高級別管線鋼精煉工藝分析

1、2007年?duì)t外精煉年會論文集272007年7月LadleRefining2007AnnualmeetingProceedingsJuly.2007高級別管線鋼精煉工藝分析劉建華包燕平李太全韓麗娜董獻(xiàn)楊伶俐北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院北京100083摘要對LF－VD、RH－LF和LF－RH三種精煉流程生產(chǎn)管線鋼過程進(jìn)行了系統(tǒng)取樣和綜合分析，結(jié)果表明：三種工藝均可生產(chǎn)高級別管線鋼，但LF－RH流程可生產(chǎn)純凈度和潔凈度更高的產(chǎn)品；不同精煉手

2、段具有不同的精煉功能，但由于生產(chǎn)流程中相續(xù)精煉工序渣量和渣組成等的相互關(guān)聯(lián)和制約，各精煉工序均會收到上下游精煉工序的影響。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞純凈；管線鋼；精煉1前言高級別管線鋼對鋼中有害元素和夾雜物的控制均有非常嚴(yán)格的要求[13]，在生產(chǎn)中常采用爐外精煉生產(chǎn)工藝以保障管線鋼的純凈度。國內(nèi)外用于生產(chǎn)高級別管線鋼爐外精煉設(shè)備主要有LF爐、RH和VD，主要精煉流程有LF－RH和LF－VD兩種，但何種精煉工藝更適合生產(chǎn)高純凈管線鋼還沒有定論。國內(nèi)某廠

3、原采用BOF－LF－VD－CC流程生產(chǎn)高級別管線鋼，增建RH精煉設(shè)備后，希望采用RH取代VD生產(chǎn)管線鋼，因此可以采用三種不同的精煉工藝生產(chǎn)管線鋼，即：1）鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐→LF精煉→VD精煉→中間包→連鑄，并于VD中喂入SiCa線（簡稱LFVD工藝）；2）鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐→LF精煉→RH精煉→中間包→連鑄，在LF精煉成分微調(diào)后喂入SiCa線（簡稱LFRH工藝）；3）鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐→RH精煉→LF精煉→中間包→連鑄，LF精煉后期喂入Si

4、Ca線（簡稱RHLF工藝）。本研究通過對三種不同流程生產(chǎn)管線鋼的質(zhì)量進(jìn)行系統(tǒng)取樣分析，比較不同精煉流程生產(chǎn)高級別管線鋼的純凈度和潔凈度，優(yōu)選生產(chǎn)流程，同時(shí)探討不同精煉手段及其組合對管線鋼質(zhì)量及相鄰精煉環(huán)節(jié)的影響。2實(shí)驗(yàn)方法2.1系統(tǒng)取樣根據(jù)煉鋼生產(chǎn)流程，把正常生產(chǎn)中一個(gè)澆次的每一爐鋼作為研究對象，在轉(zhuǎn)爐出鋼、LF爐精煉前、LF爐精煉后、RH或VD精煉前后、中間包、結(jié)晶器、鑄坯中按計(jì)劃系統(tǒng)取樣，分析各環(huán)節(jié)管線鋼純凈度和潔凈度。2.2多種方

5、法綜合分析采用金相法對試樣中夾雜的種類、數(shù)量、形態(tài)、尺寸分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析[4]；采用日本電子產(chǎn)JSM6480LV掃描電鏡和電子探針對夾雜的成分和形貌進(jìn)行分析，分辨率為3nm；采用化學(xué)分析方法對鋼中氧、氮、硫、氫等成分進(jìn)行分析。3結(jié)果與討論3.1不同精煉流程對鑄坯中T[O]的影響總氧量T[O]常用作為鋼水或鋼材潔凈度高低的評價(jià)指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果表明采用RH－LF精煉工藝流程，鑄坯中總氧接近采用LF－VD精煉工藝的水平，17.33?106；而采

6、用LF－RH精煉工藝流程，鑄坯中總氧的平均值為8.5遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于LF－VD精煉工藝生產(chǎn)水平。文獻(xiàn)[5]統(tǒng)計(jì)了世界上19家X52～X70管線鋼總氧的控制水平，其平均值為15.6?106，該廠的生產(chǎn)實(shí)踐表明，采用RH精煉可以生產(chǎn)潔凈度較高的管線鋼，但不同的工藝流程（RH精煉位于LF精煉前或后），鑄坯中總氧存在較大區(qū)別。采用LF－RH精煉流程生產(chǎn)的管線鋼潔凈度可達(dá)到國際先進(jìn)水平。3.2不同精煉流程生產(chǎn)鑄坯中顯微夾雜物的種類July.2007200

7、7年?duì)t外精煉年會論文集?29?LF精煉具有很強(qiáng)的脫硫能力，但其脫硫效果與LF渣組成和渣量密切相關(guān)。而LF渣組成和渣量有又LF與何種其它精煉設(shè)備聯(lián)用以及LF精煉在精煉流程中的先后順序有關(guān)。本研究中，由于LF－VD精煉流程中后序VD精煉對鋼包凈空有較高的要求，LF精煉的造渣量收到限制，LF的脫硫效果也收到影響，該精煉流程生產(chǎn)的管線鋼平均硫含量比采用RH精煉生產(chǎn)的管線鋼稍高。采用LF精煉后，鋼中氮含量較高，因此高級管線鋼必須采用真空處理，控制

8、鋼中氮含量，同時(shí)也可去除鋼中氫、夾雜。文獻(xiàn)[5]統(tǒng)計(jì)的19家管線鋼生產(chǎn)廠家有13個(gè)廠家進(jìn)行脫氣處理，其中8家使用RH脫氣，5家使用VD脫氣。脫氣的主要目的是脫氫，同時(shí)也可進(jìn)一步達(dá)到控制總氧、氮、硫等目的。生產(chǎn)中總是先加熱升溫，然后再脫氣。（2）VD精煉VD常和LF精煉聯(lián)用以脫氮、去夾雜、脫氫，同時(shí)也可通過渣洗進(jìn)一步脫硫，成本低，是生產(chǎn)特殊鋼的典型生產(chǎn)流程。但VD精煉時(shí)間長、脫氣能力有限。同時(shí)VD還對LF精煉有限制，特別是限制LF精煉過程

9、中的造渣量，從而影響LF精煉造泡沫渣，對LF精煉脫硫和控制增氮都存在制約。本次試驗(yàn)結(jié)果表明：采用VD精煉，為了VD抽真空過程不溢渣，LF所造的泡沫渣的發(fā)泡能力不是很好，鋼液易于從空氣中和高溫電弧區(qū)吸氮，平均增氮量達(dá)0.0032%，而采用RH的精煉流程，LF精煉過程增氮較小，RH－LF和LFRH兩種流程中LF精煉增氮量分別降低到0.0024%和0.0013%。VD有較強(qiáng)的渣洗脫硫能力，但由于VD渣大部分為LF精煉后期渣，此時(shí)渣鋼脫硫反應(yīng)接

10、近平衡，因此VD的精煉脫硫效果也有限，本研究中VD精煉的脫硫率為23％。（3）RH精煉RH精煉在不同的生產(chǎn)條件下能起到脫氣、去夾雜、脫碳等作用。采用RH輕處理工藝，可以發(fā)揮RH強(qiáng)大的脫碳功能。高級別管線鋼常需將碳控制在3～8?106，考慮到精煉和連鑄過程中的增碳，如沒有RH脫碳手段，需在轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)將碳控制在3?106以下，容易造成鋼水過氧化。本研究中通過采用RH－LF精煉流程，在保證產(chǎn)品管線鋼碳合格的前提下，將轉(zhuǎn)爐出鋼碳含量提高到5?

11、106以上，氧活度控制在400～600?106，避免了鋼水的過氧化。RH輕處理后鋼中碳含量降低到0.01%以下。同時(shí)，采用該工藝流程，由于采用沸騰出鋼，出鋼過程鋼水增氮得到明顯控制。采用RH輕處理工藝的缺點(diǎn)是脫氣在LF精煉前進(jìn)行，LF精煉過程中由于添加合金料和造渣劑，鋼水會增氫，鋼中氫、氮、夾雜較難控制。因此，本研究中采用了LF－RH精煉流程冶煉管線鋼，充分發(fā)揮RH去氣和脫除夾雜的功能，這也是特殊鋼冶煉常采用的精煉流程。前面的研究結(jié)果表

12、明該流程可生產(chǎn)更純凈、更潔凈的管線鋼。與VD相比，RH精煉周期短，脫氫能力強(qiáng)，在原始氮含量較高的情況下可脫氮。由于管線鋼在前期出鋼、鎮(zhèn)靜、吹氬、LF精煉過程中增氮較為嚴(yán)重，本試驗(yàn)中LF－VD、LF－RH和RH－LF三種不同精煉流程真空處理工序脫氮量分別為21?106、9?106和7?106，表明LF－RH精煉流程中RH發(fā)揮了一定的脫氮作用，但脫氮能力明顯低于VD精煉。同時(shí)由于RH精煉時(shí)要求鋼液裝入量比較大，但為了保證鋼包有一定的凈空，所

13、以LF造渣量要適當(dāng)減少，這會對LF造泡沫渣產(chǎn)生影響，從而影響LF精煉過程增氮控制效果，但該方面的影響小于為了滿足VD精煉要求而引起的影響。4結(jié)論1)采用三種精煉工藝均可生產(chǎn)高級別管線鋼，但采用LF－RH精煉流程可生產(chǎn)純凈度和潔凈度更高的管線鋼。2)LF－RH精煉流程中，在RH精煉時(shí)鋼水會發(fā)生二次氧化，鋼中出現(xiàn)Al2O3夾雜、需在RH精煉后對鋼水進(jìn)行鈣處理。3)LF具有較強(qiáng)的脫硫能力，但其脫硫能力及過程增氮控制會收到后序脫氣精煉手段的影響

14、；VD具有較強(qiáng)的脫氮和脫硫能力，但其脫硫效果收到上游LF精煉渣的制約，同時(shí)它又對LF造渣脫硫及增氮控制存在明顯影響；RH精煉具有較強(qiáng)脫氫和去除夾雜的能力，本試驗(yàn)中其脫氮能力遜于VD精煉，對上游LF精煉的影響較小。參考文獻(xiàn)1曾光廷，李靜緩，羅學(xué)厚。非金屬夾雜物與鋼的韌性研究，材料科學(xué)與工程，2000，18（2）：87－902張本源.管線鋼冶煉工藝技術(shù)的開發(fā)，天津冶金，2005，125（1）：8－103J.LiuY.BaoX.Dongeta