超低碳钢钢水增碳的分析李慈颖 彭明耀 王仕华 甘绍君（涟源钢铁集团有限公司，湖南 娄底 417009）摘要：超低碳钢连铸坯的含碳量(质量分数，下同)要求控制在0.005%，关键在于精炼脱碳时将碳降到0.003%以下，然后在脱氧合金化、调温浇铸成坯的过程中，在各个环节采取低碳和超低碳材料及工艺手段防止钢水增碳。 关键词：超低碳钢；碳的控制；增碳Analysis of Carburization of Ultra-Low-Carbon SteelLI Ci-ying, PENG Ming-yao, WANG Shi-hua, GAN Shao-jun(Lianyuan Iron and Steel Group Co.Ltd.Loudi Hunan 417009)Abstract: The carbon content of continuous casting slab of ultra-low-carbon steel is normally required to be controlled within the limit of 0.005%. To fulfil the purpose the key point is assumed to cut the carboncontent to 0.003% down below in the refined carburization phase, and then deoxidize and alloy. In the process of temperature adjustment and casting the low carbon and extra low carbon materials and closely related technologies have to be used in each and everyoperating step in order to prevent the steel from carbonization.Keywords: ultra-low-carbon steel, carbon control, carburization1 前言超低碳钢是指含碳量在0.005%以下供冷轧用钢，该钢种生产的技术难点之一就是含碳量的控制。它的生产工艺复杂，制造技术严格，国外的生产技术都以专利形式加以保护，视为企业的生命。超低碳钢板的制造技术和产品质量是衡量一个国家特殊钢生产和科技发展水平的重要标志之一。碳对超低碳钢的性能影响很大。因此碳在超低碳钢中为有害元素，超低碳钢中成品碳含量应尽可能低。在开发超低碳钢冶炼工艺技术时，为了获得碳含量小于0.003%，甚至更低的超低碳钢，关键是脱碳的水平及精炼后至连铸浇注成坯的过程中防止钢水增碳1, 2。2 钢中碳含量分布状况本次共统计了173炉超低碳钢。某厂从精炼脱碳终点至热轧卷样碳含量的分布情况，见表1和图1。图1 精炼脱碳终点至热轧卷样碳含量的最小、最大和平均值分布情况表1 精炼脱碳终点至热轧卷样碳含量的变化情况碳含量，%炉数所占比例，%精炼脱碳终点精炼出站连铸中包热轧卷样0.0010.610.0028.485.200.00338.1821.392.314.550.00423.0337.5818.504.550.00515.1528.3231.7918.180.0064.854.6219.6518.180.0073.642.3112.1436.360.0082.420.586.3613.630.0091.826.364.550.0101.822.89统计结果表明，精炼出站至连铸中包，钢水中碳含量增加。精炼脱碳终点和精炼出站碳含量均主要分布在0.003%0.005%，所占比例分别为76.36%和87.29%；碳含量0.005%的比例分别为85.45%和92.49%；碳含量大于0.005%的比例分别为14.55%和7.51%。连铸中包和热轧卷样碳含量主要分别在0.004%0.007%和0.005%0.007%，所占比例分别为82.08%和72.72%；碳含量0.005%的比例分别为52.6%和27.28%；碳含量大于0.005%的比例分别达到了47.4%和72.72%。3 分析与讨论 精炼脱碳终点至精炼出站，最大增碳量为0.004%，未增碳的炉次为56.36%，增碳量在0.001%0.002%的炉次占了42.42%，增碳量大于0.002%的炉次为1.22%。 精炼出站至连铸中包的平均增碳量为0.002%，最大增碳量为0.007%，未增碳的炉次为19.08%，增碳量在0.001%0.002%的炉次占了58.96%，而增碳量大于0.002%的炉次达到了21.96%。 连铸中包至热轧卷样，最大增碳量为0.003%，未增碳的炉次达到了68.18%，增碳量在0.001%0.002%的炉次占了22.73%，增碳量为0.003%的炉次为9.09%。生产过程中，引起钢液增碳的主要原因有钢包包衬侵蚀增碳、加入的合金辅料增碳、操作不当引起的增碳和连铸浇铸辅料(中包覆盖剂、结晶器保护渣等)增碳等。3.1 包衬侵蚀增碳在173炉超低碳钢中，有33炉钢使用了包壁为无碳砖的钢包，其余钢包包壁均为铝镁碳砖。图2列出了从精炼出站至连铸中包，使用无碳钢包与铝镁碳砖钢包钢水的增碳情况。图2 使用无碳钢包与铝镁碳砖钢包钢水增碳情况从精炼出站至连铸中包钢水增碳的分布情况看，使用无碳钢包与铝镁碳砖钢包钢水增碳有较大差异，使用无碳钢包的炉次平均增碳量为0.001%，增碳量为0.001%的炉次占了26.67%，增碳量大于0.001%的炉次为33.33%；使用镁碳砖钢包的炉次的平均增碳量为0.002%，增碳量为0.001%的炉次占了37.76%，增碳量大于0.001%的炉次所占比例达到了47.55%。使用无碳钢包的炉次中，有40%的炉次未增碳；而使用铝镁碳砖钢包时则只有14.69%。因此，钢包炉衬是决定钢水增碳的原因之一。钢包渣线部位的材料是镁碳砖(化学成分指标见表2)，取样检测(C)=13%；包壁为铝镁碳砖或无碳砖。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。精炼冶炼时，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。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部位镁(铝)碳砖中的碳全部进入钢液，再根据钢包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范围约00.011%。钢包内衬侵蚀增碳分两个阶段：一是转炉出钢至精炼处理期，这一阶段钢包内衬侵蚀进入钢水的C大部分在精炼处理过程中被脱掉了；二是精炼出站至连铸中包这段时间，这是引起钢水增碳的主要原因。表2 镁碳砖的化学成分指标项目指标MT10AMT10BMT10CMT14AMT14BMT14CMT18AMT18BMT18CMgO,%不小于807876767474727070C,%不小于101010141414181818根据测量，精炼每处理一炉钢，钢包渣线部位侵蚀量平均约为2mm，包壁部位侵蚀量平均约为1mm，包底部位侵蚀量平均约为0.8mm。(1) 钢包渣线部位使用镁碳砖砌筑13层，钢水浸泡渣线部位总高约700mm，钢包内径平均约为2830mm，则计算出渣线部位侵蚀的重量为：QDLh3.14283cm70cm0. 2cm2.98g/cm337.09Kg/(每炉)镁碳砖的C含量平均值为13%，则侵蚀的包衬中含C为：Qc=37.0913%=4.82kg精炼钢的平均炉产量104t，若上述C全部进入钢水中，则钢包渣线镁碳砖侵蚀造成每炉钢增碳：c(4.82100%)/(1041000)0.0046%(即46ppm)(2) 包壁部位使用铝镁碳砖砌筑8层，总高约1840mm，钢包内径平均约为2700mm，则计算所得包壁部位侵蚀的总重量为：QDLh3.14270cm184cm0. 1cm2.9g/cm345.26Kg(每炉)铝镁碳砖的C含量平均值分别为10.3%，则侵蚀的包衬中含C为：Qc=45.2610.3%=4.66kg按精炼钢平均炉产量104t计算，则钢包侵蚀所造成增碳量约为：c(4.66100%)/(1041000)0.00448%(即44.8ppm)(3) 包底部位使用铝镁碳砖砌筑2层，包底内径平均约为2634mm，则计算所得包底部位侵蚀的总重量为：Qr2h3.14131.72cm0.08cm2.9g/cm312.6Kg(每炉)铝镁碳砖的C含量平均值为10.3%，则侵蚀的包底中含C为：Qc=12.610.3%=1.3kg 按精炼钢平均炉产量104t计算，则钢包侵蚀所造成增碳量约为：c(1.3100%)/(1041000)0.00125%(即12.5ppm)结合图2，反推出在精炼出站至连铸中包这一阶段钢包内衬的侵蚀量，见表3。表3 钢包内衬侵蚀量与增碳量的关系（精炼出站至连铸中包）增碳量，%侵蚀量，mm铝镁碳砖钢包无碳钢包渣线包壁包底渣线包底0.0010.190.100.080.340.140.0020.380.190.150.680.270.0030.580.290.231.020.410.0040.770.390.311.360.550.0050.960.480.391.700.680.0061.150.580.462.040.820.0071.350.680.542.380.960.0081.540.770.622.711.090.0091.730.870.703.051.230.0101.920.970.773.391.37无碳钢包和铝镁碳砖钢包的区别在于包壁分别使用的是无碳砖和铝镁碳砖。由图2、表3和上面计算得出，与使用无碳钢包相比，使用铝镁碳砖钢包，钢水增碳的机率明显增加。使用无碳包时，精炼至连铸中包平均增碳为0.001%，则在转炉出钢至精炼处理过程中，钢包内衬侵蚀增碳量为0.003%；使用铝镁碳砖时，精炼至连铸中包平均增碳为0.002%，则在精炼处理过程中，钢包内衬侵蚀增碳量为0.007%。3.2 合金辅料增碳图3示出了合金化前后钢水的增碳情况。图3 合金化前后钢水的增碳情况由图3可见，合金化前后钢水的最大增碳量为0.004%。与合金化前相比，合金化后未增碳的炉次占了56.36%，这与取样及检测有关；增碳的炉次占了43.64%，增碳量大部分分布在0.001%0.002%，由此可见，在精炼处理过程中，合金及辅料造成钢水增碳。3.2.1 合金增碳精炼冶炼期加入的各种合金辅料主要是Al、低碳锰铁、硅铁、硅钙和精炼剂等，目的是为了脱氧和调整钢液成分。按精炼生产超