1、含铝钢水口堵塞的成因分析摘 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
2、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
3、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
4、逐步发生Al2O3CaO?6Al2O3CaO?2Al2O3CaO?Al2O312CaO?7Al2O33CaO?Al2O3CaO 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?2Al
5、2O3、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） l
6、gKCaS=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 3010-6 时，钢中要直接析出 CaS，在 1873 K、1723 K 时溶解钙分别需达到 6210-6 和 910-6，故 CaS 更容易在温度降低过程中析出，1873 K 时低于 3010-6 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
7、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 0.170.5 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/Al0.14，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）.
