CN100522417C - 一种用转炉工艺生产高压锅炉管用连铸圆坯的方法 - Google Patents

一种用转炉工艺生产高压锅炉管用连铸圆坯的方法 Download PDF

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Abstract

一种用转炉工艺生产高压锅炉管用连铸圆坯的方法,属于转炉冶金领域,适用于生产高压锅炉管用钢。本发明20G高压锅炉管用钢控制成分为:[C]:0.17~0.24%,[Si]:0.17~0.37%,[Mn]:0.35~0.65%,[P]:≤0.025%,[S]:0~0.025%,[V]:≤0.08%,[Ni]:≤0.25%,[Cr]:≤0.25%,[Cu]:≤0.20%,[Mo]:≤0.15%。本发明的具体工艺步骤:高炉→顶底复吹转炉→LF精炼炉→VD真空炉→Φ150mm~Φ200mm圆坯连铸机→翻转冷床→检验→入库。本发明的优点在于:与电炉生产工艺相比产品质量好,残余元素(如Cu、Sn、Ni、Pb、Sb等)含量低,气体及夹杂含量少,钢水纯净度高。

Description

一种用转炉工艺生产高压锅炉管用连铸圆坯的方法
技术背景
本发明属于转炉冶金领域,特别是提供了一种用转炉工艺生产高压锅炉管用连铸圆坯的方法。
背景技术
高压锅炉管用钢是一种应用高温、高压锅炉领域的关键装备,因其长期在高温、高压下工作,受到炉水、燃气、应力等的作用,因此,要求钢的质量在高温区域内具有较高的持久强度,较高的蠕变强度和较好的抗蒸汽、氢、碱等腐蚀以及抗氧化性能。
目前,我国高压锅炉管用钢主要是使用热轧圆坯,很少使用连铸圆坯,与热轧圆坯相比较,连铸圆坯具有工艺简单、成材率高、能耗低等明显的优势,是高压锅炉管用钢的发展方向。现在国内生产连铸圆坯基本上采用的是电炉炼钢,其工艺流程为:电弧炉→精炼→连续铸钢。天津钢铁有限公司经过对高压锅炉管用钢研究,结合天钢先进的工艺装备和技术水平,决定采用高炉→转炉→LF炉→VD炉→连铸工艺开发研制20G高压锅炉管用钢。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用转炉工艺生产高压锅炉管用连铸圆坯的方法。提高了钢水纯净度,减轻微量残余元素带来的危害,提高高压锅炉管用钢的性能。
本发明20G高压锅炉管用钢的化学成分为:
控制成分为:[C]:0.17~0.24%,[Si]:0.17~0.37%,[Mn]:0.35~0.65%,[P]:≤0.025%,[S]:0~0.025%,[V]:≤0.08%,[Ni]:≤0.25%,[Cr]:≤0.25%,[Cu]:≤0.20%,[Mo]:≤0.15%。
本发明优选成分为:[C]:0.19~0.21%,[Si]:0.24~0.29%,[Mn]:0.47~0.52%,[P]:≤0.020%,[S]:0~0.010%,[V]:≤0.08%,[Ni]:≤0.25%,[Cr]:≤0.25%,[Cu]:≤0.20%,[Mo]:≤0.15%。
另外,20G对钢中Pb、Sn、As、Sb、Bi元素含量总和要求其含量为≤200ppm。
本发明的工艺:
高炉→顶底复吹转炉→LF精炼炉→VD真空炉→Φ150mm~Φ200mm圆坯连铸机→翻转冷床→检验→入库。具体工艺步骤:
(1)原料:采取精料原则,入炉铁水要求:[Si]:0.30~0.85%、[P]:0~0.080%、[S]:0~0.030%。
(2)转炉冶炼:铁水进入顶底复吹转炉冶炼,与传统顶吹转炉相比,强化了冶炼过程中对熔池的搅拌,促进各种冶金反应的进行和温度成分的均匀。顶底复吹转炉采用低氧压、大流量氧枪供氧,氧压为0.8~0.85MPa、流量为22800~23200m3/h;底吹氩气或氮气搅拌;转炉冶炼前、中期造渣脱P,中、后期造渣脱S;转炉出钢过程中采取挡渣出钢,控制下渣量0~50mm,防止回磷;出钢过程中向钢包内加入合成渣料(主要成份为CaF、CaO)进行渣洗,进一步脱硫去夹杂;采取高拉碳操作,转炉出钢目标要求钢水[C]:0.08~0.13%、[P]:0~0.010%。
(3)LF精炼:由于该钢种要求成分均匀稳定,各炉次之间波动范围小,对钢中夹杂物含量要求严格,因此LF精炼工序围绕调整和均匀化学成分、钢中夹杂物变性和去除、调整温度等方面进行控制,在LF精炼过程中钢水中[C]、[Si]、[Mn]、[S]的控制范围为:[C]:0.17~0.24%,[Si]:0.17~0.37%,[Mn]:0.35~0.65%,[S]:0~0.025%,其优选范围为:[C]:0.19~0.21%,[Si]:0.24~0.29%,[Mn]:0.47~0.52%,[S]:0~0.010%;控制到VD精炼的到站温度为1625±5℃。
针对该品种的特点研制一种专用精炼渣(专用精炼渣是指已申请发明专利,申请号:200610011709.7,成分为:CaO:40~48%;Al2O3:38~45%;MgO:6~10%;SiO2:0.5~6%;Fe2O3:0.1~2%);精炼过程中使用专用精炼渣,提高成渣速度和精炼效果,造发泡白渣,稳定精炼操作,白渣精炼时间15~20分钟,LF精炼处理时间在30~35分钟。
(4)VD精炼工序:钢水真空处理要求在真空度≤67Pa下保持时间10~15分钟,同时采用压力为0.15~0.25MPa的弱吹氩搅拌,避免大翻,有效脱除钢中气体,降低钢中夹杂物含量;真空处理结束后,喂CaSi丝80~120m,改善钢水流动性及夹杂物变性处理,保证浇注的顺利进行;喂丝结束后,进行压力为0.15~0.20MPa的软吹操作,保证足够的软吹时间5~10分钟,使钢中化学成分和温度均匀,夹杂物得到进一步去除,保证钢水出站氢含量为0~2ppm;温度控制,要求连铸到站温度为1580±5℃。
(5)连铸:Φ150mm~Φ200mm圆坯连铸机,为保证铸坯质量和连铸的顺利进行,重点控制以下几个方面:
a.连铸过程中钢包到中间包、中间包到结晶器采取全程加保护套管保护浇注,防止钢水二次氧化,保证钢水的纯净度;
b.合理控制铸机二冷水分布及二冷水比水量,保证二冷冷却的均匀;水的分布为一段占30%,二段占50%,三段占20%,比水量0.90~1.10L/Kg,以达到减少甚至杜绝铸坯内部裂纹的发生;
c.钢水过热度控制在20~35℃范围内,稳定拉速为1.7~3.2m/min,按照不同规格拉速的优选范围为:Φ150mm:2.8~3.2m/min、Φ160mm:2.4~2.8m/min、Φ180mm:1.9~2.3m/min、Φ200mm:1.7~2.0m/min;
d.中间包设置挡墙,以促进夹杂物上浮去除。中间包涂层材质采用MgCa质材料,减轻中间包耐火材料侵蚀带来的夹杂对钢液的污染;
e.使用结晶器电磁搅拌,保证铸坯结晶组织致密、均匀,减少铸坯柱状晶率,避免铸坯裂纹、缩孔等缺陷。
本发明采用CONCAST六机六流全弧型圆坯连铸机,配有结晶器和凝固末端两级电磁搅拌系统、二冷自动配水系统,结晶器液面自动检测和控制系统,加套管无氧化浇注,保证铸坯组织均匀、表面及内在质量最优。
本发明的优点在于:与电炉生产工艺相比,钢中残余元素(如Cu、Sn、Ni、Pb、Sb等)含量低,气体及夹杂含量少,钢水纯净度高,产品质量更好;该钢种化学成分控制严格,整批供货均匀、波动小;采用顶底复吹技术,低压大流量氧枪供氧,吹炼平稳,成分和温度命中率高;出钢时向包中加入专用合成渣,进行渣洗,进一步脱硫,去除夹杂;LF、VD精炼工序配有钢包全过程底吹氩及钢包喂丝设备,可以有效脱除钢中气体,降低钢中夹杂物含量,提高钢水纯净度;LF炉精炼采用自主研制开发的精炼渣和钢包喂CaSi工艺,保证成分调整均匀,夹杂物变性处理,有利于去除;采用结晶器电磁搅拌工艺,提高铸坯质量。
具体实施方式
实施例1
生产工艺流程:高炉→顶底复吹转炉→LF精炼炉→VD真空炉→圆坯连铸机→翻转冷床→检验→入库。
(1)入炉铁水:[Si]:0.45%、[P]:0.070%、[S]:0.028%。
(2)转炉冶炼:
冶炼钢种20G,顶底复吹转炉采用低压大流量氧枪供氧,底吹氩气或氮气,氧压为0.8MPa、流量为22800m3/h,前、中期造渣脱P,中、后期造渣脱S,然后采取高拉碳操作,出钢[C]:0.08%、[P]:0.007%;转炉出钢采用挡渣出钢,严格控制下渣,下渣厚度40mm。同时出钢过程中向钢包内加入专用合成渣料进行渣洗。
(3)LF精炼
成分控制:[C]:0.20%、[Si]:0.26%、[Mn]:0.51%,[S]:0.005%;精炼使用专用精炼渣,造发泡白渣,白渣精炼时间16分钟;精炼出站温度控制为1628℃,LF精炼处理时间31分钟。
(4)VD精炼工序
钢水真空处理真空度60Pa时保持10分钟,同时0.20MPa压力吹氩搅拌;出站氢含量为1.2ppm;喂CaSi丝100m,改善钢水流动性及夹杂物变性处理;喂CaSi丝结束后,进行压力为0.17MPa的软吹操作9分钟;调整连铸到站温度1582℃。
(5)连铸工序:铸坯断面Φ150mm
a.连铸大包到中间包、中间包到结晶器采取全程加保护套管保护浇注;
b.铸机二冷水分布及二冷水比水量,一段占30%,二段占50%,三段占20%,比水量1.10L/Kg;
c.钢水的过热度25℃,拉速3.0m/min;
d.中间包设置挡墙;
e.使用结晶器电磁搅拌。
实施例2
生产工艺流程:高炉→顶底复吹转炉→LF精炼炉→VD真空炉→圆坯连铸机→翻转冷床→检验→入库。
(1)入炉铁水:[Si]:0.50%、[P]:0.075%、[S]:0.025%。
(2)转炉冶炼
冶炼钢种20G,顶底复吹转炉采用低压大流量氧枪供氧,底吹氩气或氮气,氧压为0.82MPa、流量为22900m3/h,前、中期造渣脱P,中、后期造渣脱S,然后采取高拉碳操作,出钢[C]:0.10%、[P]:0.008%;转炉出钢采用挡渣出钢,严格控制下渣,下渣厚度45mm。同时出钢过程中向钢包内加入专用合成渣料进行渣洗。
(3)LF精炼
成分控制:[C]:0.21%、[Si]:0.27%、[Mn]:0.50%,[S]:0.006%;精炼使用专用精炼渣,造发泡白渣,白渣精炼时间17分钟;精炼出站温度控制为1629℃,LF精炼处理时间33分钟。
(4)VD精炼工序
钢水真空处理真空度65Pa时保持12分钟,同时0.23MPa压力吹氩搅拌;出站氢含量为1.5ppm;喂CaSi丝110m,改善钢水流动性及夹杂物变性处理;喂CaSi丝结束后,进行压力为0.18MPa的软吹操作8分钟;调整连铸到站温度1583℃。
(5)连铸工序:铸坯断面Φ160mm
a.连铸大包到中间包、中间包到结晶器采取全程加保护套管保护浇注;
b.铸机二冷水分布及二冷水比水量,一段占30%,二段占50%,三段占20%,比水量1.00L/Kg;
c.钢水的过热度28℃,拉速2.6m/min;
d.中间包设置挡墙;
e.使用结晶器电磁搅拌。
实施例3
生产工艺流程:高炉→顶底复吹转炉→LF精炼炉→VD真空炉→圆坯连铸机→翻转冷床→检验→入库。
(1)入炉铁水:[Si]:0.55%、[P]:0.067%、[S]:0.026%。
(2)转炉冶炼
冶炼钢种20G,顶底复吹转炉采用低压大流量氧枪供氧,底吹氩气或氮气,氧压为0.85MPa、流量为23100m3/h,前、中期造渣脱P,中、后期造渣脱S,然后采取高拉碳操作,出钢[C]:0.08%、[P]:0.007%;转炉出钢采用挡渣出钢,严格控制下渣,下渣厚度35mm。同时出钢过程中向钢包内加入专用合成渣料进行渣洗。
(3)LF精炼
成分控制:[C]:0.22%、[Si]:0.24%、[Mn]:0.50%,[S]:0.005%;精炼使用专用精炼渣,造发泡白渣,白渣精炼时间19分钟;精炼出站温度控制为1628℃,LF精炼处理时间34分钟。
(4)VD精炼工序
钢水真空处理真空度62Pa时保持13分钟,同时0.18MPa压力吹氩搅拌;出站氢含量为1.2ppm;喂CaSi丝100m,改善钢水流动性及夹杂物变性处理;喂CaSi丝结束后,进行压力为0.18MPa的软吹操作10分钟;调整连铸到站温度1582℃。
(5)连铸工序:铸坯断面Φ180mm
a.连铸大包到中间包、中间包到结晶器采取全程加保护套管保护浇注;
b.铸机二冷水分布及二冷水比水量,一段占30%,二段占50%,三段占20%,比水量0.95L/Kg;
c.钢水的过热度29℃,拉速2.1m/min;
d.中间包设置挡墙;
e.使用结晶器电磁搅拌。
实施例4
生产工艺流程:高炉→顶底复吹转炉→LF精炼炉→VD真空炉→圆坯连铸机→翻转冷床→检验→入库。
(1)入炉铁水:[Si]:0.60%、[P]:0.065%、[S]:0.025%。
(2)转炉冶炼
冶炼钢种20G,顶底复吹转炉采用低压大流量氧枪供氧,底吹氩气或氮气,氧压为0.85MPa、流量为23200m3/h,前、中期造渣脱P,中、后期造渣脱S,采取高拉碳操作,出钢[C]:0.13%、[P]:0.009%;转炉出钢采用挡渣出钢,严格控制下渣,下渣厚度30mm。同时出钢过程中向钢包内加入专用合成渣料进行渣洗。
(3)LF精炼
成分控制:[C]:0.19%、[Si]:0.28%、[Mn]:0.50%,[S]:0.006%;精炼使用专用精炼渣,造发泡白渣,白渣精炼时间18分钟;精炼出站温度控制为1625℃。LF精炼处理时间32分钟。
(4)VD精炼工序
钢水真空处理真空度65Pa时保持12分钟,同时0.22MPa压力吹氩搅拌;出站氢含量为1.5ppm;喂CaSi丝120m,改善钢水流动性及夹杂物变性处理;喂CaSi丝结束后,进行压力为0.19MPa的软吹操作6分钟;调整连铸到站温度1580℃。
(5)连铸工序:铸坯断面Φ200mm
a.连铸大包到中间包、中间包到结晶器采取全程加保护套管保护浇注;
b.铸机二冷水分布及二冷水比水量,一段占30%,二段占50%,三段占20%,比水量0.92L/Kg;
c.钢水的过热度28℃,拉速1.9m/min;
d.中间包设置挡墙;
e.使用结晶器电磁搅拌。

Claims (3)

1、一种用转炉工艺生产高压锅炉管用连铸圆坯的方法,其特征在于:工艺步骤为:高炉铁水进入顶底复吹转炉,出钢后采用LF精炼炉、VD真空炉精炼,再用Φ150mm~Φ200mm圆坯连铸机连铸,最后翻转冷床、检验、入库;其中,
顶底复吹转炉工艺中入炉铁水成分要求[Si]:0.30~0.85%、[P]:0~0.080%、[S]:0~0.030%;顶底复吹转炉采用氧压为0.8~0.85MPa、流量为22800~23200m3/h,底吹氩气或氮气搅拌;转炉冶炼的前、中期造渣脱P,中、后期造渣脱S;转炉出钢采取挡渣出钢,控制下渣量0~50mm;转炉出钢时要求钢水[C]、[P]达到[C]:0.08~0.13%、[P]:0~0.010%;
LF精炼过程中钢水中[C]、[Si]、[Mn]、[S]的控制范围为:[C]:0.17~0.24%,[Si]:0.17~0.37%,[Mn]:0.35~0.65%,[S]:0~0.025%;精炼过程中使用专用精炼渣,造发泡白渣,白渣精炼时间15~20分钟,精炼时间为30~35分钟;控制VD精炼的到站温度为1625±5℃;所述的专用精炼渣成分为:CaO:40~48%;Al2O3:38~45%;MgO:6~10%;SiO2:0.5~6%;Fe2O3:0.1~2%;
VD精炼工艺中钢水真空处理要求真空度≤67Pa下保持时间10~15分钟,同时采用压力为0.15~0.25MPa的吹氩搅拌;VD真空处理结束后喂CaSi丝80~120m;喂CaSi丝结束后,进行压力为0.15~0.20Mpa的软吹操作,软吹时间5~10分钟;出站氢含量为0~2ppm;注重温度控制,要求到连铸台温度为1580±5℃;
圆坯连铸工艺中控制连铸机二冷水分布及二冷水比水量,水的分布为一段占30%,二段占50%,三段占20%,比水量0.90~1.10L/Kg;连铸过程中钢包到中间包、中间包到结晶器采取全程加保护套管保护浇注,防止钢水二次氧化,保证钢水的纯净度;钢水的过热度控制在20~35℃范围内,稳定拉速为1.7~3.2m/min;中间包设置挡墙,采用MgCa质涂层材料,减轻中间包耐火材料侵蚀带来的夹杂对钢液的污染;使用结晶器电磁搅拌技术。
2、按照权利要求1所述的方法,其特征在于:所述LF精炼过程中钢水中[C]、[Si]、[Mn]、[S]的控制范围为:[C]:0.19~0.21%,[Si]:0.24~0.29%,[Mn]:0.47~0.52%,[S]:0~0.010%。
3、按照权利要求1所述的方法,其特征在于:所述圆坯连铸工艺中按照不同规格稳定拉速为:Φ150mm:2.8~3.2m/min、Φ160mm:2.4~2.8m/min、Φ180mm:19~23m/min、Φ200mm:1.7~2.0m/min。
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