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关于改善AISI321连铸生产过程及实物质量的相关建议

1.前言

1.1存在的问题
我们厂在生产过程中经常出现因为连铸浸入式水口结瘤而停浇的现象，并且在生产过程中中间包的使用寿命较短。例如在钛稳定化不锈钢AISI321的过程中，出现了严重的连铸浸入式水口结瘤现象，导致浇铸困难，甚至断浇。生产出来铸坯常有表面横裂纹、沾渣等表面质量问题。在最近一次生产该钢种的过程中，在浇铸第一包（20吨）的时候就出现因为水口结瘤而断浇的现象，更换水口、中间包以后再继续浇铸剩下的三包，仍然出现了严重的水口结瘤现象，且部分铸坯表面质量不好。

1.2问题分析
由于水口结瘤现象出现频繁，在生产AISI321时召开研讨会提出：连铸第一包截流可能是连铸开浇时不慎造成的，但后续三包仍然出现严重的截流现象，经过分析水口结瘤物，得出其中含有TiN，CaO，TiO2，MgO，Al2O3、其他非金属氧化物以及杂质，由此就可以说明不仅仅是连铸的问题，钢水纯净度也存在问题。

1.3问题出现可能涉及的领域
1.3.1可能涉及的领域
普遍的连铸出现了严重的水口结瘤问题，可能涉及的领域包括：
⑴冶炼方面
冶炼生产出的钢水存在问题，可能的原因是：
①冶炼设备不完整或者功能不齐全。
②冶炼工艺路径不正确或存在缺陷。
③冶炼辅料不合适或存在缺陷。
⑵连铸方面
连铸生产存在问题，可能的原因是：
①连铸设备不完整或者功能不齐全。
②连铸生产工艺不正确或存在缺陷。
③连铸生产使用的辅料不合适或存在缺陷。
1.3.2我们厂存在的主要问题
因为我们现在有的主要设备包括电炉、BOF、AOD、LF、VD。有喂线机、软吹站等辅助设备，在生产AISI321、304、27SiMn、37Mn5等钢种时已经能够满足条件，但仍然出现了严重的截流现象，所以我们有理由认为冶炼设备不完整或者功能不齐全不是我们厂存在的主要问题。经过对我们厂情况的分析，认为我们厂存在的问题主要是：
⑴精炼工艺制度存在缺陷。
⑵精炼使用的辅料存在缺陷。
⑶连铸设备功能不齐全。
⑷连铸生产使用的辅料不合适。
现在针对AISI321钢种进行研究，在LF精炼的过程中加入Al粉进行脱氧造白渣，并且加入了大量的Si-Ca-Ba进行Ca处理增硅，在出钢前十几分钟加入Ti铁之前并未对钢中的[N]进行处理，在出钢时喂入Si-Ca线进行Ca处理，钢液面产生剧烈的翻腾现象，并且未特意控制钢中w(Ca)∶w(Al)或[%Ca]T/[%0]T的比值。
现在我们厂使用的是三流T型中间包直通型浸入式水口，并且只有导流隔墙对钢液流进行控制。由于在生产过程中经常出现结瘤的现象，可以从一定程度上说明：中间包对钢液的净化作用不强，可能的原因是钢液在中间包内的流场不合理，停留时间短，或是存在短路流，杂质上浮不完全。由以上分析得出我们存在的主要问题是：
⑴精炼工艺在脱氧造白渣存在不合理之处。
⑵中间包钢液流场不合理，去除杂质的功能差。
⑶连铸过程中未使用专用的中间包覆盖剂和结晶器保护渣。

2研究现状

国内外针对中间包流场、水口结瘤、中间包覆盖剂、结晶器保护渣和AISI321钢种冶炼工艺的研究都很多，所以我们可以将其作为进一步研究的依据。

2.1精炼研究
2.1.1生产流程
大多数研究者提出321不锈钢的生产流程为:电弧炉→AOD炉→钢包底吹氩→连铸。由于我们厂的特殊情况采用的生产流程为:电弧炉→AOD炉→LF→（钢包底吹氩）→连铸。由于冶炼工艺存在差别，所以对于我们厂情况控制钢水质量的重要环节应该是LF，所以本文在该部分的研究重点选定为LF。
2.1.2研究方法
有学者进行了如下实验，试验在两种冶炼工艺条件下进行:第一种是浸入式水口不用氩气密封,冶炼时采用Al和Ca-Si脱氧（这种方法和我们现在使用的方法相似）;第二种是浸入式水口用氩气密封,冶炼时采用低铝硅铁(ωAl=0·05%)作还原剂、不加Al和Ca-Si脱氧。试验中具有代表性的炉号分别是243炉和301炉（其中243炉采用第一种冶炼工艺,301炉采用第二种冶炼工艺）。冶炼过程及结束后取钢样和使用后的浸入式水口试样(先后共取4支浸入式水口)。将使用过的浸入式水口沿横断面切开,取一小段圆弧制成试样,在光学显微镜下观察其显微结构,利用扫描电镜确定不同物相的化学成分。最后,用X射线微区面探测仪确定其物相。

图1 第一种方法的结果（a）内侧（b）外侧

图2 第二种方法的结果（a）内侧（b）外侧
2.1.3水口结瘤物的显微结构
(1)第一种方法结瘤物分析
由水口结瘤物的电镜扫描照片，可看出结瘤物为3层结构:
①初始附着层
初始附着层是靠近水口壁的一层,由ZrO2、Al2O3和金属组成,图中灰白色部分为ZrO2,浅灰色部分为金属,深色部分为Al2O3。浇铸初期,中间包塞棒头部的ZrO2涂层被初期的钢流冲刷带入浸入式水口后与少量金属一起凝固,在水口内表面形成了此附着层。　　
②中间沉积层　
深灰色部分为中间沉积层,其宽度为0.2~0.4mm。中间沉积层主要有两种物相,即MgO·Al2O3(镁铝尖晶石)和CaO·TiO2(钙钛矿)交织在一起。浇铸开始后,当钢液流经水口时,钢中原有的CaO·TiO2-MgO·Al2O3双相夹杂物在此沉积,同时,钢中易氧化元素铝、钛等与浸入式水口接口处渗入的空气相遇,氧化后的生成物附着在水口内壁,共同形成了此沉积层。
③金属附着层
凝固的金属中分布着呈树枝状结构的非金属物相,越往芯部,非金属物相越细小,而且金属相越多。这些非金属物相仍然是两种,即CaO·TiO2和MgO·Al2O3交织在一起,它们主要来自于钢液中的氧化物夹杂。图1(b)中呈树枝状结构的深灰色部分为CaO·TiO2-MgO·Al2O3,灰白色部分为金属。
⑵第二种方法结瘤物分析
由水口结瘤物的电镜扫描照片，可看出结瘤物为2层结构:
①初始附着层
该初始附着层由ZrO2、TiN和金属构成，靠近水口壁。浇铸开始时,少量金属,包括其中的TiN夹杂物和塞棒头部的ZrO2涂层物一起凝固,在水口内表面形成了此附着层。
②金属附着层
金属附着层主要由复合氧化物形成的网络和金属组成[图2(a)上部和图2(b)中深灰色呈树枝状的部分为复合氧化物,灰白色部分为金属]。复合氧化物由固溶有CaO、Al2O3、MgO的TiO2型物相和少量的MgO·Al2O3组成。
2.1.4两炉水口结瘤物的物相对比
根据扫描电镜和X射线衍射分析结果,将两炉水口结瘤物的物相进行了对比,结果列于表3可以看出:
243炉水口结瘤物初始附着层中没有TiN,而301炉水口结瘤物初始附着层中存在TiN。这表明243炉在浇铸过程中,由于浸入式水口没有采用氩气密封而存在二次氧化。在这种条件下,TiN容易被氧化,其反应如下:
　　TiN(s)+2[O]=TiO2(s)+[N]
　　ΔG=-332 346+100·60T　( J·mol-1)
　　lg(aN/a2O)=-5·255+17 360/T(3)

2.1.5结果分析
通过分析两炉钢冶炼过程钢样中夹杂物类型的变化和冶炼条件的差别时发现:
①由于243炉中加铝和Ca-Si脱氧,出钢后钢中存在较多的CaO-SiO2、CaO-SiO2-Al2O3和Al2O3夹杂物。加入钛后,钛还原夹杂物中的SiO2,生成CaO·TiO2;铝还原炉渣和包衬中的MgO生成的镁与夹杂物中的Al2O3、SiO2反应后生成MgO·Al2O3。经反应,上述夹杂物最终转变为CaO·TiO2-MgO·Al2O3双相夹杂物,无保护浇注钢液二次氧化,导致钢中的CaO·TiO2-MgO·Al2O3夹杂物数量增加。这种夹杂物在浇注初期大量附着于水口内表面,形成中间沉积层,并在金属附着层中形成树枝状结构,因而导致浸入式水口严重结瘤。
②由于301炉未加铝和Ca-Si脱氧,含少量CaO、MgO、Al2O3的SiO2-MnO-Cr2O3-FeO型复合夹杂物少,加之水口采用氩气密封,避免了二次氧化,所以在浇注初期,水口内壁未形成中间沉积层,且形成的金属附着层也较薄。因此,浇注时浸入式水口出现少量的结瘤。
由以上研究可知，和我们现在实行的工艺相似的第一种工艺流程产生了大量的夹杂物，造成严重的水口结瘤，所以我们有理由相信我们现行的工艺存在缺陷，需要进一步地进行优化。

2.2中间包流场的研究
我们厂现阶段使用的中间包形状如图3所示，其中②为外形数据，因为中间包形状为T型，无括号的数据为中间包（含有永久层的内形）上口尺寸，括号内的为底部尺寸。③为导流隔墙形状，下部两个圆孔为导流孔。④为冲击板尺寸内部含有深度为25mm的圆形凹槽。

图3 中间包示意图（其中①表示导流隔墙）
2.2.1中间包作用及冶金功能
⑴中间包的作用
通常认为中间包有以下4个作用：
①分流作用：对于多流连铸机，由多水口中间包将钢液分流到各个结晶器中。
②连浇作用：在多炉连浇时，中间包存储的钢液在换盛钢桶时起到衔接作用。
③减压作用：用来稳定钢液浇铸过程，减小钢流对结晶器凝固坯壳的冲刷。
④冶金作用：去除钢中非金属夹杂物，防止钢液二次氧化。
⑵中间包的冶金功能
中间包作为一个钢水精炼容器，还具有以下的精炼功能：
①清除钢水再次污染的来源：即防止钢水的二次氧化、减轻钢液对耐火材料侵蚀、减少钢包渣的卷入以及渣中不稳定氧化物的危害。
②改善钢水流动条件，最大可能去除钢中非金属夹杂物：防止短路流，减少中间包死区体积，改进钢水的流线方向，增加钢水在中间包中的停留时间。
③选择合适的包衬耐火材料和钢液面覆盖剂：既减轻钢液热量的损失又有利于去除钢中的夹杂物。
④控制好钢液的温度，必要时可以增加加热措施，使钢水过热度保持稳定。
2.2.2中间包的控流装置
采用无任何控流装置的中间包来浇注钢，很难满足生产的需求。大量的研究表明，在中间包采用控流装置，可以减少铸坯中的非金属夹杂物数量、降低漏钢的概率、增加铸坯的均匀性、改善中间包加热钢水的热量传递等。通过在中间包中安装一些控流装置，例如挡墙、挡坝、导流隔墙、过滤器、湍流控制器、气幕隔墙等均可以改变钢液在中间包中的流动特性，金属夹杂物的去除率。
⑴大容量中间包
大容量中间包有两大优点：
①增加钢液在中间包内的停留时间，使夹杂物有足够的时间上浮，提高钢液的清洁度。
②可以与拉坯速度配合，有利于换包时顺利浇注，改善换包时铸坯的质量。
表4中间包容量对钢液清洁度的影响
Table4 Tundish capacity on the cleanliness of liquid steel

⑵挡墙和挡坝
中间包内设置挡墙和挡坝是应用最普遍的技术措施之一，是最简便而有效地净化钢液的方法。在中间包中安置挡墙和挡坝，可以有效地改变钢液流向，延长钢液在中间包中的停留时间，促进夹杂物的上浮。
①挡墙
一般横跨整个中间包宽度，从钢液面上部延伸到距中间包底部一定距离，钢液从挡墙下方流过，其在中间包内的作用是：
A.可以控制大包注流冲击区的大小，控制大包注流对中间包钢液的搅拌强度，促进小夹杂物碰撞凝并成大颗粒夹杂物，以便于小颗粒夹杂物的上浮去除。
B.挡墙可以将随大包注流进入中间包的炉渣挡在大包注流冲击区内，防止从大包卷入到中间包的渣子流入到中间包水口侧，减少因大包卷渣造成的钢液二次污染。
C.可以将大包注流冲击引起的中间包钢液表面波动限制在挡墙的上游，稳定挡墙下游中间包钢液的液面，有利于减少因钢液表面卷渣，二次氧化和冲刷所产生的夹杂量。
②挡坝
一般横跨在整个中间包宽度，从中间包底部向上延伸至距钢液面之下一定距离。钢液从挡坝上流过。挡坝一般具有以下的作用：
A.可以防止中间包短路流的形成，延长钢液在中间包内的流动距离，增加钢液在中间包的平均停留时间。
B.挡坝将大包注流的冲击限制在冲击区内，降低钢液的水平流动速度。
C.当钢液翻过挡坝时，可以产生指向钢液表面的流动，缩短夹杂物的上浮距离，有利于夹杂物的上浮去除和保护渣吸收夹杂物。
⑶导流隔墙和过滤器
①导流隔墙
在一个将上下游完全隔开的耐火材料壁上设置若干个不同尺寸和倾角的孔洞，使钢液根据需要的方向流过孔洞。当钢液通过导流隔墙时，导流隔墙将中间包的湍动流动限制在一定的范围内，可产生向表面流动的流股，以促进夹杂物与保护渣接触的机会，有利于夹杂物的去除。
②过滤器
带有微孔结构的隔墙，钢液从微孔流过。在中间包钢液中，对于直径大于50μm的大颗粒夹杂物可以采取简便的净化措施将它们与钢液分离从而使它们上浮去除。但对于直径小于50μm的夹杂物因其上浮速度小而很难去除。过滤器就是用来捕捉这些小颗粒夹杂物，以净化钢液。但使用过滤器的有其自身的缺点：微孔小，容易堵塞；钢液通过过滤器的流量小；过滤器的成本高，在应用上受到限制。
⑷中间包吹氩
在中间包底部中吹氩可以形成气幕隔墙，可以改善中间包钢液的流动特性，同时气幕可以对夹杂物起到隔离作用，阻止夹杂物流到中间包水口侧。另外，与小气泡碰撞的大、小夹杂物，将随气泡上浮至钢液面上，进入到中间包保护渣中。
⑸湍流控制器
这种装置安装在大包注流点正下方，能耗散湍动能，降低中间包的湍流程度和速度，从而得到更平静的中间包。中间包采用这种装置后，钢液的飞溅大大降低，减少了因异钢种连浇和换包时液面下降和稳态浇注时所产生的卷渣。
2.2.3无控流装置实验
由于中间包内存在明显的底部流，所以大部分夹杂物来不及上浮到钢液表面，就在出流的卷吸作用下进入结晶器，对于直径10μm的夹杂物颗粒，其去除率较低，为11.3%，对于直径50μm的夹杂物颗粒，为68.5%，对于直径100μm的夹杂物颗粒，由于其颗粒直径较大，上浮速度快，所以其去除率也有所提高，为85.4%。
2.2.4单导流隔墙控流装置实验
1999年，M.Jorge等人建立湍流控制器的水模、数模和工厂应用研究。使用的中间包为小方坯中间包，只采用导流隔墙作为控流装置。在多组实验研究中他们发现，只采用导流隔墙的中间包最小停留时间小，特别是靠近大包注流的两个相邻中间包水口最小停留时间分别仅为10秒和24秒，活塞流体积分率仅为2%和5%,死区体积分率高达55%和43%，并且在这两个水口处存在着短路流。
该实验情况和我们厂的情况相似，可以从一定程度上说明我们的中间包控流设施不足，钢液流场不合理中间包冶金功能不强。所以我们需要对中间包控流装置进行研究，使得中间包发挥良好的冶金功能。
2.2.5挡墙加挡坝控流装置实验
由夹杂物颗粒运动轨迹，可以看出，由于挡墙和挡坝的作用，消除了中间包内的底部流，延长了钢液的流动路径，并且由于挡坝的作用，钢液翻过挡坝后斜向上流动直达钢液自由表面，这种向上的流动可以使夹杂物随同钢液一起到达钢液表面而被保护渣吸收。所以其夹杂物的去除率大于无控流装置时夹杂物的排除率，对于直径10μm的夹杂物颗粒，其去除率为22.6%，对于直径50μm的夹杂物颗粒其去除率为72.2%，对于直径100μm的夹杂物颗粒，其去除率为89.5%。
2.2.6挡墙挡坝加湍流控制器实验
由于挡墙的作用，把钢液的注流区限制在较小的范围内，使挡墙左侧区域钢液的流动平稳，有利于夹杂物的上浮。所以挡墙挡坝加湍流控制器的控流装置下夹杂物的去除率有所提高，对于直径10μm的夹杂物颗粒，其去除率为32.6%，对于直径50μm的夹杂物颗粒，其去除率为82.4%，对于直径100μm的夹杂物颗粒，其去除率为100%。
2.2.7单挡坝控流装置实验
其运动轨迹与无控流装置下运动轨迹相似，夹杂物到达挡坝时，夹杂物上浮高度已经超过挡坝的高度，然后在出流的卷吸作用下，大部分夹杂物颗粒随钢液进入到结晶器中，对于直径10μm的夹杂物颗粒，其去除率较低，为12.6%，对于直径50μm的夹杂物颗粒，其去除率为69.2%，对于直径100μm的夹杂物颗粒，其去除率为90.6%。
2.2.8单挡坝加湍流控制器的控流装置实验
可以看出由于湍流控制器的作用，钢液的整体流速较小，钢液到达挡坝时，一部分钢液翻过挡坝形成向上流动的流股，另一部分钢液在挡坝和侧壁交界处沿着侧壁向上流动到自由表面。这两种流动形式均有利于夹杂物的上浮，对于直径10μm的夹杂物颗粒，其去除率为38.6%，对于直径50μm的夹杂物颗粒，其去除率为85.6%，对于直径100μm的夹杂物颗粒，其去除率为100%。
2.2.9数据分析
对以上五种方案得出的实验数据进行统计分析得出：
表2.1五种组合的特征值统计
Table 2.1 five combinations of eigenvalue statistics

死区比例%
最短停留时间S
钢液的平均停留时间增加%
活塞体积%
直径10μm%
直径50μm%
直径100μm%
无控流设备的
30.8
20
0
4.5
11.3
68.5
85.4
挡墙+挡坝
29.85
57
14.7
17.2
22.6
72.2
89.5
挡墙+挡坝+湍
12.63
110
19.7
20.6
32.6
82.4
100
单挡坝
25.8
76
6.8
13.8
12.6
69.2
90.6
单挡坝+湍
7.61
99
26.8
14.7
38.6
85.6
100
图2.2
图2.1

图2.4
图2.3

图2.5

由表2.1和图2.1-2.5可以得出如下结果：
①挡墙+挡坝+湍流控制器和单挡坝+湍流控制器的死区比例小，且单挡坝+湍流控制器死区比例仅为7.61%。其他控流组合的死区较无控流中间包无明显变化。
②各种控流组合的最短停留时间比无控流有明显变化，挡墙+挡坝+湍流控制器和单挡坝+湍流控制器的最短停留时间较长，挡墙+挡坝+湍流控制器的最短停留时间长达110s。
③各种控流组合的活塞流体积比无控流有明显变化，且挡墙+挡坝+湍流控制器的的活塞流体积最大。
④挡墙+挡坝+湍流控制器和单挡坝+湍流控制器的平均停留时间较长，且单挡坝+湍流控制器的平均停留时间最长。
⑤各种直径杂质的去除率可以看出单挡坝+湍流控制器的除杂效果最好。
无控流设备为黑色；挡墙+挡坝为棕色；挡墙+挡坝+湍为蓝色；单挡坝为黄色；单挡坝+湍为绿色。
图2.6

图2.9
图2.8
图2.7
图2.10

图2.11
图210
由图2.6-2.11可以得出以下结论：
①有挡墙+挡坝+湍流控制器和单挡坝+湍流控制器的流场控制效果优于其他种类的流场控制效果。说明湍流控制器的中间包，钢液的流场要优于无湍流控制器的中间包。
分析其原因是因为当中间包中有湍流控制器时，从大包注入的钢液，进入湍流控制器后，全部返流后与来流相撞，能量损失较大，使钢液在中间包中的停留时间延长，夹杂物有更多的时间上浮去除，同时，碰撞后的钢液返流到自由表面后沿自由表面流动，增加了钢液同中间包表面保护渣的接触时间，提高了夹杂物被保护渣吸收的机会。
②以水口结瘤钢水纯净度为研究重点时，在有湍流控制器的控流装置中单挡坝与湍流控制器的组合控流装置要优于挡墙挡坝加湍流控制器的组合装置。
分析其原因为在挡墙挡坝加湍流控制器的控流装置下，挡墙阻止了中间包的表面流，强制钢液在中间包底部流动，消弱了钢液向上流动流股的可能，因此其夹杂物的去除率低于单挡坝加湍流控制器方案的夹杂物去除率。
2.2.10存在导流隔墙的控流装置实验
由于前面提到的只采用导流隔墙的中间包最小停留时间小，并且在水口处存在着短路流。数值模拟的结果表明，有导流隔墙的中间包表现出强的循环流动和高的湍动能，流体的速度大。为了改善中间包的流动状况，安装了湍流控制装置以后，中间包死区体积减少，活塞流体积和停留时间增加，中间包各水口的流动行为趋于一致。数值模拟的结果表明流体流动平缓，总体的流动速度降低，湍动能下降。在实际的产生应用中，发现中间包采用湍流控制装置后，注流的冲击受到限制；耐火材料的侵蚀有良好的抵抗能力；更换大包时，中间包的温度变化幅度小。
1999年Morales等人对安装了不同控流装置的中间包流场和温度场进行了水模和数模研究。实验结果发现，装有导流隔墙和湍流控制器的中间包比装有下挡墙和导流隔墙或无控流装置的中间包产生了更大体积的活塞流区，能有效地消除钢液表面的湍流和扰动现象，促进夹杂物的上浮，同时减缓了出口流速，降低了注入流温度波动对中间包冶金效果的不利影响。
2002年钟良才等人通过水模型实验，最后得出结论：湍流控制器装置的几何结构对中间包流体流动特征有明显影响，方形五顶檐和圆型带顶檐的湍流控制装置能较好地改善中间包钢液的流动特性。
范新有也曾经提出湍流控制器对平均停留时间的影响比较显著，采用方形湍流抑制器，较圆型湍流抑制器平均停留时间可提高12s。
所以我们有理由相信增加湍流控制器对我们现有的中间包的流场是有好处的，在现有基础上增加方形五顶檐湍流控制器是一种可行的方案。

3.研究内容

3.1精炼
根据我们厂的实际情况进行原因分析得出我们的生产工艺存在的问题是：
①因为加入Al进行脱氧所以钢水中的Al2O3和酸溶铝都会增多；
②在冶炼期间加入Si-Ca-Ba所以钢水中的CaO、SiO2、CaS会增加；
③在喂线时钢液面翻腾剧烈，造成钢液二次氧化，增加了钢水中TiO2、Al2O3、CaO等氧化物夹杂；
④在冶炼中加入Ti铁时并未对钢中的[N]进行处理所以TiN在所难免；
钢水在精炼出钢后钢中仍然存在较多的CaS、TiN、CaO-SiO2、CaO-SiO2-Al2O3和Al2O3夹杂物。所以到达连铸的钢水中含有较多的CaS、TiN等高熔点物质以及CaO·TiO2-MgO·Al2O3双相夹杂物。为了解决这些问题我们需要具体研究的内容有：
①如何降低钢中的[N]含量，减少TiN的生成。
②如何更加合理的脱除钢中的[O]含量，减少高熔点氧化物的生成。
③如何减少钢中的杂质，减少水口结瘤。

3.2中间包结构及流场
根据前面的分析以及前辈的研究可知，我们现在正在使用的中间包，造成钢液在其中的流场不够合理，具体问题包括：
①钢液在中间包内的停留时间短，杂质没有足够的时间上浮。
②钢液流路径不合理，造成杂质去除困难。
③钢液对中间包冲刷较大，造成中间包使用寿命短。
因而，需要研究：
各种控流装置的组合优化，使得钢液流场更加合理化。增加钢液停留时间，为杂质上浮创造条件。减少对中间包的冲刷，增加中间包使用寿命降低成本。创造合理的钢液流路径，促进杂质上浮，减少水口结瘤。

4 技术路线

4.1精炼路线建议
4.1.1脱氧方法
⑴选用第二种工艺：
冶炼时采用低铝硅铁(ωAl=0·05%)作还原剂、不加铝和Ca-Si脱氧，这样可以减少Al2O3、CaO和CaO·TiO2-MgO·Al2O3的量。前面的研究指出：该工艺未加Al和Ca-Si脱氧,所以含少量CaO、MgO、Al2O3的SiO2-MnO-Cr2O3-FeO型复合夹杂物少,加之水口采用氩气密封,避免了二次氧化,所以在浇注初期,水口内壁未形成中间沉积层,且形成的金属附着层也较薄。因此,浇注时浸入式水口出现少量的结瘤。
⑵改进第一种工艺
如果第二种方法不适用我们需要对现有方法进行改进，可以从以下几个方进行优化：
①控制脱氧剂的种类在非必要下杜绝使用Al粉，减少引入不必要的高熔点杂质和水口易结瘤杂质。
②选择CaO-SiO2渣系的精炼渣，应用CaO-SiO2渣系,精炼后钢中偶见块状Al2O3夹杂物。使用CaO-Al2O3渣系,精炼后钢中块状Al2O3个数增加是前者的4倍。
4.1.2减少TiN的生成
①用氩气替换氮气
在AOD冶炼的冶炼后期切断氮气，改用氩气减少钢中的[N],为下一步精炼提供条件。
②控制钢液温度和氩气
如果结瘤物中TiN含量较少我们可以通过控制钢水温度，减少由于高温引起的吸气，同时控制精炼过程中的氩气大小减少钢液面裸露，减少钢液与空气接触的机会减少吸气减少二次氧化。
③真空脱气
如果结瘤物中TiN含量较多，我们是否考虑可以先进行真空脱气处理然后加Ti铁，这样首先去除钢中的溶解氮[N]，并且同时控制好氩气和钢液温度，可以大幅减少钢中的溶解氮[N]，减少TiN的生成。
4.1.3. 改善Ca处理效果
①确定Ca的用量
使其在一个能够生成容易上浮去除的低熔点液态夹杂物并且成本较低的范围内。由其它文献得知：[%Ca]T/[%0]T大于0.6，生成CA和液态的12CaO·7A12O3; [%Ca]T/[%0]T大于0.77或更大时，生成为12Cao·7A1203。我们可以将其作为参考对我们厂条件进行实验分析确定最佳范围。
②控制钢液中[S]含量
当向钢水中喂Ca线时,除发生反应[Ca]+[S]=CaS(s) ΔG°=-530900+116·2T (3)外,钙还将参与脱硫反应3CaO+3[S]+2[Al]=Al2O3+3CaSΔG°=-859200+288·9T(4)。所以我们因该控制钢液中[S]含量，例如37Mn5在1570℃下,[S]含量应低于0.008%。
③确定最佳喂线速度
随着喂线速度的增大，钢中钙含量也增加，钙的回收率也相应的增大;相反，即使喂线量较大，但喂线速度较低时，钢中钙含量也较低，确定合理的喂线速度是达到最佳钙处理效果的一个关键因素，最佳喂线速度为:V=（H-0.15)/t(2)，v喂线速度，m/s；t为铁皮化熔时间s；H为钢包钢水的深度m。

4.2中间包控流装置建议
有前面的研究可以看出：单挡坝与湍流控制器的组合和单导流隔墙与湍流控制器的组合最为合理。
4.2.1单导流隔墙与湍流控制器的中间包控流组合
生产不易结瘤的钢种时，采用该控流组合较为合适。因为我们现有的控流装置是单导流隔墙，所以该方法是最经济的。较少钢液对中间包的冲刷，延长中间包使用寿命。并且能够产生较合理的中间包流场，促进杂质的上浮净化钢水。
4.2.2单挡坝与湍流控制器的中间包控流组合
生产易结瘤的钢种时，采用该控流组合较为合适。因为从前面的研究可以看出，该种组合的优点是：死区面积小、停留时间长、去除夹杂物能力强，流场合理对中间包的冲刷小，延长中间包使用寿命。

5、预期结果

5.1预期生产结果
AOD冶炼后期适用氩气替换氮气减少钢中的[N]含量，给LF提供[N] 含量低的钢水。精炼时采用低铝硅铁(ωAl=0·05%)作还原剂、不加铝和Ca-Si脱氧，这样可以减少Al2O3、CaO和CaO·TiO2-MgO·Al2O3的量。控制氩气和钢水温度减少吸气、杜绝钢水裸露产生二次氧化。出钢前喂线严格控制喂线速度为:V=（H-0.15)/t(2)，喂线量控制在[%Ca]T/[%0]T在0.8-0.85之间，使得生成为12Cao·7A1203液态夹杂物容易上浮。在软吹站严禁钢液面裸露并保证软吹时间15min。良好的中间包流场、较长的停留时间等多因素综合作用使中间包发挥了良好的冶金作用，进一步的净化钢水。良好的保护性浇铸，杜绝了因为二次氧化和吸气产生的夹杂物。良好适用的保护渣能够进一步的发挥其作用。
该方法从根源上减少了夹杂物的产生，全程保护尽可能地避免引入其他杂质，在整个过程中又具有很强的除杂等冶金功能。所以有理由相信它可以解决实际生产中遇到的问题。

5.2理论方面结果
能够使得员工明白出了什么问题、问题出在哪里、为什么会出这个问题以及解决方法。进一步的加强了员工的理论认识。促进员工将理论联系实际，把理论用于生产，解决生产中遇到的问题。

5.3效益
5.3.1节约成本
①减少对耐材的侵蚀，增加中间包的使用寿命。
②减少了水口结瘤，增加水口使用寿命。
③减少因为无法浇铸而作废的合格钢量。
④减少了因为断浇换包而产生的加热电耗、物料消耗、钢包耐材侵蚀以及由于加热引起的碳含量超标废品。
⑤提高了生产效率，降低生产的人力资源成本。
⑥设备连续运转降低了平均吨钢能耗，生产相同质量钢坯，设备的预热耗能减少。
⑦因为生产顺利劳动量减少，可以减少岗位员工数量。
5.3.2产生效益
①顺利生产提高实际生产能力和产量，满足更大的客户要求。
②高纯精度、高质量钢带来的市场信誉和客户。
③减少废品（耐材），带来环境效益。
④设备功能齐全可以冶炼更高品质、更高附加值的钢种。