CN101381790B - 电炉冶炼10Cr9Mo1VNbN铁素体耐热钢经水平连铸成圆管坯的方法 - Google Patents

电炉冶炼10Cr9Mo1VNbN铁素体耐热钢经水平连铸成圆管坯的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电炉冶炼10Cr9MolVNbN铁素体耐热钢经水平连铸成圆管坯的方法，其工艺流程是30吨交流电炉初炼(偏心炉底出钢，加入精炼预熔渣、各种合金、脱氧剂)→40吨钢包精炼炉(底吹氩)→40吨真空炉脱气→水平连铸。所有合金必须进行烘烤，合金烘烤是在装有氮化铬铁、钼铁、钒铁、铌铁的铁桶上面扎上小孔，放在精炼炉大烟罩内烘烤，微碳铬铁在出钢前60分钟加入钢包中进行烘烤，出钢后补加的微碳铬铁提前8小时在下线中间包内烘烤。

Description

电炉冶炼10Cr9Mo1VNbN铁素体耐热钢经水平连铸成圆管坯的方法
技术领域
本发明涉及一种钢铁冶金技术领域电炉冶炼和水平连铸的生产方法，特别是指电炉冶炼10Cr9Mo1VNbN铁素体耐热钢经水平连铸成圆管坯的方法。
背景技术
10Cr9Mo1VNbN钢是GB5310高压锅炉用无缝钢管中的一个合金结构钢牌号，其成分参照了ASME SA-213 T91钢，是一种铁素体耐热钢，在锅炉和冶金行业将其简称为“T91”。采用T91钢轧制的钢管用作核电站超临界压力机组的受热面管和蒸汽管，壁温最高可达650℃，蒸汽压力在24MPa以上，显示出了优异的综合性能，最先在欧美核电站机组中投入使用。我国于20世纪90年代引进该钢种开始国产化研究，采用的生产方法是电炉冶炼钢水精炼处理后铸锭，这种生产方法存在的主要问题是钢水易氧化、成本高(需开坯)、成材率低；再就是采用电炉冶炼钢水精炼处理后通过弧形连铸机(配备结晶器电磁搅拌)生产连铸坯，存在的主要问题是钢水氧化较严重，结晶器保护渣要求高，因钢中含钒、铌，矫直时铸坯易产生裂纹。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中T91钢化学成分复杂、合金元素含量高，在热变形过程中变形抗力大、塑性低、变形温度范围窄而产生的钢水铸锭和弧形连铸成坯工业生产难度大的问题，公开一种采用电炉冶炼钢水精炼处理后水平连铸成圆管坯的方法。
本发明的技术方案是，电炉冶炼10Cr9Mo1VNbN铁素体耐热钢经水平连铸成圆管坯的方法，包括加入原辅材料、电炉冶炼、钢包精炼、真空脱气、水平连铸等，其具体生产方法如下：
A、在30吨电炉底垫加石灰500公斤，装入优质废钢(包括含铬、钼元素钢管切头)和生铁。冶炼前期造强氧化性和流动性良好的炉渣，低温快速脱磷；冶炼后期快速升温，高温沸腾，去气、去夹杂，提高钢液洁净度；氧化末期取双样保证钢水中碳含量≤0.02％、磷含量≤0.004％；钢水温度达到1700℃以上，在钢包内加入经过烘烤后的微碳铬铁80～100公斤/吨钢、低碳锰铁3公斤/吨钢、硅钙钡合金2～3公斤/吨钢、铝粒0.5～1公斤/吨钢、合成渣5～7公斤/吨钢、石灰10～12公斤/吨钢后出钢。
B、40吨钢包炉精炼处理，碳粉和硅粉1:1混合均匀加入，将钢水中氧含量由1000×10-6脱至50×10-6内；控制钢渣中(FeO+MnO)≤1.0％、炉渣碱度≥2.5，钢水温度控制在1600℃以上，氩气压力控制在0.4～0.7MPa，将钢水中硫脱至0.007％以内；钢水温度在1560℃以上加入经过烘烤的微碳铬铁40～50公斤/吨钢、钼铁150～180公斤/吨钢、铌铁8～10公斤/吨钢、钒铁30～40公斤/吨钢，然后升温，钢水温度达到1580℃以上，取全样分析调整钢水成分。
C、真空炉处理，真空度达到67Pa以下，保持时间15分钟以上，控制钢水中氢含量≤2×10-6，氧含量≤30×10-6，将钢水中硫控制在0.005％以下；破空后加入经过烘烤的氮化铬铁8～10公斤/吨钢，控制钢水中氮含量在0.04％～0.06％范围，吊包前喂硅钙合金丝1.5米/吨钢，并弱吹氩搅拌钢水10～15分钟，促进钢水中夹杂物变性和上浮。
D、水平连铸圆管坯，开浇前进行中间包内氩气吹扫，长水口氩气保护浇注钢水到中间包；使用由铍钴铜套和石墨套组成内套的结晶器，铍钴铜套锥度为2.5～3.5％/m，石墨套锥度为0.35～0.50％/m，采用一步起铸工艺，中间包钢水过热度控制在30～50℃，拉坯速度控制在2.2～2.8m/min；使用二冷区和凝固末端组合电磁搅拌，二冷区电磁搅拌采用单向旋转磁场，搅拌频率为6～10HZ，搅拌电流为100～150A，凝固末端电磁搅拌采用单向旋转磁场，搅拌频率为6～10HZ，搅拌电流为200～270A；铸坯出结晶器后不喷水冷却，在送坯辊道和步进式冷床自然冷却。
所述的废钢和生铁中砷、锡等残余元素含量各不大于0.015％，以保证钢水和铸坯中的“五害(砷、锡、铅、锑、铋)”元素总和不大于0.035％。
所有加入的合金必须进行烘烤，合金烘烤是在装有氮化铬铁、钼铁、钒铁、铌铁的铁桶上面扎上小孔，放在钢包精炼炉大烟罩内烘烤；3～4吨微碳铬铁在出钢前60分钟加入钢包中进行烘烤，出钢后补加的微碳铬铁提前8小时放在下线中间包内烘烤。
为提高氮的收得率和稳定钢水中氮含量，使用氮化铬铁增氮，并在真空处理后按8～10公斤/吨钢加入钢包内。
和现有技术相比，本发明具有下列优点：
1、钢水纯净度高：钢中氧含量不大于30×10-6、氢含量不大于2×10-6、硫含量不大于0.005％、磷含量不大于0.015％，砷、锡等残余元素含量各不大于0.015％，且砷、锡、铅、锑、铋五种元素含量总和不大于0.035％。
2、钢中氮含量控制精确：在真空处理炉破空后加入氮化铬铁，控制钢水中氮含量在0.04％～0.06％范围。
3、铸坯质量提高：水平连铸机生产时中间包与结晶器密封对接，结晶器内不需要加保护渣，减少了一个钢水二次氧化和吸附夹渣的环节。铸坯出结晶器后不喷水冷却，采用二冷区和凝固末端组合电磁搅拌，铸坯没有弯曲过程、不需要矫直，有利于含钒、铌元素钢种的生产。
4、生产成本低：与弧形连铸和模铸工艺相比，钢的成坯率提高5～10％以上。
具体实施方式
实施例：衡阳华菱连轧管有限公司采用电炉冶炼铁素体耐热钢经水平连铸成圆管坯的方法，生产∮140mm和∮120mm两种规格10Cr9Mo1VNbN钢(工艺参数见表1)，其工艺流程是30吨交流电炉初炼(偏心炉底出钢，加入精炼合成渣、各种合金、脱氧剂)→40吨钢包炉精炼(底吹氩)→40吨真空炉脱气→水平连铸。其具体生产方法如下：
A、向电炉中输入电能和氧气，使装入的炉料熔化成钢液，控制炉渣的化学成分，输入45立方米/吨钢的氧气，间歇流出炉渣并补加石灰，控制钢液中碳含量≤0.02％、磷含量≤0.004％。
B、钢包耐火材料使用镁碳砖，电炉出钢时(钢水温度达到1700℃以上)在钢包内加入3～4吨微碳铬铁(碳含量不大于0.06％、铬含量不小于65％)，低碳锰铁120公斤、硅钙钡合金80～120公斤、铝粒20～40公斤、合成渣200～300公斤、石灰400～500公斤，碳粉和硅粉1:1混合均匀加入，控制渣中(FeO+MnO)≤1.0％、炉渣碱度≥2.5，钢水温度控制在1600℃以上，氩气压力控制在0.4～0.7MPa，将钢水中氧、硫分别脱至50×10-6、0.007％以内。钢水温度在1560℃以上补加1600～2000公斤微碳铬铁，加600～700公斤钼铁(钼含量不小于60％)，30～40公斤铌铁(铌含量不小于65％)、120～160公斤钒铁(钒含量不小于50％)，取全样分析钢水成分(除氮元素外)达到工艺要求范围后升温达到1640℃以上，吊钢包进真空炉。
C、钢包吊到地坑式真空炉，依次开启1～5级真空泵，真空度达到67Pa以下保持时间15分钟以上，将钢水中氧、氢、硫分别脱至30×10-6、2×10-6、0.005％以内。破空后加入300～400公斤氮化铬铁，控制钢水中氮在0.04％～0.06％范围。吊包前喂硅钙合金丝60米，并弱吹氩搅拌钢水10～15分钟，促进钢水中夹杂物变性和上浮。
D、成分和温度符合工艺要求的钢水在水平连铸机(两机两流)浇铸成圆管坯，12吨中间包内表面为镁钙质涂层，烘烤10小时温度达到1000℃以上，开浇前中间包与结晶器(固定不动)对接，向中间包内吹氩气清扫；钢水通过带氩气保护的长水口浇注到中间包，从中间包底水口流入结晶器内在分离环(具有高的热稳定性)处形成初生坯壳，水冷铍钴铜套使坯壳加厚形成引锭头，在引锭杆有规则的“拉-停-反推”作用下拉出结晶器，在结晶器石墨套的冷却、二冷区和凝固末端电磁搅拌器的搅拌下，逐渐凝固成圆管坯。
所有加入的合金必须进行烘烤，合金烘烤是在装有氮化铬铁、钼铁、钒铁、铌铁的铁桶上面扎上小孔，放在精炼炉大烟罩内利用烟气热量进行烘烤；一部分微碳铬铁在出钢前60分钟加入浇完钢的钢包中利用余热进行烘烤，出钢后补加的微碳铬铁提前8小时放在拉完坯下线的中间包内利用余热进行烘烤。
采用电炉冶炼铁素体耐热钢经水平连铸成圆管坯的方法生产出的SA-213T91(10Cr9Mo1VNbN)圆管坯及轧制的∮48×6mm钢管试样送国家级实验室(哈尔滨锅炉厂有限责任公司金属材料实验室)进行低倍组织、化学成分、高倍试验、常温力学性能、高温短时拉伸及持久强度等检验，达到ASME SA-213、GB5310、YB/T4149-2006标准要求，可用于锅炉制造。
表1 电炉冶炼10Cr9Mo1VNbN钢经水平连铸圆管坯的工艺参数
Figure G2008101434182D00061
Figure G2008101434182D00071

Claims (4)

1.一种电炉冶炼10Cr9MolVNbN铁素体耐热钢经水平连铸成圆管坯的方法，其特征是它包括加入原辅材料、电炉冶炼、钢包精炼、真空脱气、水平连铸，其具体生产方法如下：
A、在30吨电炉底垫加石灰500公斤，装入优质废钢和生铁；冶炼前期造强氧化性和流动性良好的炉渣，低温快速脱磷；冶炼后期快速升温，高温沸腾，去气、去夹杂，提高钢液洁净度；氧化末期取双样保证钢水中碳含量≤0.02％、磷含量≤0.004％；钢水温度达到1700℃以上，在钢包内加入经过烘烤的微碳铬铁80～100公斤/吨钢、低碳锰铁3公斤/吨钢、硅钙钡合金2～3公斤/吨钢、铝粒0.5～1公斤/吨钢、合成渣5～7公斤/吨钢、石灰10～12公斤/吨钢后出钢；
B、40吨钢包炉精炼处理，碳粉和硅粉1∶1混合均匀加入，将钢水中氧含量由1000×10-6脱至50×10-6内，控制钢渣中FeO+MnO≤1.0％，炉渣碱度≥2.5，钢水温度控制在1600℃以上，氩气压力控制在0.4～0.7MPa，将钢水中硫脱至0.007％以内；钢水温度在1560℃以上加入经过烘烤的微碳铬铁40～50公斤/吨钢、钼铁150～180公斤/吨钢、铌铁8～10公斤/吨钢、钒铁30～40公斤/吨钢，然后升温，钢水温度达到1580℃以上，取全样分析调整钢水成分；
C、真空炉处理，真空度达到67Pa以下、保持时间15分钟以上，控制钢水中氢含量≤2×10-6，氧含量≤30×10-6，将钢水中硫控制在0.005％以下，破空后加入经过烘烤的氮化铬铁8～10公斤/吨钢，控制钢水中氮含量在0.04％～0.06％范围，吊包前喂硅钙合金丝1.5米/吨钢，并弱吹氩搅拌钢水10～15分钟，促进钢水中夹杂物变性和上浮；
D、水平连铸圆管坯，开浇前进行中间包内氩气吹扫，长水口氩气保护浇注钢水到中间包，使用由铍钴铜套和石墨套组成内套的结晶器，铍钴铜套锥度为2.5～3.5％/m，石墨套锥度为0.35～0.50％/m，采用一步起铸工艺，中间包钢水过热度控制在30～50℃，拉坯速度控制在2.2～2.8m/min；使用二冷区和凝固末端组合电磁搅拌，二冷区电磁搅拌采用单向旋转磁场，搅拌频率为6～10HZ，搅拌电流为100～150A，凝固末端电磁搅拌采用单向旋转磁场，搅拌频率为6～10HZ，搅拌电流为200～270A；铸坯出结晶器后不喷水冷却，在送坯辊道和步进式冷床自然冷却。
2.根据权利要求1所述的电炉冶炼10Cr9MolVNbN铁素体耐热钢经水平连铸成圆管坯的方法，其特征是：选择砷、锡残余元素含量各低于0.015％的废钢和生铁配料，以保证钢水和铸坯中的砷、锡、铅、锑、铋五种元素含量总和不大于0.035％。
3.根据权利要求1所述的电炉冶炼10Cr9MolVNbN铁素体耐热钢经水平连铸成圆管坯的方法，其特征是：为提高氮的收得率和稳定钢水中氮含量，使用氮化铬铁增氮，并在真空处理后按8～10公斤/吨钢加入。
4.根据权利要求1所述的电炉冶炼10Cr9MolVNbN铁素体耐热钢经水平连铸成圆管坯的方法，其特征是：所有加入的合金必须进行烘烤，将装有氮化铬铁、钼铁、钒铁、铌铁的铁桶上面扎上小孔，放在精炼炉大烟罩内利用烟气热量进行烘烤；一部分微碳铬铁在出钢前60分钟放在浇完钢的钢包中利用余热进行烘烤；出钢后补加的微碳铬铁提前8小时放在拉完坯下线的中间包内利用余热进行烘烤。
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