有关文献［11］认为 降低熔渣黏度，减小熔渣与 Al2 O3 夹杂物之间的界面 张力有助于吸收 Al2O3 ． 随着 Al2O3的不断吸收，Al2O3 含量的增加可增大熔渣界面张力，增加熔渣黏度． 文献［12 － 14］研究发现:熔渣对 Al2 O3 夹杂物的 吸收受传质系数为 10 － 5 cm·s － 1 扩散过程的控制，其质 量通量满足以下方程: J = 0. 62D2 /3 ρ 1 /6 η － 1 /6 ω1 /2 (CSM － CS )． (2) 式中:J 为 Al2 O3 夹杂物的质量通量，g·cm2 ·s － 1 ;D 为 Al2O3夹杂物在渣中的扩散系数，cm2 ·s － 1 ;ρ 为熔渣密 度，g·cm － 3 ;η 为熔渣黏度，10 － 1 Pa·s;ω 为旋转角速 度，rad·s － 1 ;CSM 和 CS 分别为渣/金界面和渣中 Al2 O3 量，g·cm － 3 ． 由式(2)可知:Al2 O3 的质量通量随着渣中 Al2 O3 含量和熔渣黏度的增加而减小． 在 IF 钢冶炼过程中， 铝耗越高的钢水，钢水中形成的 Al2O3夹杂也会越多． 在氩气搅拌的条件下，这些 Al2O3夹杂迅速碰撞长大， 并上浮到钢渣界面，通过钢渣界面反应使钢水中的 Al2O3 夹杂进入渣中． 随着反应的不断进行，熔渣中 Al2O3含 量越来越高，熔渣的黏度不断增加，熔渣对 Al2O3夹杂 的吸收能力越来越差，熔渣对 Al2 O3 夹杂的吸收能力 趋于饱和． 随着熔渣吸收能力的饱和，铝耗越高的钢 水，后期脱氧产生的大量 Al2O3夹杂吸收就越困难，钢 水中滞留的 Al2 O3 夹杂也会越多，在浇铸过程中就会 更容易吸附沉积在水口表面，更容易导致水口结瘤． RH 脱碳结束后会加入大量铝线来脱除钢中残余 氧，终脱氧氧位决定了铝线的用量，该铝线用量是铝耗 的主要组成部分，此时生成的脱氧产物上浮时间最短， 对钢液的洁净度影响也最大． 为提高钢液洁净度，减 少铝线用量并降低生产成本，降低终脱氧氧位一直是 ·703·