CN112853044A - 超低碳不锈钢HP2-13Cr脱氧脱硫工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超低碳不锈钢HP2‑13Cr脱氧脱硫工艺。通过VOD控制吹氧量、C‑O时间以及钢液终点碳；VD还原控制钢液中Si含量、残Al含量，倒渣处理二次造渣还原，提高炉渣碱度增强炉渣脱氧脱硫能力，使超低碳不锈钢钢中[O]＜30ppm、[S]＜0.005％。
Description
技术领域
本发明总体涉及钢铁冶金领域，具体涉及一种超低碳不锈钢HP2-13Cr脱氧、脱硫工艺。
背景技术
近几年来，随着国民经济的不断增长，石油的需求量增大，相继开发塔里木、胜利、文昌和东方等油田。马氏体不锈钢油套管应用广泛，油套管的抗CO2腐蚀以及高温时的均匀腐蚀、中温时的点蚀和低温时的SSC就成为限制。特开发超低碳不锈钢110-13Cr、HP2-13Cr等钢种，超低碳不锈钢HP2-13Cr属于高合金钢，钢中合金占比达20％。在开发过程中，控制钢中气体含量[O]氧含量＜30ppm，钢中[S]＜0.005％，[C]＜0.03％是很大难题。钢中的气体含量([O]、[N]、[H])以及硫含量要求越低越好。目前正常的冶炼工艺很难满足超级13Cr不锈钢(HP2-13Cr)钢中的气体、硫含量的要求，因此需要一种新的脱氧脱硫工艺，来满足钢铁材料中的氧、硫含量。
发明内容
本发明的目的是降低超低碳不锈钢HP2-13Cr钢中氧含量、脱含量。
为解决上述问题，本发明提供了一种超低碳不锈钢HP2-13Cr脱氧脱硫工艺，具体包括以下步骤：
(1)VOD(真空氧处理)吹氧工艺
不锈钢粗钢水进VOD炉，VOD吹氧渣厚小于100mm，氩气掀开渣面500mm，自由空间大于1m，调整氧枪高度距钢液面1m；抽真空真空度达到20KPa以下，VOD吹氧量10～12立方米/吨；C-O真空度小于67帕，时间大于30分钟；终点碳控制在C：＜0.015％；
(2)VD(真空处理)还原脱氧脱硫工艺
预还原：钢水经VOD吹炼后进VD炉化渣进行预还原，加脱氧剂和造渣剂；初还原时间控制在20分钟，化渣良好破空取样，进行倒渣处理；钢液中Si控制在0.15～0.25％、Al控制在0.01～0.03％；
二次还原：倒完渣钢水二次进VD炉还原，根据预还原样调整成分，加脱氧剂和造渣剂；Si控制在0.20～0.35％，Al控制在0.01～0.03％，还原时间控制在20分钟；此时炉渣碱度在2～4左右，炉渣脱氧脱硫能力很强，钢液中O含量降至30ppm以下，S含量0.002～0.004％之间；
(3)钙处理以及软吹氩
钢液经VD还原各化学成分调整满足规格要求后进行钙处理，喂钙线；软吹氩大于15分钟，温度合适进行模铸浇钢或连铸拉钢。
具体情况下，各工序钢液控制指标为：
其中步骤(2)VD炉第二次还原终渣渣系成分控制为：
| 成分名称 | CaO | SiO<sub>2</sub> | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | MgO | 碱度R |
| 含量 | 50-55％ | 15～20％ | ≥18％ | ≤10％ | 2～4 |
其中步骤(2)中造渣剂成分如下：
其中步骤(2)中脱氧剂成分如下：
| 类别 | Al含量％ | Si含量％ | Ca含量％ |
| 铝锭 | 99.5 | - | - |
| 硅钙 | - | 60 | 30 |
| 硅铁 | - | 72.6 | - |
其中，各工序中加入的物料控制如下：
HP2-13Cr成品的化学成分控制为：
| 化学成分(％) | C | Si | Mn | P | S | Cr | Cu | Mo | Ni | Al | Ti |
| 下限 | 0 | 0.20 | 0.35 | 0 | 0 | 12.00 | 0 | 1.80 | 4.50 | 0.01 | 0.01 |
| 上限 | 0.03 | 0.40 | 0.50 | 0.020 | 0.005 | 13.50 | 0.20 | 2.50 | 5.50 | 0.03 | 0.05 |
HP2-13Cr钢中气体含量控制为：
优选情况下，最后工序中软吹氩时间控制在30-60分钟为佳。
超低碳不锈钢HP2-13Cr脱氧脱硫关键技术主要是冶炼过程中渣量、渣系、炉渣碱度控制及冶炼过程中残Al的控制。冶炼过程中，要保证VOD的真空度，充分的碳脱氧(C-O)时间，控制钢液中的氧含量；要保证VD化渣还原渣料、脱氧材料的用量，还原充分脱氧良好。
具体实施方式
下面通过具体实施例详细介绍本发明的超低碳不锈钢HP2-13Cr脱氧脱硫工艺。
单包钢水总量为65吨左右，使用的造渣剂种类为石灰、精炼渣，脱氧剂种类为：铝锭、硅铁、硅钙、精炼渣。其中造渣剂及脱氧剂的主要成分如表1、表2所示。
表1造渣剂成分
表2脱氧剂成分
| 类别 | Al含量％ | Si含量％ | Ca含量％ |
| 铝锭 | 99.5 | - | - |
| 硅钙 | - | 60 | 30 |
| 硅铁 | - | 72.6 | - |
实施例1(炉号20M2568V)
1、VOD吹氧工艺
不锈钢粗钢水进VOD炉，VOD吹氧渣厚小于100mm，氩气掀开渣面500mm，自由空间大于1m，调整氧枪高度距钢液面1m；抽真空真空度达到20KPa，VOD吹氧；C-O真空度小于67帕，时间大于30分钟。
其中，VOD吹炼过程工艺参数为：
其中，冶炼过程化学成分检测结果：
2、VD还原脱氧脱硫工艺
(1)预还原
钢水经VOD吹炼后进VD化渣进行预还原，加脱氧剂和造渣剂；初还原时间控制在20分钟，化渣良好破空取样，进行倒渣处理。
(2)二次还原
倒完渣钢水二次进VD还原，根据预还原样调整成分，加脱氧剂和造渣剂，还原时间20分钟。
(3)钙处理以及软吹氩
钢液经VD还原各化学成分调整满足规格要求后进行钙处理，喂钙线；软吹氩大于15分钟，温度合适进行模铸浇钢。
其中，VD还原合金、辅料加入情况：
其中，VD还原过程工艺控制参数：
其中，VD还原成分检测结果：
其中，VD第二次还原终渣成分：
| 炉号 | 钢种 | 工位 | CaO(％) | SiO<sub>2</sub>(％) | MnO(％) | S(％) | MgO(％) | FeO(％) | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>(％) | Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>(％) | R |
| 20M2568V | HP2-13Cr | 出VD | 59.95 | 11.87 | 0.04 | 0.13 | 6.93 | 0.40 | 21.42 | 0.25 | 5.1 |
其中，成品成分检测结果：
| 炉号 | 钢种 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Cu | Mo | Al | Ti |
| 20M2568V | HP2-13Cr | 0.024 | 0.225 | 0.375 | 0.0173 | 0.0010 | 12.397 | 4.935 | 0.150 | 1.893 | 0.0109 | 0.024 |
其中，成品气体含量检测结果：
以上过程小结：
(1)VOD终点碳0.010％，满足工艺技术要求，但温度高测不出来，应该是吹氧量偏大，吨钢吹氧量780÷64＝12.2立方米，大于工艺要求10～12立方米。
(2)VD第一次还原硅低、铝低，主要是吨钢吹氧量较大，钢中残氧量高造成回收率偏低，其它成分在可控范围内。
(3)VD第二次还原硅低，主要是考虑钙处理根据计算涨硅0.09％，补加量较少。
(4)VD第二次还原终渣成分CaO含量较高，碱度R超过计算值2～4，与倒渣太干净，留渣量较少，关系较大。
(5)通过以上分析严格按照VOD、VD工艺执行，能够满足超低碳不锈钢HP2-13Cr的技术指标。
实施例2(炉号20D2569V)
1、VOD吹氧工艺
不锈钢粗钢水进VOD炉，VOD吹氧渣厚小于100mm，氩气掀开渣面500mm，自由空间大于1m，调整氧枪高度距钢液面1m；抽真空真空度达到20KPa，VOD吹氧；C-O真空度小于67帕，时间大于30分钟。
其中，VOD吹炼过程工艺参数为：
其中，冶炼过程化学成分检测结果：
2、VD还原脱氧脱硫工艺
(1)预还原
钢水经VOD吹炼后进VD化渣进行预还原，加脱氧剂和造渣剂；初还原时间控制在20分钟，化渣良好破空取样，进行倒渣处理。
(2)二次还原
倒完渣钢水二次进VD还原，根据预还原样调整成分，加脱氧剂和造渣剂，还原时间20分钟。
(3)钙处理以及软吹氩
钢液经VD还原各化学成分调整满足规格要求后进行钙处理，喂钙线；软吹氩大于15分钟，温度合适进行连铸拉钢。
其中，VD还原合金、辅料加入情况：
其中，VD还原过程工艺参数：
注：因连铸故障软吹氩时间太长温度不够上精炼炉升温。
其中，VD还原成分检测结果：
VD第二次还原终渣成分：
| 炉号 | 钢种 | 工位 | CaO(％) | SiO<sub>2</sub>(％) | MnO(％) | S(％) | MgO(％) | FeO(％) | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>(％) | Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>(％) | R |
| 20D2569V | HP2-13Cr | 出VD | 59.24 | 15.65 | 0.04 | 0.13 | 7.00 | 0.25 | 18.83 | 0.21 | 3.8 |
成品成分：
| 炉号 | 钢种 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Cu | Mo | Al | Ti |
| 20D2569V | HP2-13Cr | 0.041 | 0.347 | 0.391 | 0.0155 | 0.0013 | 12.661 | 4.852 | 0.133 | 1.878 | 0.0118 | 0.031 |
成品气体含量：
以上过程小结：
(1)通过20M2568V炉生产经验，20D2569V成分控制除铝偏差0.001％，其它成分控制满足技术要求；
(2)VD第二次还原终渣成分CaO含量较高，碱度R超过计算值2～4，与倒渣太干净，留渣量较少关系较大；
(3)成品化学成分碳高，因连铸故障软吹氩时间太长温度不够上精炼炉升温，升温过程涨碳；此炉开发失败。
实施例3(炉号20D2570V)
1、VOD吹氧工艺
不锈钢粗钢水进VOD炉，VOD吹氧渣厚小于100mm，氩气掀开渣面500mm，自由空间大于1m，调整氧枪高度距钢液面1m；抽真空真空度达到20KPa，VOD吹氧；C-O真空度小于67帕，时间大于30分钟；终点碳控制在C：＜0.015％。
其中，VOD吹炼过程工艺参数为：
其中，冶炼过程化学成分检测结果：
2、VD还原脱氧脱硫工艺
(1)预还原
钢水经VOD吹炼后进VD化渣进行预还原，加脱氧剂和造渣剂；初还原时间控制在20分钟，化渣良好破空取样，进行倒渣处理。
(2)二次还原
倒完渣钢水二次进VD还原，根据预还原样调整成分，加脱氧剂和造渣剂，还原时间20分钟。
(3)钙处理以及软吹氩
钢液经VD还原各化学成分调整满足规格要求后进行钙处理，喂钙线；软吹氩大于15分钟，温度合适进行连铸拉钢。
其中，VD还原合金、辅料加入情况：
其中，VD还原过程工艺参数：
注：因连铸故障软吹氩时间太长温度不够上精炼炉升温。
其中，VD还原成分检测结果：
VD第二次还原终渣成分：
| 炉号 | 钢种 | 工位 | CaO(％) | SiO<sub>2</sub>(％) | MnO(％) | S(％) | MgO(％) | FeO(％) | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>(％) | Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>(％) | R |
| 20D2570V | HP2-13Cr | 出VD | 51.90 | 19.69 | 0.13 | 0.08 | 9.49 | 0.27 | 19.46 | 0.63 | 2.6 |
成品成分：
| 炉号 | 钢种 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Cu | Mo | Al | Ti |
| 20D2570V | HP2-13Cr | 0.034 | 0.316 | 0.388 | 0.0155 | 0.0015 | 12.581 | 5.359 | 0.128 | 1.887 | 0.0105 | 0.034 |
成品气体含量：
以上过程小结：
(1)通过20M2568V、20D2569V炉生产经验，20D2570V预还原成分控制除铝偏高0.0028％，第二次还原调整铝加入量，成分控制满足技术要求。
(2)VD第二次还原终渣成分满足钢种要求。
(3)成品化学成分碳高，因连铸故障软吹氩时间太长温度不够上精炼炉升温，升温过程涨碳；此炉开发失败。
实施例4(炉号20D2934V)
1、VOD吹氧工艺
不锈钢粗钢水进VOD炉，VOD吹氧渣厚小于100mm，氩气掀开渣面500mm，自由空间大于1m，调整氧枪高度距钢液面1m；抽真空真空度达到20KPa，VOD吹氧；C-O真空度小于67帕，时间大于30分钟；终点碳控制在C：＜0.015％。
其中，VOD吹炼过程工艺参数为：
其中，冶炼过程化学成分检测结果：
2、VD还原脱氧脱硫工艺
(1)预还原
钢水经VOD吹炼后进VD化渣进行预还原，加脱氧剂和造渣剂；初还原时间控制在20分钟，化渣良好破空取样，进行倒渣处理。
(2)二次还原
倒完渣钢水二次进VD还原，根据预还原样调整成分，加脱氧剂和造渣剂，还原时间20分钟。
(3)钙处理以及软吹氩
钢液经VD还原各化学成分调整满足规格要求后进行钙处理，喂钙线；软吹氩大于15分钟，温度合适进行连铸拉钢。
其中，VD还原合金、辅料加入情况：
其中，VD还原过程工艺参数：
其中，VD还原成分检测结果：
VD第二次还原终渣成分：
| 炉号 | 钢种 | 工位 | CaO(％) | SiO2(％) | MnO(％) | S(％) | MgO(％) | FeO(％) | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>(％) | Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>(％) | R |
| 20D2934V | HP2-13Cr | 出VD | 54.29 | 14.42 | 0.06 | 0.25 | 6.44 | 0.40 | 22.03 | 0.29 | 3.8 |
成品成分：
| 炉号 | 钢种 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Cu | Mo | Al | Ti |
| 20D2934V | HP2-13Cr | 0.026 | 0.349 | 0.383 | 0.0142 | 0.0010 | 12.385 | 5.205 | 0.105 | 1.851 | 0.0295 | 0.026 |
成品气体含量：
以上过程小结：
(1)通过20M2568V、20D2569V、20D2570V炉生产经验，20D2934V预还原成分控制满足技术要求。
(2)VD第二次还原终渣成分满足钢种要求。
(3)气体含量完全满足工艺要求。
(4)成品化学成分满足工艺要求。
实施例5(炉号20D2935V)
1、VOD吹氧工艺
不锈钢粗钢水进VOD炉，VOD吹氧渣厚小于100mm，氩气掀开渣面500mm，自由空间大于1m，调整氧枪高度距钢液面1m；抽真空真空度达到20KPa，VOD吹氧；C-O真空度小于67帕，时间大于30分钟；终点碳控制在C：＜0.015％。
其中，VOD吹炼过程工艺参数为：
其中，冶炼过程化学成分检测结果：
2、VD还原脱氧脱硫工艺
(1)预还原
钢水经VOD吹炼后进VD化渣进行预还原，加脱氧剂和造渣剂；初还原时间控制在20分钟，化渣良好破空取样，进行倒渣处理。
(2)二次还原
倒完渣钢水二次进VD还原，根据预还原样调整成分，加脱氧剂和造渣剂，还原时间20分钟。
(3)钙处理以及软吹氩
钢液经VD还原各化学成分调整满足规格要求后进行钙处理，喂钙线；软吹氩大于15分钟，温度合适进行连铸拉钢。
其中，VD还原合金、辅料加入情况：
其中，VD还原过程工艺参数：
其中，VD还原成分检测结果：
其中，VD第二次还原终渣成分：
| 炉号 | 钢种 | 工位 | CaO(％) | SiO<sub>2</sub>(％) | MnO(％) | S(％) | MgO(％) | FeO(％) | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>(％) | Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>(％) | R |
| 20D2935V | HP2-13Cr | 出VD | 49.67 | 18.19 | 0.07 | 0.13 | 12.25 | 0.26 | 19.51 | 0.20 | 2.7 |
成品成分：
| 炉号 | 钢种 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Cu | Mo | Al | Ti |
| 20D2935V | HP2-13Cr | 0.026 | 0.349 | 0.383 | 0.0142 | 0.0010 | 12.385 | 5.205 | 0.105 | 1.851 | 0.0295 | 0.026 |
成品气体含量：
以上过程小结：
(1)通过20M2568V、20D2569V、20D2570V、20D2934V炉生产经验，20D2935V预还原成分控制除铝偏高0.0024％，第二次还原调整铝加入量，成分控制满足技术要求。
(2)VD第二次还原终渣成分满足钢种要求。
(3)气体含量完全满足工艺要求。
(4)成品化学成分满足工艺要求。
通过以上实际生产调试，在失败的基础上不断总结经验，最终找到了本发明脱氧脱硫的最佳工艺操作条件，成品满足超低碳不锈钢HP2-13Cr的所有技术指标。
本文中涉及到化学成分、气体成分以及物料配比，除特殊说明外，均已重量(质量)计，表格中的“-”代表无或未检测。
Claims (7)
1.一种超低碳不锈钢HP2-13Cr脱氧脱硫工艺，包括以下步骤：
(1)VOD吹氧工艺
不锈钢粗钢水进VOD炉，VOD吹氧渣厚小于100mm，氩气掀开渣面500mm，自由空间大于1m，调整氧枪高度距钢液面1m；抽真空真空度达到20KPa，VOD吹氧量10～12立方米/吨；C-O真空度小于67帕，时间大于30分钟；终点碳控制在C：＜0.015％；
(2)VD还原脱氧脱硫工艺
预还原：钢水经VOD吹炼后进VD炉化渣进行预还原，加脱氧剂和造渣剂；初还原时间控制在20分钟，化渣良好破空取样，进行倒渣处理；钢液中Si控制在0.15～0.25％、Al控制在0.01～0.03％；
二次还原：倒完渣钢水二次进VD炉还原，根据预还原样调整成分，加脱氧剂和造渣剂；Si控制在0.20～0.35％，Al控制在0.01～0.03％，还原时间控制在20分钟；此时炉渣碱度在2～4左右，炉渣脱氧脱硫能力很强，钢液中O含量降至30ppm以下，S含量0.002～0.004％之间；
(3)钙处理以及软吹氩
钢液经VD还原各化学成分调整满足规格要求后进行钙处理，喂钙线；软吹氩大于15分钟，温度合适进行模铸浇钢或连铸拉钢。
2.根据权利要求1所述的超低碳不锈钢HP2-13Cr脱氧脱硫工艺，各工序钢液控制指标为：
3.根据权利要求1所述的超低碳不锈钢HP2-13Cr脱氧脱硫工艺，其中步骤(2)VD炉二次还原终渣渣系成分控制为：
4.根据权利要求1所述的超低碳不锈钢HP2-13Cr脱氧脱硫工艺，其中步骤(2)中造渣剂成分如下：
5.根据权利要求1所述的超低碳不锈钢HP2-13Cr脱氧脱硫工艺，其中步骤(2)中脱氧剂成分如下：
6.根据权利要求1所述的超低碳不锈钢HP2-13Cr脱氧脱硫工艺，模铸浇钢或连铸拉钢后成品的化学成分控制为：
7.根据权利要求1所述的超低碳不锈钢HP2-13Cr脱氧脱硫工艺，成品钢中气体含量控制为：
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