[摘" " 要]鋼包吹氬攪拌技術(shù)對于去除鋼中非金屬夾雜物和有害氣體具有良好效果，對均勻鋼液的化學(xué)成分和溫度也有一定的作用。為提高鑄件質(zhì)量，針對E20材料初步制定了符合江蘇萬恒鑄業(yè)有限公司現(xiàn)有情況的吹氬工藝。

[關(guān)鍵詞]E20;鋼包吹氬;非金屬夾雜物;有害氣體

[中圖分類號]TG142.1 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

1 概述

鋼包吹氬攪拌工藝是一種較為有效的爐外精煉方法，通過透氣塞向鋼包內(nèi)的鋼液中吹入惰性氣體氬氣，以達(dá)到凈化鋼液的目的。吹氬使鋼水?dāng)噭硬⑿纬尚《稚⒌臍鍤馀?。這些氣泡對于鋼液中的H2、O2、N2來說，相當(dāng)于一個真空室。當(dāng)氬氣泡穿過鋼液與上述氣體接觸時，這些氣體會自動擴(kuò)散至氬氣泡內(nèi)，并隨之一同上升而溢出鋼液，進(jìn)而達(dá)到脫氣的目的。同理，氬氣泡上浮引起鋼液的攪動，促進(jìn)鋼液中細(xì)小而分散的非金屬夾雜物與氬氣泡接觸、聚集，形成低熔點大顆粒夾雜物并吸附于氣泡表面上浮排出，從而提高了夾雜物上浮的速度，達(dá)到凈化鋼液的目的。

2 吹氬方式的選用

鋼包頂吹氬工藝吹成率高，使用操作簡單、安全可靠，但頂吹氬操作時吹氬槍易產(chǎn)生擺動和偏斜，且插入深度也很難達(dá)到工藝要求，在吹氬時會產(chǎn)生較大的氣泡柱，使鋼液液面翻滾強(qiáng)烈，極易卷氣卷渣，產(chǎn)生二次氧化及吸氮而污染鋼水。底吹氬工藝只要控制好吹氣壓力，即可有效避免以上缺點。為此，江蘇萬恒鑄業(yè)有限公司采用底吹氬方式。

3 鋼包的技術(shù)要求

一個最優(yōu)的吹氣口位置有利于增強(qiáng)氬氣對鋼液攪拌的均勻化效果，更有利于氬氣泡帶走鋼液中的有害氣體及夾雜物。在吹氬過程中，鋼液沖刷鋼包內(nèi)壁是不可避免的。為了減少鋼液和鋼包耐火材料的物理及化學(xué)反應(yīng)，避免新增反應(yīng)物卷入鋼液，鋼包的修筑及耐火材料的選用至關(guān)重要。

3.1 透氣塞位置的確定

鋼包中的液流態(tài)主要取決于氣體的噴吹位置，而供氣量對流態(tài)無本質(zhì)性的影響。其中，透氣塞的位置對攪拌效果影響最大，供氣量次之，透氣塞的面積影響更小。雙透氣塞的兩氣泡柱相鄰流股的運動會受到對方的干擾和抵消而損失一部分能量。因此，雙透氣塞的攪拌效果將比單透氣塞的攪拌效果差。單透氣塞的吹氬位置對混勻時間的影響較大，中心吹氬一般比偏心吹氬混勻時間長20%～30%，試驗認(rèn)為，吹氬位置位于鋼包半徑的0.5～0.62R較合適。

結(jié)合江蘇萬恒鑄業(yè)有限公司鋼包情況，選用單透氣塞，透氣塞所在的位置為0.5R，安放位置如圖1所示。

3.2 鋼包修筑技術(shù)要求

透氣塞采用鉻剛玉質(zhì)或高鋁質(zhì)，透氣塞側(cè)面涂Al2O3耐火泥。當(dāng)透氣塞燒損一半左右后要同時更換透氣座磚和塞頭磚。鋼包的砌筑、烘烤要求，根據(jù)江蘇萬恒鑄業(yè)有限公司《鋼包修筑工藝規(guī)程》規(guī)定操作。

3.3 鋼包耐火材料的選用

研究發(fā)現(xiàn)，在吹氬過程中鋼包耐火材料的性質(zhì)對鋼中夾雜物含量影響較大。對鎂質(zhì)鋼包吹氬后，可減少試樣坯中的非金屬夾雜物數(shù)量，與不吹氬相比，夾雜物數(shù)量可減少41%。而對硅酸鋁質(zhì)鋼包吹氬后，試樣坯中非金屬夾雜物數(shù)量反而升高。采用硅酸鋁質(zhì)耐火材料的鋼包，吹氬后非金屬夾雜物增多的原因是鋼液中的脫氧產(chǎn)物SiO2、MnO上浮速度較快，到達(dá)鋼-渣界面后，由于與鋼液潤濕，不能很好地進(jìn)入渣相。而鋼液內(nèi)部的Si、Mn活度增加，加劇了Mn與鋼包耐火材料中SiO2的反應(yīng)。其反應(yīng)方程式如下。

" 2Mn+SiO2=2（MnO）+Si （1）

SiO2+MnO=MnO·SiO2 （2）

MnO·SiO2的熔點僅為1250℃，降低了硅酸鋁質(zhì)耐火材料表面的玻璃相黏度，化學(xué)侵蝕嚴(yán)重，其反應(yīng)產(chǎn)物不斷進(jìn)入鋼液。尤其是鋼包吹氬引起鋼液的流動，加劇了鋼液對耐火材料的沖刷作用，使耐火材料顆粒大量進(jìn)入鋼液，從而增加了鋼中的非金屬夾雜物數(shù)量。

因此，結(jié)合質(zhì)量和成本的綜合考慮，生產(chǎn)一般的普通碳鋼可用酸性耐火材料（不建議結(jié)合吹氬工藝）;生產(chǎn)合金鋼、不銹鋼時最好采用中性甚至堿性的耐火材料（可并用吹氬工藝）。江蘇萬恒鑄業(yè)有限公司的E20材料屬于合金鋼，化學(xué)成分見表1，因此選用中性耐火材料。

4 吹氬的技術(shù)要求

4.1 氬氣技術(shù)指標(biāo)

氬氣純度>99.99%，H2O<15×10-6，H2<5×10-6，O2<10×10-6。

4.2 吹氬的工藝過程

4.2.1 出鋼

由于多了吹氬工藝環(huán)節(jié)，吹氬過程中將降低鋼水溫度，因此出鋼溫度應(yīng)適當(dāng)提高，控制在1645～1665℃。出鋼時鋼渣混出，出鋼結(jié)束后測量溫度，加集渣劑和稻草灰覆蓋。

4.2.2 吹氬

吹氬前先將管道內(nèi)的空氣用氬氣排空，排空后必須關(guān)閉氬氣瓶上的主閥門，但與鋼包透氣轉(zhuǎn)接口處的閥門不能關(guān)閉，必須在打開狀態(tài)下與鋼包連接，如圖2所示。吹氬時間為2～3min（以壓力表達(dá)到0.1MPa開始計時）。以出鋼6t為例，根據(jù)各環(huán)節(jié)的溫降經(jīng)驗（鋼包烘烤溫度≥800℃），出鋼溫降20～30℃，吹氬溫降20℃左右，鎮(zhèn)靜溫降大約5℃/min。因此，包內(nèi)溫度在1590～1610℃時，吹氬2～2.5min，包內(nèi)溫度大于1610℃時，吹氬3min。

當(dāng)一切準(zhǔn)備就緒后接通氬氣源，壓力和流量由小調(diào)大，最后控制在0.1～0.2MPa、100L/min（6t鋼包）。調(diào)氬時要緩慢，防止鋼水的激烈翻騰，目視鋼液呈微漾為宜。吹氬結(jié)束后測量溫度，吹氬結(jié)束，鎮(zhèn)靜2～3min后開始澆注。

5 吹氬前后試樣坯中氣體及非金屬夾雜物含量對比

5.1 實驗分組

根據(jù)本文的吹氬工藝，做了一組對照實驗，鋼水出鋼完畢后取試樣坯并標(biāo)記“前”（吹氬前盡快取樣），吹氬完畢后取試樣坯并標(biāo)記“后”（澆注前盡快取樣），如圖3所示。

為驗證吹氬前后的效果，分別做試樣坯中O、N、P、S化學(xué)成分（由于其他原因，未對H做分析）和非金屬夾雜物的分析，見表2和表3。

5.2 結(jié)果

（1）由表2可以得出，吹氬后，試樣坯中的相關(guān)化學(xué)成分含量均比吹氬前的含量低。

（2）由表3可以得出，吹氬后，試樣坯中的非金屬夾雜物等級均小于或等于吹氬前。

以上兩點結(jié)果表明，鋼包底吹氬工藝能有效減少合金鋼E20中的有害氣體及非金屬夾雜物。

6 結(jié)論

（1）采用底吹氬工藝，其冶金效果好，氬氣利用率高。

（2）采用鋼包吹氬工藝時，若不考慮鋼包吹氬對均勻鋼液成分和溫度的作用，就降低鋼中非金屬夾雜物含量而言，鋼包內(nèi)襯應(yīng)避免使用酸性耐火材料。綜合考慮，采用中性耐火材料為宜。

（3）當(dāng)吹氬量偏低時，相應(yīng)限制了氬氣的精煉作用，大部分只起到了攪拌作用，從而使氬氣的脫氧、去氣、去夾渣和保護(hù)鋼水的作用得不到充分發(fā)揮;當(dāng)氬氣壓力大時，攪拌力也大，氣泡上升速度快，氬氣流涉及到的范圍趨于減少，甚至出現(xiàn)破裂，致使氬氣泡與鋼液的接觸面積減少，精煉效果反而降低。

（4）鋼包吹氬時，鋼液中夾雜物的去除量是由夾雜物與氬氣泡的有效碰撞來決定的。從鋼液中去除夾雜物的數(shù)量取決于吹入鋼液的氬氣泡數(shù)量和氣泡尺寸，即量多而小的氬氣泡是最理想的，壓力適當(dāng)且流量要大。理想狀況是氬氣流遍布整個鋼包，增大與鋼水的接觸面積，延長氬氣泡上升的流程和時間。因此，為提高氬氣的精煉效果，在保持一定氬氣壓力的同時，還需保持相應(yīng)的氬氣流量。

參考文獻(xiàn)

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[3] 中國冶金百科全書總委員會. 中國冶金百科全書：煉焦化工[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，1992.

作者簡介

王強(qiáng)（1992—），男，四川合江人，本科，工程師，主要從事閥門鑄鋼件技術(shù)研究工作。