CN105018855B

CN105018855B - 一种油气集输用抗硫管线钢圆坯的生产方法

Info

Publication number: CN105018855B
Application number: CN201510010582.6A
Authority: CN
Inventors: 邓叙燕; 胡楚江; 冯传宁; 李金伟; 殷志祥
Original assignee: DALIPAL PIPE Co
Current assignee: DALIPAL PIPE Co
Priority date: 2015-01-09
Filing date: 2015-01-09
Publication date: 2017-02-01
Anticipated expiration: 2035-01-09
Also published as: CN105018855A

Abstract

本发明公开了一种油气集输用抗硫管线钢圆坯的生产方法，采用废钢和生铁做炼钢原料，并且以废钢为主，经电弧炉冶炼、LF钢包精炼、VD真空精炼后，连铸成圆坯。采用本发明的生产方法，能够有效减少CO₂的排放和能源的消耗，既节能又环保；还可实现一个中间包连续浇铸12炉钢液，并可将钢中的化学成分控制在：P≤0.01wt.%、S≤0.002wt.%、Ca/S≤1.5、H≤0.0002wt.%、T.O≤0.002wt.%，圆坯的质量完全满足抗硫化氢腐蚀管线钢的要求。即能够在节能环保的前提下，实现抗硫管线钢批量化、稳定化生产。

Description

一种油气集输用抗硫管线钢圆坯的生产方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶金技术领域，特别涉及一种油气集输用抗硫管线钢圆坯的生产方法。

背景技术

据统计，世界上已探明的油气田中大约有1/3含有硫化氢气体，如我国的四川、长庆、中原、华北、塔里木等油气田都含有不同程度的硫化氢气体。国外也有许多含有硫化氢气体的油气田，如美国的巴拿马油田、加拿大的阿尔伯达平切尔湾油田等。如果在湿硫化氢环境中仍采用20#碳钢作为集输管线，将存在严重的腐蚀问题，给油气田造成较大的经济损失。

据国际权威机构预测，从2000-2030年，世界石油的需求量年均增长1.6%，2030年将达到57.69亿吨；天然气的需求量年均增长2.4%，2030年将达到42.03亿吨油当量。随着石油和天然气需求量的快速增长，对普通不含硫化氢的油气井的开发已经满足不了需求，含硫化氢油气井的开发日益增多。因此，油气田开采过程中用于油气集输的抗硫管线钢的消耗量将会大幅度增加。抗硫化氢腐蚀管线钢附加值高、生产难度大，对硫含量、磷含量、夹杂物的数量和形态、缺陷控制均有严格的要求。因此，抗硫化氢腐蚀集输管线用钢的冶金技术研究是目前国内外钢铁企业的一个热点。

现有技术中，具有一种采用转炉工艺冶炼耐腐蚀管线钢圆坯的工艺方法，其工艺流程包括：高炉铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼炉、VD真空炉精炼、连铸成圆坯。该工艺方法包括铁水预处理工序，精炼过程中脱硫相对容易，但钢中的硫含量控制在0.003-0.004%，不易达到Ca/S≥1.5，影响了钢的抗硫化氢腐蚀能力，并且该方法中的钢铁料主要为铁水，因此CO₂的排放量和能耗均较高，对环境的负面影响相对较大。

现有技术中，还有一种高钢级耐腐蚀无缝钢管的制造方法，其工艺流程包括：电炉/感应炉冶炼、钢包精炼、VD真空精炼、喂丝处理、管坯连铸。同样地，该工艺方法中电炉熔炼以大量的铁水为原料，CO₂的排放量和能耗均较高，对环境的负面影响较大，不利于环保。

总之，现有技术中均采用预处理脱硫铁水+废钢→EAF/BOF→LF→VD/RH→圆坯连铸流程生产抗硫管线钢圆坯，具有以下不足之处：①钢铁料主要为铁水，不利于环保；②由于采用大量的铁水冶炼，对铁矿石、煤炭等不可再生资源的依赖程度较高，而且其生产节奏受高炉炼铁的节奏影响较大，不易控制；③连浇炉数较少，一般为4-7炉，生产效率较低，综合能耗较高。

因此，开发能在节能环保的前提下，实现抗硫管线钢批量化、稳定化生产的冶炼工艺是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种油气集输用抗硫管线钢圆坯的生产方法，能够在节能环保的前提下，实现抗硫管线钢批量化、稳定化生产。

为了解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种油气集输用抗硫管线钢圆坯的生产方法，包括以下工序：

1）电弧炉冶炼：钢铁料包括生铁和废钢，其中生铁占钢铁料总量的30-35wt.%；采用电弧热熔化生铁和废钢并使熔池升温，加入25-35 kg/t活性石灰进行造渣，当熔池的温度达到1560-1580 ℃时，向熔池中喷入碳粉进行排渣操作，排掉40-60wt.%的电炉渣后，加入15-20 kg/t石灰造新渣继续进行深脱磷，并保持终点渣的碱度大于3.0；当熔池中碳含量为0.05-0.08wt.%、磷含量≤0.005wt.%、温度为1600-1630 ℃时方可出钢；出钢量为20-25wt.%时开始加入合金和渣料，其中石灰的加入量为8.0-10.0 kg/t，预熔精炼渣的加入量为3.0-4.0 kg/t，萤石的加入量为2.0-3.0 kg/t；

2）钢包精炼：精炼过程补加石灰、萤石和电石造渣，钢包渣的渣量控制在20-25kg/t；精炼结束时，钢液中的铝含量控制在0.015-0.025wt.%；精炼结束后，倒掉40-60wt.%的钢包渣；

3）VD真空精炼：真空处理过程中，钢包采用软吹氩操作，氩气流量控制在50-100L/min，保证钢液裸露；钢液在真空度≤67 Pa条件下处理时间大于15 min；处理过程中当炉渣从钢包中溢出时，则提高真空罐的压力，待反应平稳后再逐渐降低其压力；VD破空后，喂入铝线调节钢液中的铝含量；然后喂入硅钙线，再进行12-18 min的软吹氩搅拌后将钢包吊往连铸平台；

4）圆坯连铸：圆坯的断面为Φ180-Φ600 mm；连铸过程采用全程保护浇铸；中间包采用高碱度覆盖剂和碳化稻壳双层保护；中间包与中间包包盖缝隙间采用石棉进行密封；结晶器的水量控制在100-270 m³/h，进出水温差小于10 ℃；浇铸的过热度控制在20-30℃，拉速控制在0.2-2.0 m/min；连铸机的结晶器和凝固末端均采用电磁搅拌。

优选地，所述电弧炉冶炼工序中，所述预熔精炼渣的组成的重量百分比为：32%<CaO<40%、45%<Al₂O₃<55%、SiO₂<5%、4%<MgO<8%、S<0.1%以及杂质。

优选地，所述钢包精炼工序中，所述的钢包渣的主要组成的重量百分比为：50%<CaO<60%、2%<F<10%、5%<MgO<10%、15%< Al₂O₃<25%、SiO₂<15%、FeO+MnO<1%，S<0.5%。

优选地，所述圆坯连铸工序中，所述结晶器电磁搅拌电流为120-420 A，频率为2-4Hz；凝固末端电磁搅拌电流为250-400 A，频率为5-7 Hz。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

1）电弧炉采用全固体料熔炼，并且以废钢为主，在冶炼过程中，能够有效减少CO₂的排放和能源的消耗，既节能又环保。

2）钢液的洁净度较高，可同时保证T.O≤0.002wt.%、S≤0.002wt.%、P≤0.01wt.%、H≤0.0002wt.%。

3）可实现抗硫管线钢的批量化生产，连浇炉次达到12炉。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供了一种油气集输用抗硫管线钢圆坯的生产方法，其工艺如下：

1）电弧炉冶炼：钢铁料包括生铁和废钢，其中生铁占钢铁料总量的30-35wt.%，采用电弧热熔化废钢和生铁并使熔池升温，加入25-35 kg/t活性石灰进行造渣，当熔池的温度达到1560-1580 ℃时，向熔池中喷入碳粉进行排渣操作，排掉40-60wt.%的电炉渣后，加入15-20 kg/t石灰造新渣继续进行深脱磷，并保持终点渣的碱度大于3.0；当熔池中碳含量为0.05-0.08wt.%、磷含量≤0.005wt.%、温度为1600-1630 ℃时方可出钢；出钢量为20-25wt.%时开始加入合金和渣料，其中石灰的加入量为8.0-10.0 kg/t，预熔精炼渣的加入量为3.0-4.0 kg/t，萤石的加入量为2.0-3.0 kg/t。

预熔精炼渣的组成的重量百分比为：32%<CaO<40%、45%<Al₂O₃<55%、SiO₂<5%、4%<MgO<8%、S<0.1%以及杂质。

此工序中，

①电弧炉采用全固体料熔炼，并且以废钢为主，相对于现有技术中以铁水为主要原料，本发明在冶炼过程中，能够有效减少CO₂的排放和能源的消耗，既节能环保，又降低了对铁矿石、煤炭等不可再生资源以及高炉炼铁节奏的依赖。

②当熔池中的温度为1560-1580 ℃时排渣脱磷，既保证熔池已经熔清，又可防止钢液回磷。

2）钢包精炼：精炼过程补加石灰、萤石和电石造渣，钢包渣的渣量控制在20-25kg/t；精炼结束时，钢液中的铝含量控制在0.015-0.025wt.%；精炼结束后，倒掉40-60wt.%的钢包渣。

钢包渣的主要组成的重量百分比为：50%<CaO<60%、2%<F<10%、5%<MgO<10%、15%<Al₂O₃<25%、SiO₂<15%、FeO+MnO<1%，S<0.5%。

此工序中，

①钢包精炼终点铝含量控制在0.015-0.025wt.%，既可保证精炼过程脱氧和脱硫效果，又可减少VD处理过程钢液中铝的损失，减少Al₂O₃的生成量，保证钢液的洁净度；

②钢包精炼结束后，将钢包渣的40-60wt.%倒掉，有利于后续VD真空处理过程中钢液面裸露，增强脱气效果，同时可减少钢液回硫；

③钢包渣的黏度较小，有利于提高钙处理过程中钙的收得率、减少VD真空处理过程中的溢渣量。

3）VD真空精炼：真空处理过程中，钢包采用软吹氩操作，氩气流量控制在50-100L/min，保证钢液裸露；钢液在真空度≤67 Pa条件下处理时间大于15 min；处理过程中当炉渣从钢包中溢出时，则提高真空罐的压力，待反应平稳后再逐渐降低其压力；VD破空后，喂入铝线调节钢液中的铝含量；然后喂入硅钙线，再进行12-18 min的软吹氩搅拌操作后将钢包吊往连铸平台。

此工序中，

①通过控制真空室压力的方法抑制钢包渣溢出钢包，可减少VD罐内的积渣量，有利于实现多炉连浇；

②经过喂硅钙线处理后，改变了硫化物夹杂的形状，将集中的、有边角的夹杂变成分散的颗粒夹杂，提高了抗硫化氢腐蚀的能力。

4）圆坯连铸：大圆坯的断面为Φ380 mm；连铸过程采用全程保护浇铸；中间包采用高碱度覆盖剂和碳化稻壳双层保护；中间包与中间包包盖缝隙间采用石棉进行密封；结晶器的水量控制在170-190 m³/h，进出水温差小于10 ℃；浇铸的过热度控制在20-30 ℃，拉速控制在0.45-0.55 m/min；连铸机的结晶器和凝固末端均采用电磁搅拌。结晶器电磁搅拌电流为210 A，频率为2.5 Hz；凝固末端电磁搅拌电流为300 A，频率为6 Hz。

本工序中上述参数仅是一种优选的实施例，本发明并不局限于此，其中，圆坯的断面控制在Φ180-Φ600 mm，结晶器的水量控制在100-270 m³/h，拉速控制在0.2-2.0 m/min，结晶器电磁搅拌电流控制为120-420 A，频率为2-4 Hz；凝固末端电磁搅拌电流控制为250-400 A，频率为5-7 Hz均可实现。

通过本发明提供的油气集输用抗硫管线钢圆坯的生产方法，冶炼出的钢的化学成分的重量百分比为：0.11%≤C≤0.14%、0.15%≤Si≤0.35%、1.05%≤Mn≤1.20%、0.015%≤Al≤0.030%、0.1%≤Ni≤0.2%、0.1%≤Cu≤0.2%、P≤0.01%、S≤0.002%、H≤0.0002%、N≤0.007%、Ca≤0.004%、Cr≤0.2%、Mo≤0.1%、V≤0.03%、Ti≤0.02%、Nb≤0.02%，余量为Fe。

请参考表1，表1为实施例中抗硫管线钢成品的化学成分表。

请参考表2，表2为实施例中抗硫管线钢圆坯的低倍酸洗检验表。

通过表1和表2可知，本发明提供的油气集输用抗硫管线钢圆坯的生产方法，是一种在电弧炉采用全固体料熔炼条件下实现低硫低磷管坯批量化生产的冶炼方法。钢液的洁净度较高，可同时保证P≤0.01wt.%、S≤0.002wt.%、Ca/S≥1.5、H≤0.0002wt.%、T.O≤0.002wt.%，圆坯的质量能够完全满足抗硫化氢腐蚀管线钢的要求。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种油气集输用抗硫管线钢圆坯的生产方法，其特征在于，包括以下工序：

2）钢包精炼：精炼过程补加石灰、萤石和电石造渣，钢包渣的渣量控制在20-25 kg/t；精炼结束时，钢液中的铝含量控制在0.015-0.025wt.%；精炼结束后，倒掉40-60wt.%的钢包渣；

3）VD真空精炼：真空处理过程中，钢包采用软吹氩操作，氩气流量控制在50-100 L/min，保证钢液裸露；钢液在真空度≤67 Pa条件下处理时间大于15 min；处理过程中当炉渣从钢包中溢出时，则提高真空罐的压力，待反应平稳后再逐渐降低其压力；VD破空后，喂入铝线调节钢液中的铝含量；然后喂入硅钙线，再进行12-18 min的软吹氩搅拌后将钢包吊往连铸平台；

4）圆坯连铸：圆坯的断面为Φ180-Φ600 mm；连铸过程采用全程保护浇铸；中间包采用高碱度覆盖剂和碳化稻壳双层保护；中间包与中间包包盖缝隙间采用石棉进行密封；结晶器的水量控制在100-270 m³/h，进出水温差小于10℃；浇铸的过热度控制在20-30 ℃，拉速控制在0.2-2.0 m/min；连铸机的结晶器和凝固末端均采用电磁搅拌；

所述预熔精炼渣的组成的重量百分比为：32%<CaO<40%、45%<Al₂O₃<55%、SiO₂<5%、4%<MgO<8%、S<0.1%以及杂质；

所述钢包精炼工序中，所述的钢包渣的主要组成的重量百分比为：50%<CaO<60%、2%<F<10%、5%<MgO<10%、15%< Al₂O₃<25%、SiO₂<15%、FeO+MnO<1%，S<0.5%。

2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述圆坯连铸工序中，所述结晶器电磁搅拌电流为120-420 A，频率为2-4 Hz；凝固末端电磁搅拌电流为250-400 A，频率为5-7Hz。