CN102912082A - 一种锅炉管钢炉外精炼用低碱度合成渣 - Google Patents

Abstract

本发明一种锅炉管钢炉外精炼用低碱度合成渣，该合成渣以CaO、Al₂O₃、MgO、SiO₂、CaF₂为基本成分，控制合成渣碱度范围、其具体的化学成分的重量百分比如下：CaO48~55%，Al₂O₃18~25%，MgO：6~8%，SiO₂14~18%，CaF₂5%，MnO+FeO<1%；其中，合成渣中碱度3~3.5。与传统锅炉管钢钢水精炼用合成渣相比，严格控制精炼渣氧化性，使MnO+FeO<1%，促使与之平衡的钢水氧活度降低，可将钢中全氧控制在12~15ppm。合成渣碱度保持在3~3.5之间，精炼渣在具有良好的脱氧、脱硫能力的同时保持良好地熔化，流动和吸附夹杂物吸附去除能力。

Description

一种锅炉管钢炉外精炼用低碱度合成渣

技术领域

本发明属于炼钢技术领域，具体来说是一种炉外精炼用合成渣，特别适用于高压锅炉管钢钢水的脱氧和夹杂物控制去除。 

背景技术

随着科学技术的不断发展,对钢材质量的要求越来越严格,迫使炼钢工艺和技术不断更新和发展,生产洁净钢和超洁净钢,以提高钢的质量、改善钢材的性能。为此,相应要求精炼脱硫、脱氧、夹杂物控制工艺技术的加速进步,以满足产品的质量水平。对锅炉管用钢,由于高压锅炉管经常在高压、高温下长时间工作,服役条件比较恶劣。在温度和压力长期作用下,其零部件将产生蠕变,并有可能发生持久断裂,同时管子在高温烟气和水蒸汽的作用下也将发生氧化和腐蚀。为了使管子在工作时安全可靠，要求其具有高的持久强度、蠕变强度和好的抗蒸汽、氢、碱等腐蚀以及抗氧化性能，并有良好的组织稳定性。（章燕谋.锅炉与压力容器用钢 [M]. 西安:西安交通大学出版社, 1996:269-274）高压锅炉管使用的特殊性决定了必须有很高的洁净度。 

对锅炉管钢来说，降低钢中氧含量及对非金属夹杂物的合理控制是洁净度研究的重点。为达到上述目的，除传统的钢水冶炼时进行脱碳、脱硫、脱磷和升温外，还采用炉外精炼，进一步脱除气体和固体杂质，其中以钢包为精炼容器的真空、非真空处理工艺为主、如LF、RH、VD等。在这些工艺中，一般采用了合成渣精炼技术，即在钢包中，加入由多种原料配制的各种形式的合成渣。 

文献(唐海燕，李京社，刘亮，等.高压锅炉钢的非金属夹杂物研究 [J]. 炼钢，2008，24(4):26-29.)对天津钢管集团公司EAF-LF-VD-CC工艺生产的高压锅炉钢LF处理前后、中间包钢水和连铸坯中总氧T[O]、夹杂物变化情况进行了全面研究。所用精炼渣初渣的化学成分（重量%）为：CaO 42.44~47.65%，SiO₂ 15.48~27.34%，MgO 3.6~4.74%，Al₂O₃ 10.18~30.02，R 1.74~2.74。采用该精炼渣对钢水进行处理，最终铸坯中全氧含量为18～24ppm。铸坯中的非金属夹杂物主要为尺寸在5μm左右球形钙铝酸盐和少量硅铝酸钙球状复合夹杂物，还存在少量二次氧化产物。 

文献 (阳燕，刘建华,包燕平，等. 高压锅炉管用钢P12的洁净度分析[J]. 钢铁钒钛，2010，31(4):62-79.)锻材中夹杂物主要有为尺寸较大的(50~100m)长条状Al₂O₃-SiO₂-MnO系复合氧夹杂、不规则Al₂O₃夹杂和大量的硫化物。可看出二次氧化严重且精炼脱硫效果较差。LF精炼后钢液T[O]为30ppm，锻材中为20ppm。文献中未提及所用精炼渣具体化学成分。 

专利CN101088663A提供了一种转炉工艺生产高压锅炉管用连铸圆坯的方法。采用专用精炼渣，成分为：CaO 40~48%，SiO₂ 0.5~6%，MgO 6~10%，Al₂O₃ 38~45%，Fe₂O₃ 0.1~2%。产品质量好，残余元素（如Cu、Sn、Ni、Pb、Sb等）含量低，但并未提及具体气体含量和夹杂控制情况。 

在现有技术中，广泛采用的高压锅炉管钢钢水精炼用的合成渣均未严格控制精炼合成渣中的FeO+MnO含量，合成渣氧化性高。二次氧化较为严重且渣吸收夹杂物能力较差，二次氧化产生的夹杂物未得到及时上浮去除，铸坯中存在不规则Al₂O₃夹杂和大量的硫化物，抗蒸汽、氢、碱等腐蚀以及抗氧化性能较差。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种既能提高钢水洁净度，降低钢中气体和夹杂物含量，尤其是降低氧含量，又能控制去除夹杂物的高压锅炉管钢钢水炉外精炼用低碱度合成渣。 

本发明的技术方案是：一种锅炉管钢炉外精炼用低碱度合成渣，该合成渣以CaO、Al₂O₃、MgO、SiO₂、CaF₂为基本成分，控制合成渣碱度范围、FeO%+MnO%，其具体的化学成分的重量百分比如下： 

CaO 48~55%，Al₂O₃ 18~25%，MgO：6~8%，SiO₂ 14~18%，CaF₂ 5%，MnO+FeO<1%；其中，合成渣中碱度3~3.5。

本发明化学成分的各组分均属常规精炼渣的一般组分。但在本发明中，部分组分的含量范围与传统精炼渣有较大不同。其中碱度R控制在3~3.5，文献（吕同军，倪友来，张雪松，等.50t钢包炉(LF)用精炼渣的研制[J].特殊钢,2002,23(5):41~42）指出，精炼初渣碱度在2.5~3范围内炉渣既有良好的脱氧、脱硫能力，又有较好的吸附夹杂物的能力。 

MnO+FeO小于1%，一般用FeO+MnO的含量来衡量炉渣的氧化性，炉渣中(FeO+MnO)含量减少，会促使与之平衡的钢水氧活度降低，有利于精炼脱氧脱硫；CaF₂控制在5%左右，CaF₂可以降低精炼渣的粘度，使炉渣的流动性得到改善，增加了渣-钢间的界面反应速度，目前炉外精炼渣中的CaF₂含量通常控制在10~40%，但随着渣中CaF₂含量的增加，炉渣对碱性耐火材料的侵蚀加剧，并产生环境污染等问题，因此，本发明中CaF₂控制在5%左右减小CaF₂造成的不良影响；MgO控制在6~8%，一般认为渣中MgO<10%，渣系脱硫能力较高且对延长耐火材料的寿命有益。MgO还有降低精炼渣熔点的作用。 

本发明合成渣的生产方法与常规的炉外精炼用合成渣的生产方法相似。 

本发明和现有技术相比所具有的有益效果在于： 

（1）本发明按照CaO 48~55%，Al₂O₃ 18~25%，MgO 6~8%，SiO₂ 14~18%，CaF₂ 5%，MnO+FeO<1%，渣中碱度3~3.5配料制成合成渣。与传统锅炉管钢钢水精炼用合成渣相比，严格控制精炼渣氧化性，使MnO+FeO<1%，促使与之平衡的钢水氧活度降低，可将钢中全氧控制在12~15ppm。

（2）本发明合成渣碱度保持在3~3.5之间，精炼渣在具有良好的脱氧、脱硫能力的同时保持良好地熔化，流动和吸附夹杂物吸附去除能力。可将锅炉管钢钢水精炼、钙处理、二次氧化过程中产生并上浮的非金属夹杂吸附去除。避免了铸坯中存在的不规则Al₂O₃和硫化物夹杂对产品抗蒸汽、氢、碱等腐蚀以及抗氧化性能的影响破坏。 

实施例

根据本发明所述的化学成分范围，配制了4批高碱度合成渣。釆用合成渣在10kg真空感应炉中分别对4炉钢水进行了精炼试验。按合成渣批号加入到相应炉号的钢水中。合成渣加入后，吹氩搅拌钢水15分钟，随后加入硅钙线进行钙处理，吹氩弱搅拌8分钟后浇锭。分别对精炼渣加入前钢水和最终铸锭取钢样。对所取钢样进行全氧含量分析，并采用扫描电镜（SEM）+能谱仪（EDS）分析钢中夹杂物形貌与成分；采用光学显微镜分析刚中夹杂物形貌与数量。结果表明精炼前。钢水中的主要夹杂物为Al₂O₃夹杂和少量硫化物夹杂，此类夹杂熔点高，易造成水口堵塞，且影响产品的抗蒸汽、氢、碱等腐蚀以及抗氧化性能。精炼后铸锭中的夹杂主要为细小弥散分布的球状或近似球状Al₂O₃-SiO₂-CaO系为基础复合了MgO的复合夹杂物。夹杂物数量为9.6个/mm²。合成渣控制吸收夹杂物能力强。精炼后铸锭全氧含量12~15ppm，精炼脱氧率76.9~83.3%，精炼合成渣脱氧效果好。 

表一为实施例低碱度合成渣的化学成分、碱度。 

表二为实施例低碱度合成渣对钢水的脱氧效率。经过合成渣精炼，钢中全氧含量为12~15ppm，脱氧率76.9~83.3%。合成渣脱氧效果好。 

  

表1  实施例低碱度合成渣的化学成分，%

表2  实施例低碱度合成渣对钢水的脱氧效率

Claims (1)

1. 一种锅炉管钢炉外精炼用低碱度合成渣，该合成渣以CaO、Al₂O₃、MgO、SiO₂、CaF₂为基本成分，控制合成渣碱度范围、FeO%+MnO%，其具体的化学成分的重量百分比如下：

CaO 48~55%，Al₂O₃ 18~25%，MgO：6~8%，SiO₂ 14~18%，CaF₂ 5%，MnO+FeO<1%；其中，合成渣中碱度3~3.5。