高级别管线钢夹杂物控制的研究

发布时间：2020-03-30所属分类：科技论文浏览：1205次

摘 要： 摘要通过对某钢厂运用电炉一精炼一连铸模式生产高级别管线钢的工艺进行了研究分析，从电炉冶炼、炉外精炼和保护浇注等方面人手，对影响管线钢中夹杂物含量的环节进行控制，工艺优化后，夹杂物得到了有效控制，管线钢夹杂物超标问题得到了解决。 关键词管线钢

　　摘要通过对某钢厂运用电炉一精炼一连铸模式生产高级别管线钢的工艺进行了研究分析，从电炉冶炼、炉外精炼和保护浇注等方面人手，对影响管线钢中夹杂物含量的环节进行控制，工艺优化后，夹杂物得到了有效控制，管线钢夹杂物超标问题得到了解决。

　　关键词管线钢夹杂物控制研究

　　0前言

　　随着石油和天然气工业的快速发展，大口径、厚壁和高强韧性管线钢的需求日益增加，对管线管的可靠性要求越来越高，不仅要求具有高强度、高低温止裂韧性及良好的焊接性，对特殊地区的管线钢还要求有抗H：S腐蚀能力和抗大应变能力。在特殊环境中，导致管线钢失效的主要质量问题是氢致开裂(HIC)和硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)。提高管线钢抗HIC和抗SSCC能力，必须减少钢中夹杂物含量，控制好夹杂物形态，尤其是A1：O和MnS夹杂物的控制。

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　　1管线钢生产技术条件

　　1.1化学成分及非金属夹杂物

　　X70管线钢化学成分见表1。非金属夹杂物A类、B类、C类、D类均≤2.0。

　　2钢中夹杂物含量的影响因素分析

　　2.1电炉终点[O]含量及出钢是否见渣的影响

　　电炉终点氧含量高，将造成后部精炼工序脱氧任务加重，脱氧剂使用量增加，脱氧产物相对增加，夹杂物的去除难度增大。出钢见渣，渣中含有大量FeO、MnO等氧化物，渣中氧含量高，精炼工序要想把钢液中氧有效去除，首先要降低渣中氧含量，同样会造成脱氧剂用量增加，夹杂物的去除难度增大。

　　2.2精炼渣系的影响

　　无论采用何种精炼方法(如RH、LF、VD)，合理的精炼渣系结构组成(渣中CaO、SiO、AI：0。含量适当)是获得洁净钢水的基础。高碱度、低熔点、低FeO、富CaO钙铝酸盐的精炼渣能有效吸收大颗粒夹杂物，降低总氧量。

　　2.3精炼吹氩制度的影响

　　脱氧技术的本质是脱氧生成物从钢水中分离。而夹杂物的去除仅靠自身的上浮速度在有效的冶金时间内很难完成，因此控制合适的吹Ar强度促进夹杂物上浮是现代冶金工艺去除夹杂物的重要手段。研究表明，过程吹Ar强度过大，不仅不利于夹杂物的排出，且会造成钢液二次氧化加重、钢液卷渣及耐材的脱落污染钢液，钢液夹杂物含量过高;吹Ar强度过小，达不到搅拌促进夹杂物快速上浮的目的。

　　2.4对钢液进行Ca处理能有效改变钢中A1，0夹杂物的形态，有利于夹杂物的去除。

　　3X70管线钢中夹杂物的控制

　　管线钢中A类硫化物、C类硅酸盐及D类球状氧化物夹杂能够控制在技术条件要求范围内，B类A1：0，夹杂的控制是钢中夹杂物是否超标的限制环节，管线钢中B类A1：0夹杂控制成为问题的关键。

　　3.1控制电炉终点[P]、[0]含量

　　优化电炉配料，使用铁水、生铁及I组料等优质炉料，从源头减少夹杂物，将配碳量提高到1.2%～1.5%之间，利用C一0反应产生CO对熔池的搅拌作用，有效去除钢中的[P]、初级夹杂物和气体，合理供氧，保证出钢温度>1600oc，并采用偏心底出钢技术，避免见渣出钢，将大包氧控制在(400～700)×10范围内。当出钢见渣时，及时扒除钢包内的氧化渣。

　　3.2真空碳脱氧

　　由于电炉终点氧较难控制，同时X70钢碳含量较低([c]≤0.07%)，电炉出钢时碳基本被氧化完毕([c]≤0.01%)，所以为了降低钢中氧含量，利用一定温度及高真空条件下碳氧亲和力强及反应产物不污染钢液的特点，在LF精炼前进行真空碳脱氧处理，降低钢中自然氧含量，结合碳氧反应理论及生产经验，在VD前利用定氧仪定氧并增碳，进行8～12min的真空处理，将一次真空后氧值控制在100×10左右，减轻后部工序脱氧负担。

　　3.3精炼渣系的选择及控制

　　对LF及VD渣系构成按2种方案进行试验。方案1：造CaO—SiO2一AI203渣系，一次VD结束按1～1.5kg/t喂人铝线，喂铝时进行大吹Ar搅拌，人LF炉加1.5～2kg/t硅铁进行复合沉淀脱氧，分别用CaF调渣、部分硅铁粉和铝粒扩散脱氧，总渣量控制在2.5t左右，VD采取扒渣留渣操作。

　　方案2：造CaO—A10渣系，一次VD结束按2～3kg/t喂人铝线，喂铝时进行大吹Ar搅拌，一是促进A1—0反应及A10，夹杂物的上浮去除，二是通过喂大量的铝线使其氧化上浮人渣中提高渣中A10含量，LF炉用精炼还原剂调渣，精炼过程用0.5～0.8kg/t的铝粒进行扩散脱氧，总渣量控制在2.5t左右，VD采取扒渣留渣操作。

　　以上方案分别进行了4炉试验，各渣系渣子成分和钢中夹杂评定结果分别见表2和表3，表内所列数据均为4炉次的均值。

　　从表3、表4可以看出：CaO—A10，渣系比CaO—SiO：一A1203渣系对A103夹杂的吸附能力强，用铝脱氧的方案更利于夹杂物的上浮。3.4吹Ar制度的控制

　　生产实践表明，在钢包吹Ar系统良好的情况下，精炼过程采用前大后小的吹Ar工艺有利于夹杂物的排出，具体操作是LF的前期进行大吹氩，流量在600NL/min左右，在钢中[S]≤O.005%的情况下，进行软吹氩，以钢渣面波动不露钢水为宜，流量为50—100NL/min;VD炉真空保持前尽可能大吹氩，保持后流量控制在200NL/min，真空破坏前8rain流量控制在30NIMmin，真空破坏后软吹氩5～10min，流量控制在30NIMmin以内，以钢渣面波动不露钢水为宜。具体控制情况见图1。

　　在LF过程进行大吹氩，与用大量铝进行脱氧是相关联的，其产物为A1O。A1O熔点高达2050℃，在炼钢温度下是细小的固体颗粒，按照低熔点理论，A1O从钢液中排除是非常困难的。但实际上，铝脱氧产物的上浮速度是相当快的。这一方面得益于A1：O，与钢液界面间的张力较大，钢液与夹杂物间的界面张力愈大，钢液对夹杂物的润湿性愈差，夹杂物自发聚合的趋势也愈大，上浮去除的机率自然也高;另一方面是受LF过程大吹氩的影响。资料显示，大吹氩不但能提高小颗粒夹杂物碰撞聚合的机会，更重要的是小颗粒夹杂物可以和上浮中的气泡碰撞，而被吸附和带出熔池。

　　3.5Ca处理工艺

　　VD处理结束时，钢液[s]≤0.004%，溶解[O]≤2×10～，此时适合对钢液进行Ca处理，促使未上浮的AI：O夹杂物变性，转变为球状铝酸盐，从而从钢液中进一步排除，即使有极少量球状铝酸钙未充分去除干净，在轧制后的固态钢中仍然保持液态钢时的球状形态，这种夹杂的危害比簇状A1O，夹杂的危害小得多。实践证明，在钢中[S]≤0.005%，溶解[O]≤3×10时，吨钢加入0.3～0.5kg的Ca能达到对AIO进行变性处理的目的。

　　3.6连铸采取不吹Ar开浇，长水口、侵人式水口与座砖间实施氩封保护浇注，防止钢液二次氧化;中间包选用碳化稻壳和碱性履盖剂，有效吸附钢包内未能及时上浮的微型夹杂物。

　　3.7从控制精炼总时间、钢包状况、中包材质等方面人手，减少外来夹杂物，提高钢液纯净度。实践表明，精炼总周期在170～210min，选择碱性高强度包衬，能够有效控制外来夹杂物含量。

　　3.8效果

　　按以上工艺进行操作，生产了30炉X70管线钢，A类和c类夹杂物级别均为0，D’类夹杂物级别为0.5，B类夹杂控制情况见表4。

　　4结论

　　电炉冶炼高级别管线钢，要严格配料制度，重点控制好终点[P]和[O]含量，禁止出钢见渣，保证后部冶炼工艺要求;LF精炼前引入VD碳脱氧工艺，可以弥补电炉终点[O]含量高的不足;含3O%～40%A12O3和50%左右CaO的CaO—A1O渣系比CaO—SiO2一A12O3渣系对A1：O3夹杂物的吸附能力强，单独用铝脱氧工艺更有利于夹杂物的上浮去除;在钢中[s]≤0.005%，溶解[O]≤3×10一，吨钢加人0.3～0.5kg的ca能达到对A1O。进行变性处理的目的;采取合理的吹氩制度、精炼时间及保护浇注工艺，有利于夹杂物的上浮去除，提高钢液纯净度。

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