CN103614514B - 一种超超临界高压锅炉管坯钢的增氮工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种增氮工艺，具体来讲是一种超超临界高压锅炉管坯钢的增氮工艺；包括电炉冶炼工序，一次LF精炼工序，VD真空脱气工序和二次LF精炼工序，所述电炉冶炼工序中需要控制出钢组分和温度，同时需要用氩气搅拌；一次LF精炼工序中需要控制Cr和C的质量百分比；二次LF精炼工序成分调整合适后需要进行钙处理，温度和所有成分都调整好后进行软吹氩处理，软吹氩结束钢水即可上连铸浇注，所述增氮工艺分别通过在一次LF精炼工序和VD真空脱气工序向钢包内通入氮气作为搅拌气体，二次LF精炼工序中补加氮化铬合金调整氮含量；该工艺通过科学的配比的通入氮气和添加氮化铬能够将氮含量控制在0.030-0.070%，同时氮气的加入没有出现铸坯表面气孔和皮下气泡等铸坯质量问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种增氮工艺，具体来讲是一种超超临界高压锅炉管坯钢的增氮工艺。
背景技术
电力行业是中国钢材重点用户之一，所用钢材品种、规格繁多。其中，电站和动力系统用钢技术属于国家战略性技术，其产品具有极高附加值，对国民经济发展和国防建设具有直接的决定性支撑作用。因此，美、欧、日等国政府和企业均长期资助火电用钢技术的研发。
根据中国的自然资源和国情，在未来相当长的一段时间内，以燃煤发电机组为主力的火力发电将仍然是中国电能结构中的主体。为了降低煤耗,减少CO2排放量,提高燃煤发电机组的热效率,以满足环境保护的要求,大容量、高参数(压力和温度)超临界、超超临界机组(按主蒸汽出口压力分类,压力大于22.0MPa为超临界压力锅炉;主蒸汽压力在28MPa以上或主汽、再热汽温在580℃以上的机组为超超临界机组)将是我国今后火电机组发展的必然趋势,特别是超超临界机组必将成为火电机组中的主要候选机组。预计在未来10年左右,我国火电机组蒸汽参数可能从目前600℃,26.5MPa提高到630～650℃,30MPa,甚至更高。
超超临界机组的发展是以材料的发展为基础的，世界各国都在研发适宜于高蒸汽参数下使用的材料，因此超临界高压锅炉管管坯钢成为300000kw及300000kw以上锅炉内受热面部件上必须的材料，由于该类材料服役环境极其苛刻，需要长期在高温高压的环境下工作，这也就对该钢种的实物质量控制、夹杂物及有害气体含量提出了更高的要求；该钢种成分如下表1（各元素含量为重量百分比），从表中可以看出该钢种含氮量需要控制在300-700ppm这一范围内，国内电炉钢的氮含量通常都在30-80ppm这一范围内，即使一些汽车用钢需要增氮的品种一般对氮的要求也都在100-200ppm，该系列钢种如此高的氮含量和大的合金量（≥10%）对使用电炉+LF+VD+连铸工艺路线冶炼控氮来讲绝对是一个挑战，这也是目前该系列钢种国内厂家采用连铸工艺生产的一个瓶颈。
表1 T91/P91主要成分控制范；
。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，为了满足使用电炉+连铸工艺流程生产超超临界高压锅炉管坯钢对氮调节的需要，提供一种超超临界高压锅炉管坯钢的增氮工艺，该工艺通过科学的配比的通入氮气和添加氮化铬能够将氮含量控制在0.030-0.070%，同时氮气的加入不能够出现铸坯表面气孔和皮下气泡等铸坯质量问题。
本发明解决以上技术问题的技术方案：
一种超超临界高压锅炉管坯钢的增氮工艺，包括电炉冶炼工序，一次LF精炼工序，VD真空脱气工序和二次LF精炼工序，电炉冶炼工序中需要控制出钢组分和温度，出钢时要求初步合金化，同时需要用氩气搅拌,电炉出钢合金化时要求插铝出钢；一次LF精炼工序中需要控制Cr和C的质量百分比；二次LF精炼工序成分调整合适后需要进行钙处理，钙处理时喂钙量控制在30-60g/t钢水，温度和所有成分都调整好后进行软吹氩处理，软吹氩结束钢水即可上连铸浇注，增氮工艺分别通过在一次LF精炼工序和VD真空脱气工序向钢包内通入氮气作为搅拌气体，二次LF精炼工序中补加氮化铬合金调整氮含量，具体操作步骤如下：
1）电炉冶炼工序中，控制出钢C≤0.04%，P≤0.010%，出钢温度≥1660℃，两路氩气流量分别控制在350-500L/min，含铝原料使用量折合纯铝/钢水为0.5kg/t；
2）一次LF精炼工序中，控制Cr的质量百分比为8.0-8.3%，C≤0.08%，全程从钢包底部分两路吹入氮气作为底搅，使钢水一直处于氮气饱和氛围下，增加钢水分子表面的氮气分压，一次LF精炼工序时间控制在40-60min，氮气流量控制在150-250L/min，该阶段氮的转化速率在2-3ppm/min；
3）VD真空脱气工序中，真空度≤1mbar并保持15min，其中0-10min，底部分两路吹入氮气作为底搅，氮气流量控制在100-150L/min，该阶段氮的转化率在1-2ppm/min；10min以后直至VD真空脱气工序结束，将氮气切换成氩气作为底搅气体，并在真空脱气结束后检测氮含量，同时控制氢含量≤2.0ppm；
4）二次LF精炼工序中，根据VD真空脱气工序中检测的氮含量，依据钢水量使用氮化铬合金调整氮含量在350-450ppm，氮化铬的加入量=（目标氮控制值-VD真空脱气结束后氮含量）/氮化铬中氮的含量/氮的收得率；二次LF精炼工序全程从底部分两路吹入氩气作为底搅，氩气流量控制在100-150L/min，温度和所有成分都调整好后进行软吹氩处理，软吹氩时间控制在10-15min，软吹时两路氩气流量分别控制在10-30L/min。
本发明进一步限定的技术方案为：
进一步的，电炉冶炼工序中，控制出钢C：0.04%，P：0.010%，出钢温度：1660℃，两路氩气流量分别控制在350L/min；一次LF精炼工序中，控制Cr的质量百分比为8.0%，C：0.08%，一次LF精炼工序时间控制在40min，氮气流量控制在150L/min；VD真空脱气工序中，氮气流量控制在100L/min；二次LF精炼工序中，调整氮含量为350ppm，氩气流量控制在100L/min，软吹氩时间控制在10min，软吹时两路氩气流量分别控制在10L/min。
进一步的，电炉冶炼工序中，控制出钢C：0.03%，P：0.009%，出钢温度：1670℃，两路氩气流量分别控制在500L/min；一次LF精炼工序中，控制Cr的质量百分比为8.3%，C：0.07%，一次LF精炼工序时间控制在60min，氮气流量控制在250L/min；VD真空脱气工序中，氮气流量控制在150L/min；二次LF精炼工序中，调整氮含量为450ppm，氩气流量控制在150L/min，软吹氩时间控制在15min，软吹时两路氩气流量分别控制在30L/min。
进一步的，电炉冶炼工序中，控制出钢C：0.02%，P：0.008%，出钢温度：1680℃，两路氩气流量分别控制在400L/min；一次LF精炼工序中，一次LF精炼工序时间控制在50min，控制Cr的质量百分比为8.1%，C：0.06%，氮气流量控制在200L/min；VD真空脱气工序中，氮气流量控制在120L/min；二次LF精炼工序中，调整氮含量为400ppm，氩气流量控制在120L/min，软吹氩时间控制在12min，软吹时两路氩气流量分别控制在20L/min。
进一步的，氮化铬合金的质量百分比为Cr≥65%,N≥8.0%,Si≤2.5%,C≤0.2%,P≤0.03%,S≤0.03%；氮化铬合金的粒度5-30mm。
本发明解决了超超临界高压锅炉管坯钢在生产中碳、氮、氢含量控制的问题，利用VD精炼炉脱氢优势，可使坯钢中氢含量控制在2ppm以下，并将氮含量控制在0.03-0.07％；本发明用廉价的氮气替代氮化合金，通过钢包底吹供气装置吹入钢液中氮气进行氮合金化，可降低生产成本，提高钢质纯净度，而且该增氮工艺通过科学的控制气体的流速和通入时机很好的解决了普通通气工艺的缺陷，铸坯表面没有产生气孔、铸坯皮下也没有气泡，铸坯质量合格。
具体实施方式
实施例
一种超超临界高压锅炉管坯钢的增氮工艺，包括电炉冶炼工序，一次LF精炼工序，VD真空脱气工序和二次LF精炼工序，所述电炉冶炼工序中需要控制出钢组分和温度，出钢时要求初步合金化，同时需要用氩气搅拌,电炉出钢合金化时要求插铝出钢；一次LF精炼工序中需要控制Cr和C的质量百分比；二次LF精炼工序成分调整合适后需要进行钙处理，钙处理时喂钙量控制在30-60g/t钢水，温度和所有成分都调整好后进行软吹氩处理，软吹氩结束钢水即可上连铸浇注，其特征在于：所述增氮工艺分别通过在一次LF精炼工序和VD真空脱气工序向钢包内通入氮气作为搅拌气体，二次LF精炼工序中补加氮化铬合金调整氮含量，具体操作步骤如下：
1）电炉冶炼工序中，控制出钢C≤0.04%，P≤0.010%，出钢温度≥1660℃，两路氩气流量分别控制在350-500L/min，含铝原料使用量折合纯铝/钢水为0.5kg/t；
根据本发明的生产工艺，电炉冶炼工序中的各实施例的工艺参数如表2所示；
表2：实施例的电炉冶炼工序的工艺参数；
。
2）一次LF精炼工序中，控制Cr的质量百分比为8.0-8.3%，C≤0.08%，全程从钢包底部分两路吹入氮气作为底搅，使钢水一直处于氮气饱和氛围下，增加钢水分子表面的氮气分压，一次LF精炼工序时间控制在40-60min，氮气流量控制在150-250L/min；
根据本发明的生产工艺，一次LF精炼工序中的各实施例的工艺参数如表3所示；
表3：实施例的一次LF精炼工序的工艺参数；
。
3）VD真空脱气工序中，真空度≤1mbar并保持15min，其中0-10min，底部分两路吹入氮气作为底搅，氮气流量控制在100-150L/min；10min以后直至VD真空脱气工序结束，将氮气切换成氩气作为底搅气体，并在真空脱气结束后检测氮含量，同时控制氢含量≤2.0ppm；
根据本发明的生产工艺，VD真空脱气工序中的各实施例的工艺参数如表4所示；
表4：实施例的VD真空脱气工序中的工艺参数；
。
4）二次LF精炼工序中，根据VD真空脱气工序中检测的氮含量，加入氮化铬合金调整氮含量在350-450ppm，二次LF精炼工序全程从底部分两路吹入氩气作为底搅，氩气流量控制在100-150L/min，温度和所有成分都调整好后进行软吹氩处理，软吹氩时间控制在10-15min，软吹时两路氩气流量分别控制在10-30L/min。
根据本发明的生产工艺，二次LF精炼工序中的各实施例的工艺参数如表5所示；
表5：实施例的二次LF精炼工序中的工艺参数；
。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (4)
1.一种超超临界高压锅炉管坯钢的增氮工艺，包括电炉冶炼工序，一次LF精炼工序，VD真空脱气工序和二次LF精炼工序，其特征在于：所述电炉冶炼工序中需要控制出钢组分和温度，同时需要用氩气搅拌，电炉出钢合金化时要求插铝出钢；一次LF精炼工序中需要控制Cr和C的质量百分比；二次LF精炼工序成分调整合适后需要进行钙处理，钙处理时喂钙量控制在30-60g/t钢水，温度和所有成分都调整好后进行软吹氩处理，软吹氩结束钢水即可上连铸浇注，所述增氮工艺分别通过在一次LF精炼工序和VD真空脱气工序向钢包内通入氮气作为搅拌气体，二次LF精炼工序中补加氮化铬合金调整氮含量，具体操作步骤如下：
1）电炉冶炼工序中，控制出钢C≤0.04%，P≤0.010%，出钢温度≥1660℃，两路氩气流量分别控制在350-500L/min，含铝原料使用量折合纯铝/钢水为0.5kg/t；
2）一次LF精炼工序中，控制Cr的质量百分比为8.0-8.3%，C≤0.08%，全程从钢包底部分两路吹入氮气作为底搅，使钢水一直处于氮气饱和氛围下，增加钢水分子表面的氮气分压，一次LF精炼工序时间控制在40-60min，氮气流量控制在150-250L/min；该阶段氮的转化速率在2-3ppm/min；
3）VD真空脱气工序中，真空度≤1mbar并保持15min，其中0-10min，底部分两路吹入氮气作为底搅，氮气流量控制在100-150L/min，该阶段氮的转化率在1-2ppm/min；10min以后直至VD真空脱气工序结束，将氮气切换成氩气作为底搅气体，并在真空脱气结束后检测氮含量，控制氮含量100-200ppm，同时控制氢含量≤2.0ppm；
4）二次LF精炼工序中，根据VD真空脱气工序中检测的氮含量，依据钢水量使用氮化铬合金调整氮含量在350-450ppm，氮化铬的加入量=（目标氮控制值-VD真空脱气结束后氮含量）/氮化铬中氮的含量/氮的收得率；二次LF精炼工序全程从底部分两路吹入氩气作为底搅，氩气流量控制在100-150L/min，温度和所有成分都调整好后进行软吹氩处理，软吹氩时间控制在10-15min，软吹时两路氩气流量分别控制在10-30L/min。
2.根据权利要求1所述的超超临界高压锅炉管坯钢的增氮工艺，其特征在于：电炉冶炼工序中，控制出钢C：0.04%，P：0.010%，出钢温度：1660℃，两路氩气流量分别控制在350L/min；一次LF精炼工序中，控制Cr的质量百分比为8.0%，C：0.08%，一次LF精炼工序时间控制在40min，氮气流量控制在150L/min；VD真空脱气工序中，氮气流量控制在100L/min；二次LF精炼工序中，调整氮含量为350ppm，氩气流量控制在100L/min，软吹氩时间控制在10min，软吹时两路氩气流量分别控制在10L/min。
3.根据权利要求1所述的超超临界高压锅炉管坯钢的增氮工艺，其特征在于：电炉冶炼工序中，控制出钢C：0.03%，P：0.009%，出钢温度：1670℃，两路氩气流量分别控制在500L/min；一次LF精炼工序中，控制Cr的质量百分比为8.3%，C：0.07%，一次LF精炼工序时间控制在60min，氮气流量控制在250L/min；VD真空脱气工序中，氮气流量控制在150L/min；二次LF精炼工序中，调整氮含量为450ppm，氩气流量控制在150L/min，软吹氩时间控制在15min，软吹时两路氩气流量分别控制在30L/min。
4.根据权利要求1所述的超超临界高压锅炉管坯钢的增氮工艺，其特征在于：电炉冶炼工序中，控制出钢C：0.02%，P：0.008%，出钢温度：1680℃，两路氩气流量分别控制在400L/min；一次LF精炼工序中，一次LF精炼工序时间控制在50min，控制Cr的质量百分比为8.1%，C：0.06%，氮气流量控制在200L/min；VD真空脱气工序中，氮气流量控制在120L/min；二次LF精炼工序中，调整氮含量为400ppm，氩气流量控制在120L/min，软吹氩时间控制在12min，软吹时两路氩气流量分别控制在20L/min。
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