目前，生产低碳铝镇静钢的工艺主要有以下几种：1)转炉→RH→连铸[1];2)转炉→CAS(ANS)→连铸;3)转炉→LF(钙处理)→中间包→连铸(CSP，FTSC)[2]。而国内某钢厂生产低碳铝镇静钢的工艺为：铁水预处理(脱硫) →120 t顶底复吹转炉→RH→LF(钙处理)→连铸，精炼过程采用RH→LF(钙处理)的目的是首先考虑到在LF精炼过程中增碳增硅，RH能够有效地脱气脱碳，去除Al203夹杂;其次为了防止Al203堵塞水口，影响钢液的可浇性，从而使工序顺行[3]。为了提高生产效率，节约成本，增强产品的市场竞争性，在保证钢的洁净度及质量的前提下，故简化生产工艺，采用铁水预处理(脱硫)→120 t顶底复吹转炉→RH(钙处理) →连铸进行生产低碳铝镇静钢SPHC洁净钢的工业试验。
本文对比原有工艺铁水预处理和简化后的工艺，通过现场取样及实验室分析检测，对其生产全过程钢的洁净度进行分析评价，为工厂后期进行大规模生产提供参考依据。
1 试验方法
1.1 生产工艺路线
某钢厂生产SPHC钢的工艺流程为：铁水预脱硫→120 t顶底复吹转炉→RH精炼→LF精炼(钙处理) →板坯连铸，其中RH平均处理时间为32 min，LF平均处理周期42 min，软吹12 min，升温速度4℃/min，板坯连铸机的浇铸断面为160 mm×1 230 mm;选取一个浇次的两炉(炉号为3-6256和3-6258)，这2炉的工艺流程为铁水预处理(脱硫) →120 t顶底复吹转炉→RH→LF(钙处理) →连铸(以下简称RH→LF→CC工艺)，另外一炉(炉号为2-6256)工艺流程为铁水预处理(脱硫) →120 t顶底复吹转炉→RH(钙处理) →连铸(以下简称RH→CC工艺)。
1.2 全过程系统取样和试样综合分析
分别在RH精炼后、LF精炼后、中间包和铸坯上进行系统取样，包括渣样、气体样和金相样。利用线切割将气体样加工成①5 mm×50 mm圆柱样，采用远红外脉冲法分析T.0和N含量;金相样加工成10 mm×10 mm×10 mm块样，粗磨、细磨和抛光后，采用光学显微镜，扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对金相样中的非金属显微夹杂物进行形貌和组成分析;金相样和渣样的化学成分采用常规的化学分析方法，对铸坯大型夹杂物采用大样电解分析;采用光学显微镜对金相样进行夹杂物的数量和尺寸分布进行统计。表1为SPHC钢化学成分要求，试验各炉次中间包钢水的主要化学成分如表2所示。
2 试验结果讨论
2.1 钢中T-O和N含量的变化
两种工艺各工序T.O含量和N含量的变化如图1和图2所示
从图1～图2可知，对于RH→LF→CC工艺，从RH精炼后到LF精炼后，钢中ω(T.0)有较大幅度的降低(22×10-6)，而ω(N)增加14×10-6，表明LF精炼的脱氧效果很明显，但增氮比较严重，根据钢水吸氮机理分析，当钢液中ω(N)较低时((30～70)×10-6)，无论大气分压多高，大气中的氮都不能穿过渣层而进入钢液[4]，据此推断LF精炼过程中大幅度增氮主要因为吹氩流量和压强过大，钢液大面积裸露造成的;从LF精炼后到中间包过程中，ω(T.O)增加较多(19×10-6)，而ω(N)几乎没有增加，原因在于在中间包浇铸过程中，由于中间包覆盖剂的碱度较低，钢液中的A1s与渣中的Si02反应，钢中的Al203含量增加，导致钢液的二次氧化，故ω(T.O)增加较多而ω(N)几乎没有增加;中间包一铸坯浇铸过程中钢水中ω(N)有小幅度的增加，为2×10-6，铸坯中ω(T.0)和ω(N)分别为20×10-6和25×10-6，达到了很高的洁净度水平，而对于RH→CC工艺，从RH精炼后到浇铸过程中，ω(T.O)有较大幅度的较少(12×10-6)，而ω(N)增加了4×10-6，有可能存在空气引起的二次氧化，由于采用RH直上，没有经过LF精炼，相比RH→LF→CC工艺，铸坯中ω(N)较低，为17×10-6，而ω(T.O)较高，为23×10-6。对比两种工艺，都能满足SPHC钢对T.0和N含量的要求。
2.2 钢中夹杂物分析
2.2.1显微夹杂物分析
1)精炼后钢中夹杂物的成分如表3。转炉出钢过程采用中碳锰铁进行不完全脱氧合金化，出完钢后进行顶渣改质(改质剂成分如表4)，向钢包中加入合成渣和铝质脱氧剂。RH精炼过程中采用轻处理模式。LF精炼过程中采用碳化钙和铝粒调渣，保证出钢精炼渣(见表5)为高还原碱性渣，精炼软吹前喂钙铁线进行钙化处理。
对于RH→LF→CC工艺，LF精炼后钢中的典型显微夹杂物以球状为主，尺寸基本在5μm以下，主要为外层包有CaS的CaO- Al203球形复合夹杂，其典型形貌如图3a所示，由于在精炼软吹前喂钙铁线进行钙化处理，绝大部分的Al203夹杂都得到了不同程度的变性，转变成各种钙铝酸盐，但夹杂物中绝大部分夹杂物的ω(CaO)/ω(Al203)都比较低，在0.16～0.57，低于Al203复完全变性为低熔点钙铝酸盐12Cao·7Al203时ω(CaO)/ω(Al203)的值。而对于RH→CC工艺，在RH精炼出站后未进行钙处理，主要夹杂为块状Al203，尺寸在5μm以下，可能是铝脱氧时形成并未能及时排出。其典型形貌如图3b所示。
2)中间包钢水中典型显微夹杂物的成分如表6。对于RH→LF→CC工艺，中间包钢中的显微夹杂物以球形为主，尺寸在5μm以下，其典型形貌如图4a，主要为外层包有CaS的球形CaO- Al203复合夹杂物，含有很少量的MgO和SiO2，相比于LF精炼后，夹杂物中ω(CaO)/ω(Al203)较高，可能由夹杂物上浮过程中聚集碰撞长大所致。而对于RH→CC工艺，主要为单颗粒Al203夹杂，其典型形貌如图4b，尺寸在3μm以下，可能由于铝脱氧形成的脱氧产物不能及时上浮而留在钢液中。
3)铸坯中显微夹杂物的成分见表7。对于RH→LF→CC工艺，铸坯钢中的显微夹杂物大致可分为4类：(1)外层包有CaS的球形CaO-Al203复合夹杂，含有少量的MgO和Si02(见图5a);(2)以Al203为核心的块状MnS/CaS复合夹杂(见图5b)，可能为钢液的二次氧化产物，凝固过程中MnS/CaS以Al203为核心析出;(3)含有较多MnS/CaS的块状MgO-Al203复合夹杂(见图5c)，尺寸在2μm以下，来源于钢液与炉衬相互作用的产物，而对于RH→CC工艺，铸坯中显微夹杂物主要为球形CaO-Al203复合夹杂(见图5d)，且m(CaO)/m(Al203)高，尺寸大于5μm，一方面，钢中的Als先与顶渣中的CaO反应，还原出Ca，Ca又和顶渣中的Al203，作用生成CaO-Al203复合夹杂，反应过程见公式(1～2)。
[Als]+(CaO)=(Al203)+[Ca] (1)
12[Ca]+12[O]+7(Al203)=(12CaO·7Al203) (2)
另一方面，由于中间包包衬为镁钙质，钢中Al203与包衬相互作用。
4)铸坯中显微夹杂物的数量及尺寸分布如图6所示。
从图6可看出，金相分析结果表明，两种工艺铸坯中98%的夹杂物尺寸都小于10μm，其中采用RH→LF→CC生产的铸坯中78%的夹杂物尺寸分布在2～5μm，为5.64个/mm2，而采用RH→CC工艺生产的铸坯中80%的夹杂物尺寸集中分布在5～10μm，为7.62个/mm2。
2.2.2铸坯中大型夹杂物分析
利用大样电解，对两种工艺铸坯中的大于50μm的大型夹杂物进行分级分析，并采用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对夹杂物成分迸行分析。铸坯中不同粒径大样电解夹杂物的重量统计结果见表8。
由表8可知，对于RH→LF→CC工艺，铸坯中大型夹杂物含量为5.88 mg，而对于RH→CC工艺为4.76 mg，对于SPHC钢种来说，其中夹杂物的总量较低。
经SEM分析，对于RH→LF→CC工艺，铸坯大型夹杂物主要为硅铝酸盐夹杂，钙铝酸盐夹杂，含有少量的Mg和S，所测20个夹杂物中，30%都含Na，K元素，而对于RH→CC工艺，铸坯中夹杂物主要为硅铝酸盐，含有少量的Ca和Mg。所测10个夹杂物中，60%都含Na，K元素，表明连铸过程中结晶器发生了卷渣现象。从铸坯中大型夹杂物的成分分析可知，铸坯中大型夹杂物主要来源于结晶器保护渣，其次是钢包渣，然后是耐火材料。这说明在浇铸过程中，采取措施减少稳定浇铸时期的下渣，卷渣，是提高连铸坯的沽净度的关键。
2.3 生产应用
本试验从2008年6月开始，至2008年9月结束。自2008年10月以后，开始应用在批量的工业生产上，取得了较好的效果，SPHC钢的洁净度与实验过程中的一致，生产周期缩短，生产成本有一定幅度的降低，较大的提高了生产效率。
3 结论
1)采用铁水预处理(脱硫) →120 t顶底复吹转炉→RH(钙处理) →连铸优化后的工艺生产的低碳铝镇静钢SPHC中间包钢水的主要化学成分完全满足钢种要求，铸坯中的T.0和N质量分数分别为23×10-6和17×10-6;铸坯中显微夹杂物的数量分别为7.62个/mm2，98%的显微夹杂物的尺寸在10 μm以下;大型夹杂物总量为4.76mg/10kg，80%以上分布在100～180μm。
2)采用优化后的精炼工艺生产的铸坯中显微夹杂主要为CaO-Al203球形夹杂物，大型夹杂物主要为Si02一CaO-Al203球形夹杂物，其中60%含有Na，K元素，可能来源于结晶器卷渣。
3)采用优化后的精炼工艺生产的铸坯的洁净度基本达到了与铁水预处理(脱硫) →120 t顶底复吹转炉→RH→LF(钙处理) →连铸同样的水平，进一步优化RH精炼工艺可保证SPHC铸坯具有很高的洁净度。
4)采用优化后的生产工艺缩短了生产周期，降低了生产成本，提高了生产效率。
[参 考 文 献]
[1]赵启云。王哑东，李锡福，等.RH处理低碳铝镇静钢的脱氧工艺优化[J].炼钢，2(X)I，17(6);11—13.
[2]汤天宁，栾秋生，文永才，等.低碳铝镇静钢铝锰铁脱氧合金化试验[J].钢铁钒钛，2(XX)，21(4)：44—49.
[3]亓伟伟，霍孝新，杨旭，等.莱钢低碳铝镇静钢SPHC的开发[J].莱钢科技.2(X17(I)：45—46.
[4]彭其春，李源源，杨成威，等.CSP生产Q235B和SPHC钢洁净度的研究[J].炼钢，2007，23(3)：45—46.
