摘要：针对马钢LD+LF+CSP流程生产低碳钢的生产过程，对转炉出钢后至连铸期间钢水的增碳现象进行计算和分析，找出增碳的主要原因，并提出改进的建议。

关键词：转炉出钢；钢包精炼；增碳

    马鞍山钢铁股份有限公司开发的为CSP配套的冷轧系统技术规程对低碳钢种的成品碳含量提出了严格的要求(如SPHC钢种碳的质量分数≤0．05％)，因为碳含量增高将增加热轧卷板的强度，使冷加工的难度增大。

    控制CSP流程生产钢水的碳含量是一项重要的技术攻关内容。采用复吹转炉技术之后，转炉终点钢水碳的质量分数平均达到了0．035％，但出钢后的过程增碳现象很严重。从转炉终点至成品的钢水增碳量分布情况看(样本152炉)，增碳(质量分数)在0．01 %～0．02％的炉次占了44．7％，而增碳大于0．02％的炉次高达33．6％。在对成品碳含量统计后，得出ω(C)≥0．05％的比例达到了75％。

    生产过程中，引起钢液增碳的主要原因有加入的合金辅料增碳、电极增碳、钢包炉衬增碳和结晶器保护渣增碳等。

1转炉出钢增碳

    转炉出钢过程中钢水增碳比较突出。出钢过程中加人大包的辅料及合金料主要包括：钢芯铝、低碳锰铁、石灰、合成渣、调渣剂等。

    转炉出钢过程中随着钢流先加入低碳锰铁和钢芯铝，加入量分别为100 kg和600 kg，目的是为了脱氧和调整钢液成分。根据取样化验的结果，低碳锰铁的ω(C)=0．1％～0．2 %，钢芯铝的ω(C)=0．1％。按出钢量125 t计算，它们可使钢液增碳(质量分数)约为(1～5)×10^-6。

    随后加入CSP专用复合渣和石灰，以利于LF造渣。由于复合渣含碳量(质量分数)较高(约1．255％)，且以固定碳为主，再加上出钢时与钢流的掺混效果很好，将很容易造成钢水增碳。按加入量600 kg计算，假定其中有50％～100％碳(质量分数)进入钢中，即可使钢液增碳(质量分数)为0．003％～0．006％。石灰中的含碳量不稳定，一般不会对钢液有大的影响。如含碳量偏高，有可能引起增碳。

2 LF精炼增碳

    LF精炼过程的增碳原因有以下几个方面：精炼期加入的各种原辅料(钢芯铝、低碳锰铁、钙铁线、石灰和精炼渣等)增碳；包衬渣线部位侵蚀增碳以及电极增碳等。由于钙铁线、低碳锰铁和钢芯铝的加入量和含碳量均不高，增碳量(质量分数)很低约为(1～5)×10^-6。石灰和精炼渣直接加入渣中，与钢水接触机会比较小，增碳的可能性不大。因此，LF精炼过程钢水增碳原因可归纳为大包渣线部位长时间被钢水浸泡造成的增碳和电极增碳。

    钢包渣线部位的材料是镁碳砖，现场实测ω(C)=15％；内衬其它部位耐材是Al₂O₃—MgO质浇注料，含碳量很低。镁碳砖的热震稳定性和抗渣性较好，但却带来了钢水增碳问题。精炼时，钢包内衬在使用中不断受到钢液和熔渣侵蚀以及机械冲刷作用，而渣线部位的镁碳砖易被钢水浸泡，造成钢水增碳。根据生产统计结果，一般使用40炉左右时，渣线部位的耐材既由原始厚度200mm减至50 mm，此时必须更换渣线砖。为对增碳量的范围作出估算，计算最大值时假设被钢水熔蚀的渣线部位镁碳砖中的碳全部进入钢液，再根据钢包渣线工作层的几何尺寸估算出每炉被钢水熔蚀耐材的体积，可得出内衬造成的增碳量(质量分数)范围约0～0．009％。

    电极增碳是钢水增碳的重要原因。在钢水精炼阶段，底吹氩的搅拌作用很容易使钢水液面频繁波动，有可能造成电极被浸泡在钢水中，导致钢水增碳。图1给出25个班次183炉的统计数据。从图中可看出，随着耗电量增加，增碳量明显增加。

3连铸增碳

    中间包覆盖剂有一定的含碳量，由于直接与钢水接触的熔融层含碳量不大，一般情况下对钢水造成增碳的可能性不大。但是如遇到液面波动大、熔融层过薄等情况，会使钢液增碳。

    结晶器保护渣是低碳钢增碳的主要原因。由于保护渣中的碳可调节熔化速度，故碳是不可缺少的，一般保护渣的ω(C)=5％～20％。在保护渣中，溶解碳通过扩散向钢水中传质，增碳量(质量分数)一般为0．000 7%。保护渣配碳的种类及数量选择不合适造成熔渣层偏薄或结晶器液面波动过大时，均易导致富碳层与钢水直接接触，从而导致钢水增碳。

    耐火材料与钢水作用，钢包引流砂卷入钢水等也将造成钢水的增碳，例如中包的涂料工作层选用不当，会导致增碳(质量分数)0．001％以上。

    滑动水口(材质)和中包塞棒的含碳量很高，但它们在高温下耐冲刷，耐侵蚀，只有少量进入钢水，因此增碳量较低。

4讨论与措施

    为验证对增碳所作的分析，将152炉生产数据按照转炉出钢至连铸的不同工位进行整理。所有炉次的生产数据均一一对应，以保证结果的可信度。统计了不同工位的增碳量后，得出增碳主要集中在转炉出钢和精炼这两段时间，ω(C)分别是0．005 3％和0．009 6 %，而连铸工位的增碳量(质量分数)仅为0．002 0％，因此出钢和精炼是精炼钢水时需控制增碳的关键点。

    据统计结果，转炉出钢期大约要增加ω(C)为0．005 3％，这部分碳主要是由合成渣带人钢液的。合成渣对增碳量的贡献大小决定于工人加入的时间，如加入过早，按50%碳进入钢液计算会增加ω(C)为0．003 %，因此应在考虑精炼脱硫负荷的前提下，优化加入合成渣的时间。

    统计得出精炼期大约增加ω(C)为0．009 6％，这部分碳主要是由电极和被侵蚀的炉衬带人钢液中。为减小电极引起的增碳，保证钢包内一定的渣层厚度，提高精炼过程中温度和成分的控制水平，并保证连铸顺行以实现稳定的生产是必然途径。炉衬增加ω(C)的范围在0～0．009％内，由于镁碳砖抗侵蚀能力优于其它耐火砖，但碳含量较高，因此应综合考虑包括成本等在内的各个因素来选择最合适的渣线材料。

    中间包覆盖剂和结晶器保护渣是造成连铸增碳的主要原因。对于中包覆盖剂和结晶器保护渣，均应在满足基本性能要求的基础上控制碳质材料的配入量。操作时要注意严格保护渣添加制度，使保护渣均匀覆盖钢液面，以保证液渣厚度稳定；同时要注意解决中间包和结晶器液面波动大的问题。其它如耐火材料和水口等增碳量虽不大，但综合作用不可忽视，因此与钢水接触的各种材料含碳量均应尽量减小。

5结  论

    控制钢液增碳需注意以下几点：

    (1)结合LF脱硫负荷适当优化加入合成渣的时机；

    (2)电极是钢液增碳的重要来源，保证稳定生产并制定合理的电极加热制度是必须的；

    (3)包衬增碳量很大，满足合理生产成本的前提下选择合适的包衬材料有利减少增碳；

    (4)严格控制保护渣、中包覆盖剂等相关材料的含碳配比，并努力减小液面波动。