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摘 要：通过对实际生产含铝钢中水口结瘤物的提取并进行电静扫描，具体分析了宣化钢铁有限公司生产含铝钢中水口结瘤物的成分，结果显示其主要为A12O3夹杂聚集所致。
关键词：含铝钢;水口堵塞;结瘤物;夹杂物
含铝钢在日常生产中经常会出现中间包水口堵塞的问题，一旦水口堵塞，会影响恒拉速拉钢，易造成炼钢工序钢水积压，扰乱了正常的生产节奏使其他的过程工艺参数难以正常的控制控制。造成含铝钢水口堵塞的原因很多，既有可能是由于钢中脱氧产物A12O3夹杂聚集造成水口堵塞，也有可能是钢中细小的CaS夹杂聚集在水口造成堵塞等。下文将具体研究宣钢含铝镇静钢水口堵塞的原因。
一、宣钢含铝钢的生产工艺
宣钢二钢轧厂拥有两座150t顶底复吹转炉，与其相配套的是两座150tLF精炼炉及两台十二机十二流的小方坯连铸机。其工艺流程为：150t顶底复吹转炉—150tLF精炼炉—12机12流小方坯连铸机。宣钢二钢轧厂生产的含铝钢主要有：SWRCH22A、45#、20g、40Cr等铝脱氧及含铝钢种，此类钢种多属于中碳、低硅、含硫、含铝钢种。
二、宣钢含铝钢水口堵塞的成因分析
（一）水口结瘤物分析。为了弄清水口堵塞的具体原因，对水口堵塞浇次进行现场提取水口结瘤物，采用扫描电镜观察其物相结构，如图1—图4所示，从结瘤物上选取四个视场进行分析，并通过能谱分析得出表1所示的物相化学成分。
图1 图2
图3 图4
（二）水口结瘤物的物相分析。对图1-4、表1分析可知，水口结瘤物的主要物相为CaO·6Al2O3、CaO·2Al2O3、CaO·Al2O3（图中灰色基体），其次为CaS（熔点2450℃）和铝酸钙的混合物。
Fe元素主要以金属铁形式存在（图2中5点灰白色基体），有部分FeO和Fe颗粒包裹在CaO-Al2O3和CaS中。
（三）结瘤原因分析。水口堵塞的原因为钢液中的高熔点夹杂物在水口内壁聚集、粘结。
分析CaO-Al2O3二元相图得出，在对钢液进行钙处理喂Ca-Si线时，随着夹杂物中Ca含量的增加，夹杂物逐步发生Al2O3→CaO·6Al2O3→CaO·2Al2O3→CaO·Al2O3→12CaO·7Al2O3→3CaO·Al2O3→CaO的转变。
表1 水口结瘤物能谱分析化学成分
表2 铝酸钙熔点
由表2及分析得出，对低碳铝镇静钢进行钙处理的目标应是保持合适的Ca/Al比例，最好能形成低熔点的12CaO·7Al2O3，以改善钢水可浇性、使夹杂物易于上浮去除，并改变夹杂物形态，把固态氧化铝杂质转变成液态（球状）夹杂物，以避免水口的粘附，正确的钙处理可以使球状铝酸钙在钢液中均匀分布。
由宣钢水口结瘤物电镜检测结果可知：（1）水口结瘤物的主要物相为高熔点的CaO·6Al2O3、CaO·2Al2O3、CaO·Al2O3，由表2可以看出三种铝酸钙的熔点分别为1850℃、1750℃和1605℃，且CaO·6Al2O3和CaO·2Al2O粘度高，极易在水口内壁聚集、粘结造成水口堵塞。（2）钢水加钙后，若钢液中硫含量较高，Al2O3夹杂物的变性过程实质将会转变为[O]和[S]争夺[Ca]的过程，CaS在CaO-Al2O3熔体中的溶解度很小，在实际生产中，若钢液中硫含量较高，喂线时随着钙含量的升高必然导致首先生成大量高熔点的CaS将夹杂物包裹住，阻碍Al2O3夹杂变性为12CaO·7Al2O3。
钢中[Ca]和[S]可以通过反应（1）生成CaS：
[Ca]+[S] = （CaS） （1） lgKCaS=28300/T-10.11 （1）
通过分析得出不同温度下钢液中直接析出CaS所需的溶解钙和硫的含量。w（[S]）为30×10-6时，钢中要直接析出CaS，在1873 K、1723 K时溶解钙分别需达到62×10-6和9×10-6，故CaS更容易在温度降低过程中析出，1873 K时低于30×10-6的硫很难在钢液中直接析出CaS，钢水在流经水口时，由于温度降低可能析出CaS。
对于CaS饱和的12CaO·7Al2O3，w（[S]）越高，生成低熔点12CaO·7Al2O3的w（[Al]）范围越窄，即w（[S]）越高12CaO·7Al2O3越难生成。且随着温度降低，析出CaS所需的[S]含量大幅下降，即温度越低CaS越容易析出现场生产应控制钢液中的[S]含量在[S]-[Al]平衡曲线以下，并防止钢液温度过低，以抑制CaS析出。
三、结论
（1）12CaO·7Al2O3中nCaO/nAl2O3应为1.71，宣钢水口结瘤物中的铝酸钙nCaO/nAl2O3多在0.17～0.5之间，因此宣钢浸入式水口结瘤的主要原因是钙处理喂线不足，造成经钙处理后钢中Al2O3大多转变为高熔点的CaO·6Al2O3、CaO·2Al2O3和
CaO·Al2O3夹杂，其在水口内壁附着沉积造成水口堵塞。现场生产应适量提高吨钢喂钙量，保持Ca/Al>0.14，使钙处理后钢液中的夹杂物转变为低熔点的12CaO·7Al2O3。（2）水口结瘤物中发现有CaS。如果钢液中[S]含量高，会导致在钙处理喂线时析出CaS，阻碍Al2O3夹杂变性为低熔点的12CaO·7Al2O3，并包裹高熔点的CaO·6Al2O3、 CaO·2Al2O等聚集、粘结在水口内壁造成水口堵塞。
参考文献：
[1] 张强，高里存.浸入式水口防堵塞的研究进展[J].江苏陶瓷，2007（40）.
[2] 谢集祥，尹振芝，王庆祥.连铸中间包水口堵塞问题浅析[J].中国冶金，2006（3）.
关键词：含铝钢;水口堵塞;结瘤物;夹杂物
含铝钢在日常生产中经常会出现中间包水口堵塞的问题，一旦水口堵塞，会影响恒拉速拉钢，易造成炼钢工序钢水积压，扰乱了正常的生产节奏使其他的过程工艺参数难以正常的控制控制。造成含铝钢水口堵塞的原因很多，既有可能是由于钢中脱氧产物A12O3夹杂聚集造成水口堵塞，也有可能是钢中细小的CaS夹杂聚集在水口造成堵塞等。下文将具体研究宣钢含铝镇静钢水口堵塞的原因。
一、宣钢含铝钢的生产工艺
宣钢二钢轧厂拥有两座150t顶底复吹转炉，与其相配套的是两座150tLF精炼炉及两台十二机十二流的小方坯连铸机。其工艺流程为：150t顶底复吹转炉—150tLF精炼炉—12机12流小方坯连铸机。宣钢二钢轧厂生产的含铝钢主要有：SWRCH22A、45#、20g、40Cr等铝脱氧及含铝钢种，此类钢种多属于中碳、低硅、含硫、含铝钢种。
二、宣钢含铝钢水口堵塞的成因分析
（一）水口结瘤物分析。为了弄清水口堵塞的具体原因，对水口堵塞浇次进行现场提取水口结瘤物，采用扫描电镜观察其物相结构，如图1—图4所示，从结瘤物上选取四个视场进行分析，并通过能谱分析得出表1所示的物相化学成分。
图1 图2
图3 图4
（二）水口结瘤物的物相分析。对图1-4、表1分析可知，水口结瘤物的主要物相为CaO·6Al2O3、CaO·2Al2O3、CaO·Al2O3（图中灰色基体），其次为CaS（熔点2450℃）和铝酸钙的混合物。
Fe元素主要以金属铁形式存在（图2中5点灰白色基体），有部分FeO和Fe颗粒包裹在CaO-Al2O3和CaS中。
（三）结瘤原因分析。水口堵塞的原因为钢液中的高熔点夹杂物在水口内壁聚集、粘结。
分析CaO-Al2O3二元相图得出，在对钢液进行钙处理喂Ca-Si线时，随着夹杂物中Ca含量的增加，夹杂物逐步发生Al2O3→CaO·6Al2O3→CaO·2Al2O3→CaO·Al2O3→12CaO·7Al2O3→3CaO·Al2O3→CaO的转变。
表1 水口结瘤物能谱分析化学成分
表2 铝酸钙熔点
由表2及分析得出，对低碳铝镇静钢进行钙处理的目标应是保持合适的Ca/Al比例，最好能形成低熔点的12CaO·7Al2O3，以改善钢水可浇性、使夹杂物易于上浮去除，并改变夹杂物形态，把固态氧化铝杂质转变成液态（球状）夹杂物，以避免水口的粘附，正确的钙处理可以使球状铝酸钙在钢液中均匀分布。
由宣钢水口结瘤物电镜检测结果可知：（1）水口结瘤物的主要物相为高熔点的CaO·6Al2O3、CaO·2Al2O3、CaO·Al2O3，由表2可以看出三种铝酸钙的熔点分别为1850℃、1750℃和1605℃，且CaO·6Al2O3和CaO·2Al2O粘度高，极易在水口内壁聚集、粘结造成水口堵塞。（2）钢水加钙后，若钢液中硫含量较高，Al2O3夹杂物的变性过程实质将会转变为[O]和[S]争夺[Ca]的过程，CaS在CaO-Al2O3熔体中的溶解度很小，在实际生产中，若钢液中硫含量较高，喂线时随着钙含量的升高必然导致首先生成大量高熔点的CaS将夹杂物包裹住，阻碍Al2O3夹杂变性为12CaO·7Al2O3。
钢中[Ca]和[S]可以通过反应（1）生成CaS：
[Ca]+[S] = （CaS） （1） lgKCaS=28300/T-10.11 （1）
通过分析得出不同温度下钢液中直接析出CaS所需的溶解钙和硫的含量。w（[S]）为30×10-6时，钢中要直接析出CaS，在1873 K、1723 K时溶解钙分别需达到62×10-6和9×10-6，故CaS更容易在温度降低过程中析出，1873 K时低于30×10-6的硫很难在钢液中直接析出CaS，钢水在流经水口时，由于温度降低可能析出CaS。
对于CaS饱和的12CaO·7Al2O3，w（[S]）越高，生成低熔点12CaO·7Al2O3的w（[Al]）范围越窄，即w（[S]）越高12CaO·7Al2O3越难生成。且随着温度降低，析出CaS所需的[S]含量大幅下降，即温度越低CaS越容易析出现场生产应控制钢液中的[S]含量在[S]-[Al]平衡曲线以下，并防止钢液温度过低，以抑制CaS析出。
三、结论
（1）12CaO·7Al2O3中nCaO/nAl2O3应为1.71，宣钢水口结瘤物中的铝酸钙nCaO/nAl2O3多在0.17～0.5之间，因此宣钢浸入式水口结瘤的主要原因是钙处理喂线不足，造成经钙处理后钢中Al2O3大多转变为高熔点的CaO·6Al2O3、CaO·2Al2O3和
CaO·Al2O3夹杂，其在水口内壁附着沉积造成水口堵塞。现场生产应适量提高吨钢喂钙量，保持Ca/Al>0.14，使钙处理后钢液中的夹杂物转变为低熔点的12CaO·7Al2O3。（2）水口结瘤物中发现有CaS。如果钢液中[S]含量高，会导致在钙处理喂线时析出CaS，阻碍Al2O3夹杂变性为低熔点的12CaO·7Al2O3，并包裹高熔点的CaO·6Al2O3、 CaO·2Al2O等聚集、粘结在水口内壁造成水口堵塞。
参考文献：
[1] 张强，高里存.浸入式水口防堵塞的研究进展[J].江苏陶瓷，2007（40）.
[2] 谢集祥，尹振芝，王庆祥.连铸中间包水口堵塞问题浅析[J].中国冶金，2006（3）.