超低硫管線鋼冶煉技術(shù)基礎(chǔ)研究.pdf_第1頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

1、隨著我國(guó)石油、天然氣資源的開(kāi)發(fā)和利用,用于制造石油、天然氣輸送管線用的寬厚鋼板的需求量將不斷增加。具有高強(qiáng)度、高韌性、良好的可焊性、低溫下的斷裂抗力和抗H2S侵蝕能力,低合金高強(qiáng)度、高韌性的超純凈高級(jí)別管線鋼將成為21世紀(jì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)需求量較大的一類鋼種。降低管線鋼中有害元素特別是硫含量以及控制硫化物央雜物的形態(tài)和分布是冶金工作者一直探索的重要研究課題之一。 本課題以管線鋼硫含量的控制技術(shù)為核心,對(duì)本鋼生產(chǎn)條件下從鐵水預(yù)處理到精煉過(guò)

2、程的鋼中硫含量控制技術(shù)進(jìn)行了理論計(jì)算與分析,探索了各工藝的脫硫條件,分別建立了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的鐵水預(yù)處理終點(diǎn)硫含量預(yù)報(bào)模型、渣鋼脫硫熱力學(xué)模型及夾雜物預(yù)報(bào)模型,采用上述模型指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐或?qū)ιa(chǎn)結(jié)果進(jìn)行預(yù)報(bào)。在理論分析計(jì)算的基礎(chǔ)上,利用二次正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法,采用MoSi2電阻爐在1873K下開(kāi)展了渣鋼脫氧脫硫?qū)嶒?yàn)研究,分別得到了全氧含量及脫硫率與各影響因素間的回歸方程,并分析了各因素對(duì)鋼中全氧含量和脫硫率的影響規(guī)律,開(kāi)發(fā)了適于工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)

3、用的脫硫渣系。 在上述研究的基礎(chǔ)上,將實(shí)驗(yàn)室的研究成果應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐,按照本鋼實(shí)際生產(chǎn)條件,通過(guò)不斷的工藝優(yōu)化和生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)研究,分別設(shè)計(jì)了五種超低硫管線鋼生產(chǎn)工藝路線,取得了較好的冶煉效果,冶煉終點(diǎn)硫含量和夾雜物控制水平可以滿足高純凈度管線鋼的質(zhì)量要求。 最后,通過(guò)對(duì)冶煉出的四種主體成分相近而硫含量不同的管線鋼在相同條件下進(jìn)行了軋制試驗(yàn),對(duì)軋材進(jìn)行了相關(guān)性能檢測(cè),研究了管線鋼中硫含量對(duì)其機(jī)械性能和抗H2S行為的影響

4、。 通過(guò)上述研究,本論文獲得的主要結(jié)論如下: (1)鐵水用CaO和Mg脫硫時(shí),起主要脫硫作用的是Mg,產(chǎn)物MgS在高爐渣中是穩(wěn)定的,但在鐵水預(yù)脫硫過(guò)程中容易被空氣中的氧氧化產(chǎn)生回硫,CaO的加入對(duì)于穩(wěn)定脫硫產(chǎn)物防止回硫有利。 (2)開(kāi)發(fā)了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的鐵水預(yù)處理終點(diǎn)硫含量預(yù)報(bào)模型并用于實(shí)際預(yù)報(bào),采用100爐數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)報(bào)表明,模型預(yù)測(cè)精度較高,有12%的爐次預(yù)測(cè)誤差為0,89%的爐次達(dá)到命中范圍在±0.003%

5、以內(nèi),平均誤差為0.0020%。 (3)采用本課題所開(kāi)發(fā)的渣鋼脫硫反應(yīng)熱力學(xué)模型計(jì)算結(jié)果指導(dǎo)造渣過(guò)程,使用實(shí)驗(yàn)室研究所開(kāi)發(fā)的精煉渣實(shí)施冶煉過(guò)程爐渣成分控制,獲得了較好的超低硫管線鋼冶煉效果。 (4)喂SiCa線對(duì)夾雜物生成和變性處理的熱力學(xué)計(jì)算表明,溫度對(duì)Ca-S平衡曲線的影響是十分顯著,當(dāng)鋼液溫度降低時(shí),在相同的硫含量下形成CaS夾雜所需鈣含量迅速降低;在X70管線鋼中要求[Als]=0.02%左右的情況下,只有將鋼液

6、中的硫脫到0.0017%左右,才能同時(shí)實(shí)現(xiàn)氧化物變性成為12CaO·7Al2O3,同時(shí)硫化物也能得到變性。 (5)設(shè)計(jì)的五種超低硫管線鋼生產(chǎn)工藝路線中,工藝路徑C(DS→BFC→LF-IR→RH→CC)、D(DS→BFC→LF→CC)均能滿足極低硫管線鋼的純凈度要求。工藝路徑D生產(chǎn)的管線鋼純凈度水平較高,鋼中最低硫含量達(dá)到了0.0005%,平均硫含量為0.00115%。平均氮含量為0.00525%,全氧含量最低達(dá)到0.0015%

7、,平均為0.00215%。工藝路徑E(DS→BFC→LF→BSP)可以生產(chǎn)超低硫管線鋼,但最優(yōu)工藝還有待于進(jìn)一步研究。 (6)LF處理過(guò)程中Al脫氧首先生成大量Al2O3夾雜物,隨著冶煉過(guò)程中加入Si、Mn、Ti等脫氧劑和合金化、鈣處理過(guò)程的進(jìn)行,鋼中夾雜物的數(shù)量和成分逐漸發(fā)生變化,先生成含Al的復(fù)合夾雜物。喂入Ca-Si包芯線后,夾雜物變成大量的Al2O3-CaO夾雜,其中含有少量的MnO、MgO、MnS、CaS等,到LF終點(diǎn)

8、夾雜物數(shù)量最多,到中包中夾雜物的尺寸和數(shù)量均有大幅下降,鑄坯中未發(fā)現(xiàn)大于50μm的夾雜物,鑄坯中平均夾雜物數(shù)量達(dá)到最小值。 (7)隨著鋼中硫含量的增加,夾雜物中的硫含量增加。夾雜物中硫原子所占的百分比隨鋼中硫含量的增加而增加,但是對(duì)于鋼中硫含量為70×10-6的采用薄板坯連鑄生產(chǎn)的X65管線鋼其硫原子百分比卻低于鋼中硫含量為17×10-6的采用常規(guī)連鑄生產(chǎn)的X70管線鋼。 (8)A鋼([S]=5×10-6)和B鋼([S]

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