CN101240397B - 转炉-rh-lf-连铸生产管线钢的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于冶金领域,是转炉-RH-LF-连铸生产管线钢的工艺,包括转炉过程和终点控制、留氧出钢工艺、RH脱碳脱气工艺、RH脱氧合金化工艺和LF脱硫工艺。本发明利用RH留氧自然脱碳,可减轻转炉脱碳负担,降低钢水氧化性,更好的满足X70、X80等管线钢对低碳和高纯净度质量要求。经本发明转炉-RH-LF-连铸新工艺生产的管线钢,碳可以按目标成分要求稳定控制在0.035-0.050%,N≤0.0060%、H≤0.0003%、P≤0.013%、S≤0.002%,夹杂物粗系和细系均≤1.5级。
Description
技术领域
本发明属于冶金领域,涉及一种管线钢的生产工艺,具体的说是转炉-RH-LF-连铸生产管线钢的工艺。
背景技术
RH循环真空脱气法是1957年原西德鲁尔钢铁公司(Ruhrstahl)和海拉斯公司(Heraeus)联合研制成功的,具有脱气效果好、留氧自然脱碳或吹氧脱碳、处理钢水量大、合金微调等功能,适合冶炼低碳、超低碳高纯净钢。为了满足X65、X70及以上级别管线钢高韧性、良好焊接性能以及抗HIC、SCC性能的要求,在冶炼工艺上必须保证钢水的低碳和高纯净度,C≤0.070%甚至≤0.050%、N≤0.0060%、H≤0.0003%、P≤0.013%、S≤0.002%,尽可能降低夹杂物总量并进行变性处理。采用RH真空精炼和LF钢包精炼联合处理工艺,可以很好的满足高级别钢线钢对钢水质量的要求,目前鞍钢、宝钢、武钢等国内钢厂采用的生产工艺为:铁水预处理→顶底复吹转炉→LF精炼→RH真空处理及钙处理→浇注,即LF-RH工艺,由转炉完成脱碳、脱磷任务,RH的真空脱碳功能没有得到开发利用,即通过降低[C]+[O]={CO}反应的气体分压促进反应正向进行,转炉留氧出钢,在不吹氧条件下钢水脱碳可达到小于0.005%的水平。
在LF-RH工艺中,从转炉出钢到浇注过程由于合金、覆盖剂、保护渣等含碳材料的使用和耐材侵蚀,不可避免会引起钢水增碳,据相关资料介绍其增碳量在0.002-0.004%,为了满足成品C≤0.070%的要求,转炉必须将碳脱致0.003%以下,根据铁碳选择氧化关系,在C≤0.003%时将造成炉内钢水过氧化、铁大量吹损,由复枪定氧和炉渣分析结果显示,钢水T.O≥1200ppm、炉渣T.Fe在25-30%之间,对钢水质量、炉衬寿命、钢铁料消耗等技经指标均带来不利影响。对于西气东输二线和国外普遍使用的X80管线钢,为了将强韧性和焊接性能控制在较好水平,提出成品C≤0.050%的要求,仅靠转炉脱碳和控制后道工序增碳无法批量稳定生产。
管线钢含氮量过高,会降低钢的韧性、焊接性能、热应力区韧性,使钢材脆性增加,原有的LF-RH工艺对钢水氮的控制不利,主要因为转炉终点钢水含氮高、出钢过程吸氮严重:伴随转炉脱碳反应,钢水存在脱氮和吸氮两个相反的过程,碳氧反应生成的CO气泡对钢水中的氮相当于一个小真空室,同时反应区的温度高(约2600℃)消除了钢水中表面活性元素氧对脱氮的抑制作用,具有良好的脱氮效果,但在吹炼后期深脱碳时,碳氧反应速度变缓,钢水以吸氮为主,在终点C≤0.003%时,氮含量将达到25-30ppm;氧是表面活性物元素,会吸附在钢液表面,阻碍钢液吸氮和脱氮界面反应的进行,钢液融解氧对吸氮过程有决定性的影响,其含量决定了钢液吸氮速率的大小,在LF-RH工艺出钢过程中,钢液脱氧充分,氧活度低,并且动力学条件良好,吸氮倾向非常明显。如果采用留氧出钢,利用RH真空循环脱氧,当出钢融解氧大于200-400ppm这一临界值后,钢液吸氮过程将基本停滞。LF-RH生产管线钢工艺在转炉终点氧含量、转炉炉龄、钢铁料消耗、成品碳含量等方面都存在一定的不足,详见下表:
表1
转炉终点氧含量 | 转炉炉龄 | 钢铁料消耗 | 成品碳含量 | |
LF-RH工艺 | ≥1200ppm | 7000-8000炉 | 1160Kg/t钢 | 0.045-0.070% |
正常水平 | 400~1000ppm | >15000炉 | 1130Kg/t钢 | 目标碳0.050%;X80要求0.035-0.045% |
发明内容
本发明的目的为了消除现有LF-RH工艺生产管线钢的不足,提出一种可减轻转炉脱碳负担,降低钢水氧化性,更好的满足X65、X70、X80等管线钢对低碳和高纯净度质量要求的转炉-RH-LF-连铸生产管线钢的工艺。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
转炉-RH-LF-连铸生产管线钢的工艺,包括转炉过程和终点控制、留氧出钢工艺、RH脱碳脱气工艺、RH脱氧合金化工艺和LF脱硫工艺;
转炉过程和终点控制中,转炉采用高拉补吹模式,渣料的90-100%在前期加入,控制碱度≥3.5,在吹炼过程中适当补加返矿,保持前期脱磷温度,炉温控制在1420-1500℃之间,一倒达到[P]≤0.008%后,补吹拉碳提温;
留氧出钢工艺中,转炉出钢碳为0.04-0.06%,出钢过程加入低碳锰铁、精炼渣、石灰和铝控制钢水含氧量,进行留氧出钢;低碳锰铁和精炼渣成分见下表2:
表2
名称 | 化学成分% | |||||
精炼渣 | CaO | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | SiO<sub>2</sub> | MgO | C | H<sub>2</sub>O |
50~55 | 28~32 | ≤6 | ≤6 | ≤0.15 | ≤0.5 | |
低碳锰铁 | Mn | C | Si | P | S | |
80-87 | ≤0.4 | ≤2.0 | ≤0.10 | ≤0.03 |
RH脱碳脱气工艺中,在不吹氧的条件下抽真空进行自然脱碳;
RH脱氧合金化工艺中,加入铝镁锰复合脱氧剂(含Al:60%,Mg:3%,Mn:5%的复合脱氧剂)脱除钢水中多余的氧,然后用低碳锰铁、硅铁和超低碳合金(含Mn、Si、Al的复合合金)对钢水进行合金化,其中锰按照钢种内控目标值-0.10%控制,硅按照钢种内控目标值-0.05%控制,铝按照≤0.030%控制,RH合金化后,降低RH真空度,保证终点钢水[H]≤1.5ppm;
LF脱硫工艺中,LF炉渣采用CaO-Al2O3-SiO2三元渣系,钢水到LF炉后,向渣面撒入铝粒造还原渣,迅速降低渣中MnO+FeO含量到0.5%以下,同时在保证炉内微正压的前提下,提高钢包底吹氩流量到300-600NL/min之间,LF终点硫分配比≥200,[S]≤0.002%。
本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现:
前述的转炉-RH-LF-连铸生产管线钢的工艺,其中所述转炉过程和终点控制中,转炉终点控制:[C]0.04-0.06%、[P]≤0.008%、[S]≤0.008%、T≥1680℃。
前述的转炉-RH-LF-连铸生产管线钢的工艺,其中所述留氧出钢工艺中,精炼渣和石灰按1∶1比例加入,吨钢总加入量为13Kg/t钢,出钢铝的加入量按公式“(TSO氧值-到RH目标氧)÷100)×18.4÷0.92”计算,控制RH钢水[Mn]:0.50-0.60%、[O]:150-300ppm。
前述的转炉-RH-LF-连铸生产管线钢的工艺,其中所述RH脱碳脱气工艺中,通过降低[C]+[O]={CO}反应的CO气体分压促进脱碳反应进行,脱碳时间为2-4分钟。
前述的转炉-RH-LF-连铸生产管线钢的工艺,其中所述RH脱氧合金化工艺中,控制RH钢水[Alt]为0.015-0.030%,钢水经两次循环后,按RH合金化目标成分配加合金,降低RH真空度≤5.0mbar,保持10分钟以上,保证终点钢水[H]≤1.5ppm。
前述的转炉-RH-LF-连铸生产管线钢的工艺,其中所述LF脱硫工艺中,铝粒小批量、多批次撒入,每批次撒入量为10到40kg。
本发明的优点为:本发明的转炉-RH-LF-连铸生产管线钢的工艺可消除现有LF-RH工艺生产管线钢的不足,利用RH留氧自然脱碳,减轻转炉脱碳负担,降低钢水氧化性,更好的满足X70、X80等管线钢对低碳和高纯净度的质量要求。经转炉-RH-LF-连铸工艺生产的管线钢等低碳真空钢,碳可以按目标成分要求稳定控制在0.030-0.050%,N≤0.0060%、H≤0.00025%、P≤0.013%、S≤0.002%,夹杂物粗系和细系均≤2.0级。利用本发明工艺生产管线钢的工艺质量效果及与LF-VD对比如下表:
表3
项目 | RH-LF工艺 | LF-VD工艺 |
炉产量(吨) | 156±2 | 125-130 |
钢铁料消耗(Kg/t钢) | 1130 | 1160 |
转炉炉龄(炉) | >15000 | 7000-8000 |
转炉终点氧含量(ppm) | 600-1000 | ≥1200 |
项目 | RH-LF工艺 | LF-VD工艺 |
成品碳含量(%) | 0.030-0.050,目标控制 | 0.045-0.070,偏上限控制 |
成品氧含量(ppm) | ≤18 | ≤18 |
成品氮含量(ppm) | ≤60 | ≤80;≤60内控合格率75% |
成品氢含量(ppm) | ≤2.5 | ≤2.5 |
成品磷含量(%) | ≤0.013 | ≤0.013 |
成品硫含量(%) | 0.0002-0.002 | 0.0002-0.002 |
夹杂物控制水平 | ≤2.0级 | ≤2.0级 |
开发超低碳钢 | 可以 | 无法实现 |
本发明的优点可总结如下:1、实现转炉终点高温、低磷、留碳控制:[C]0.04-0.06%、[P]≤0.008%、T≥1680℃。具体实现方法是转炉冶炼采用高拉补吹操作,渣料的90-100%在前期加入,保证大渣量、高碱度≥3.5,在吹炼过程中适当补加返矿,炉温控制在1420-1500℃之间,维持炉内最佳的脱磷温度,一倒达到P≤0.008%要求后,迅速补吹拉碳提温。2、根据RH脱碳要求,利用锰氧平衡控氧出钢,控制到RH钢水[Mn]0.50-0.60%、[O]150-300ppm,在不吹氧条件下RH钢水脱碳可达到小于0.005-0.035%的水平。3、采用CaO-Al2O3-SiO2三元低熔点渣系,钢包渣料集中在转炉出钢过程配加,即1吨精炼渣和1吨石灰,保证RH浸渍管不粘渣前提下,有效控制LF处理过程增氢问题。4、开发了LF深脱硫S≤0.002%的工艺,解决了留氧出钢对LF脱硫的负面影响,采用CaO-Al2O3-SiO2三元渣系的低熔点、高碱度成分设计,在LF炉小批量、多批次撒入铝粒,迅速降低渣中MnO+FeO含量到0.5%以下,同时在保证炉内微正压的前提下,提高钢包底吹氩流量到300-600NL/min,保证渣钢界面反应的动力学条件。5、转炉采用留氧出钢,出钢融解氧接近200-400ppm这一临界值,钢液吸氮过程基本停滞,有效控制出钢吸氮。6、利用RH钢水循环的良好动力学条件,在RH工序快速完成钢水脱氧合金化工作,减轻LF负担和增氢影响。
具体实施方式
本发明的转炉-RH-LF-连铸生产管线钢的工艺,包括转炉过程和终点控制、留氧出钢工艺、RH脱碳脱气工艺、RH脱氧合金化工艺、LF脱硫工艺,转炉采用高拉补吹模式,渣料的90-100%在前期加入,控制碱度≥3.5,在吹炼过程中适当补加返矿,炉温控制在1420-1500℃之间,维持炉内最佳的脱磷温度,一倒达到P≤0.008%要求后,补吹拉碳提温,转炉终点控制:[C]0.04-0.06%、[P]≤0.008%、[S]≤0.008%、T≥1680℃,保证到RH温度≥1580℃,采用挡渣锥挡渣出钢,控制下渣回磷量<0.005%。
根据RH脱碳要求,控制转炉出钢留氧量,出钢过程加入低碳锰铁、1吨精炼渣和1吨石灰、适当加入铝控制渣中MnO含量,利用锰氧平衡控制钢水留氧量,钢水中[Mn]0.50-0.60%、[O]150-300ppm。钢水到达RH工位测温、取样、定氧,判断钢水符合条件后,抽真空进行自然脱碳,利用烟气分析系统监控脱碳反应进行程度,一般脱碳时间5-8分钟,X60-X70管线钢RH脱碳目标值≤0.025%,X80管线钢RH脱碳目标值≤0.015%。RH脱碳达到目标值后,加入铝镁锰脱除钢水中多余的氧,要求[Alt]0.015-0.030%,钢水经两次循环后,按RH合金化目标成分配加合金,降低RH真空度≤5.0mbar,保持10分钟以上,保证终点钢水[H]≤1.5ppm。
经RH处理的钢水在LF主要完成深脱硫、升温和成分微调的任务。钢水到LF炉后向渣面撒入铝粒造还原渣,要求小批量、多批次撒入,每批次撒入量为10到40kg,迅速降低渣中MnO+FeO含量到1.0%以下,同时在保证炉内微正压的前提下,提高钢包底吹氩流量到300-600NL/min之间,保证渣钢界面反应的动力学条件,提高脱硫效率,LF终点硫可以控制在2-20ppm。在LF精炼过程中不使用萤石,可根据渣况,少量补加石灰,以保证渣子碱度和粘度合适,并控制增氢量。经LF处理合格的钢水喂入500-700米钙铁线(含钙29-35%,线密度240-260g/m),静搅10分钟以上,进行浇注。
经转炉-RH-LF-连铸工艺生产的管线钢,碳可以按目标成分要求稳定控制在0.035-0.050%,N≤0.0060%、H≤0.00025%、P≤0.013%、S≤0.002%,夹杂物粗系和细系均≤1.5级,到07年12月已经稳定生产X60-X80管线钢22.1380万吨。
实施例:
本实施例为X65管线钢的冶炼,X65管线钢生产工艺流程为:铁水倒罐→铁水预处理→转炉→RH→LF→连铸。X65管线钢内控化学成分见下表:
表4
成份% | C | Mn | Si | P | S | N | O | H |
内控 | 0.04-0.07 | 1.48-1.58 | 0.15-0.30 | ≤0.013 | ≤0.0020 | ≤0.0060 | ≤0.0030 | ≤0.0003 |
目标 | 0.050 | 1.55 | 0.25 | ≤0.013 | ≤0.0020 | ≤0.0060 | ≤0.0030 | ≤0.0003 |
转炉工艺
铁水经预处理,控制入炉铁水S≤0.003%,废钢全部采用低磷、低硫自产循环废钢,铁水、废钢比例5.3∶1,稳定出钢量156±2吨;转炉采用高拉补吹模式,根据铁水成分温度,加入石灰7.5-10.0t、轻烧白云石3.0-4.5t、轻烧镁球1.0-1.5t,渣料的90-100%在前期加入,控制碱度≥3.5,在吹炼过程中适当补加返矿,炉温控制在1420-1500℃之间,维持炉内最佳的脱磷温度,一倒达到P≤0.008%要求后,补吹拉碳提温,转炉终点控制:[C]0.04-0.06%、[P]≤0.008%、[S]≤0.008%、T≥1680℃,保证到RH温度≥1580℃,采用挡渣锥挡渣出钢,控制下渣回磷量<0.005%。
根据RH脱碳要求,控制转炉出钢留氧量,出钢过程加入低碳锰铁、1吨精炼渣和1吨石灰、适当加入铝降低渣中MnO含量,利用锰氧平衡控制钢水留氧量,钢水中[Mn]0.50-0.60%、[O]150-300ppm。
RH工艺
钢水到达RH工位测温、取样、定氧,判断钢水符合条件后,抽真空进行自然脱碳。利用烟气分析系统监控脱碳反应进行程度,一般脱碳时间2-4分钟,控制RH脱碳目标值≤0.025%。RH脱碳达到目标值后,加入铝镁锰脱除钢水中多余的氧,要求[Alt]0.015-0.030%,钢水经两次循环后,按表5要求的RH合金化目标成分配加合金,然后降低RH真空度≤5.0mbar,保持10分钟以上,保证终点钢水[H]≤1.5ppm。
表5
成份% | C | Mn | Si | Alt |
目标 | ≤0.030 | 1.45±0.07 | 0.20±0.05 | 0.015-0.030 |
LF工艺
经RH处理的钢水在LF主要完成深脱硫、升温和成分微调的任务。钢水到LF炉后向渣面撒入铝粒造还原渣,要求小批量、多批次撒入,每批次撒入量为10到40kg,迅速降低渣中MnO+FeO含量到0.5%以下,同时在保证炉内微正压的前提下,提高钢包底吹氩流量到300-600NL/min之间,保证渣钢界面反应的动力学条件,提高脱硫效率,LF终点硫可以控制在2-20ppm。在LF精炼过程中不使用萤石,可根据渣况,少量补加石灰,以保证渣子具有合适的碱度和粘度,并控制增氢量。在LF工位按X65内控目标成分微调合金,吊包温度控制在1562-1577℃,开浇炉次温度上调5℃,保证连铸中包钢水过热度在10-20℃,经LF处理合格的钢水喂入500-700米钙铁线,静搅10分钟以上,上连铸进行浇注。
质量控制水平
经转炉-RH-LF-连铸工艺冶炼的X65管线钢质量控制水平:C0.045-0.055%,N≤0.0060%、H≤0.00025%、P≤0.013%、S≤0.002%,夹杂物粗系和细系均≤1.5级。
本发明还可以有其它实施方式,凡采用同等替换或等效变换形成的技术方案,均落在本发明要求保护的范围之内。
Claims (6)
1.转炉-RH-LF-连铸生产管线钢的工艺,包括转炉过程和终点控制、RH脱碳脱气工艺和RH脱氧合金化工艺;所述RH脱氧合金化工艺中,加入铝镁锰复合脱氧剂脱除钢水中多余的氧,然后用低碳锰铁、硅铁和超低碳合金对钢水进行合金化,其中锰按照钢种内控目标值-0.10%控制,铝按照≤0.030%控制;所述管线钢按质量百分比包括以下化学成分:C:0.045-0.07%,Mn:1.48-1.58%,Si:0.15-0.30%,P≤0.013%,S≤0.002%,N≤0.0060%,O≤0.0030%,H≤0.0003%,余量为铁;其特征在于:还包括留氧出钢工艺和LF脱硫工艺;
所述转炉过程和终点控制中,转炉采用高拉补吹模式,渣料的90-100%在前期加入,控制碱度≥3.5,在吹炼过程中适当补加返矿,保持前期脱磷温度,炉温控制在1420-1500℃之间,一倒达到[P]≤0.008%后,补吹拉碳提温;
所述留氧出钢工艺中,转炉出钢碳为0.04-0.06%,出钢过程加入低碳锰铁、精炼渣、石灰和铝控制钢水含氧量,进行留氧出钢;
所述RH脱碳脱气工艺中,在不吹氧的条件下抽真空进行自然脱碳;
所述RH脱氧合金化工艺中,硅按照钢种内控目标值-0.05%控制,RH合金化后,降低RH真空度,保证终点钢水[H]≤1.5ppm;
所述LF脱硫工艺中,LF炉渣采用CaO-Al2O3-SiO2三元渣系,钢水到LF炉后,向渣面撒入铝粒造还原渣,迅速降低渣中MnO+FeO含量到0.5%以下,同时在保证炉内微正压的前提下,提高钢包底吹氩流量到300-600NL/min之间,LF终点硫分配比≥200,[S]≤0.002%。
2.如权利要求1所述的转炉-RH-LF-连铸生产管线钢的工艺,其特征在于:所述转炉过程和终点控制中,转炉终点控制:[C]0.04-0.06%、[P]≤0.008%、[S]≤0.008%、T≥1680℃。
3.如权利要求1所述的转炉-RH-LF-连铸生产管线钢的工艺,其特征在于:所述留氧出钢工艺中,精炼渣和石灰按1∶1比例加入,吨钢总加入量为13Kg/t钢,出钢铝的加入量按公式“(TSO氧值-到RH目标氧)÷100)×18.4÷0.92”计算,控制RH钢水[Mn]:0.50-0.60%、[O]:150-300ppm。
4.如权利要求1所述的转炉-RH-LF-连铸生产管线钢的工艺,其特征在于:所述RH脱碳脱气工艺中,通过降低[C]+[O]={CO}反应的CO气体分压促进脱碳反应进行,脱碳时间为2-4分钟。
5.如权利要求1所述的转炉-RH-LF-连铸生产管线钢的工艺,其特征在于:所述RH脱氧合金化工艺中,控制RH钢水[Alt]为0.015-0.030%,钢水经两次循环后,按RH合金化目标成分配加合金,降低RH真空度≤5.0mbar,保持10分钟以上,保证终点钢水[H]≤1.5ppm。
6.如权利要求1所述的转炉-RH-LF-连铸生产管线钢的工艺,其特征在于:所述LF脱硫工艺中,铝粒小批量、多批次撒入,每批次撒入量为10-40kg。
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