CN113046638A - 一种煤气管道用sns耐酸钢优质铸坯及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于耐磨板技术领域，提供了一种煤气管道用SNS耐酸钢优质铸坯及其生产方法，包括C、Si、Mn、S、P≤0.020％，Sb、Cr、Cu、Ni、Ti、N、Als0.015％‑0.05％，其余为Fe及不可避免的杂质，本发明的耐酸钢铸坯的生产方法主要从成分设计、炼钢过程各道工序的工艺优化及操作的精准管控方面进行了大的创新，大大降低了钢中夹杂物级别，避免了含铜铸坯易产生铜脆裂纹，合金含量高的铸坯低倍组织易出现中心偏析、成分不均匀的的问题，为热轧提供了优质SNS耐酸铸坯，既满足铸坯热轧后的耐腐蚀性能，又确保钢的力学性能，且铸坯的制作成本控制的较低。

Description

一种煤气管道用SNS耐酸钢优质铸坯及其生产方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，尤其涉及一种煤气管道用SNS耐酸钢优质铸坯及其生产方法。

背景技术

我国对环境治理力度不断加大，钢铁企业如何做到减少排放及能源充分利用成为必须面对的问题。

钢铁公司在使用煤气时需要从高炉、转炉或煤气柜将煤气运输到煤气管网再运输到不同使用点，用于铸坯加热与钢包、耐材及合金的烘烤等。但是高炉煤气中的硫化物遇冷凝水易发生硫酸露点腐蚀；烧结使用的海外铁矿粉在海运过程中受海水的影响，煤气中会常带有氯离子。输送煤气总里程达百公里，制作煤气管道需求的热轧钢板量非常大，一般均使用普碳钢Q235B制作，但Q235钢易被酸性介质腐蚀，对含S0₄ ^2-与Cl^-介质的煤气管耐蚀性较差，管道常会发生泄露，煤气飘散后，致使正常工作区域CO浓度达13～180ppm，如不及时维护与更换会危及到人的生命安全，严重影响到生产正常运行。

对钢铁公司不同位置煤气中硫含量、煤气脱水器中水质进行检测，并对煤气管道使用时长进行了统计，发现：煤气中有机硫COS含量较多，最高的达158mg/m3；煤气脱水器中的水呈较强的酸性，个别位置的Cl-含量极高，最高的达24746mg/l；Q235B材质的煤气管道实际使用时长平均为3年，最短的使用时长只有11个月。

因此需要利用钢铁公司既有装备与工艺技术生产一种SNS优质耐酸钢铸坯来代替普碳Q235B铸坯或普通含铜耐酸钢铸坯，这种优质耐酸钢铸坯耐蚀性好、寿命长、不需要频繁更换，确保生产经营的安全运行。

现有技术中，有一种煤气管道用材，使用普碳钢Q235B铸坯经热轧后再螺旋焊接制作煤气管道，低碳钢价格低，具有良好的机械性能，在煤气管道领域应用广泛。Q235B钢炼钢工序的生产方法一般是用硅铁、硅锰再加钢砂铝在转炉出钢时进行脱氧及合金调整，钢水中的氧虽然得到一定的降低，但实际成品中的氧含量还是过高，成品氧含量一般在100～150ppm，氧含量越高，越易形成硅酸盐类夹杂，即C类夹杂，其级别按国标GB/T 10561-2005评定一般在2.5级～＞3级之间。硅酸盐夹杂在成品热轧钢带中呈沿轧向的条状、平行分布在金属基体中，C类硅酸盐夹杂塑性和韧性、膨胀系数与金属基体相差大，变形指数比钢基体低，夹杂与钢基体金属间存在显微间隙，S042-与Cl-易于聚集于显微间隙处，此处最易先被腐蚀，进而扩展到钢基体，最终钢管被腐蚀损坏；因Q235B钢属包晶钢(C含量0.08％～0.18％)，包晶反应伴随着较大的体积收缩，体积变化易使铸坯产生表面裂纹及中间裂纹，铸坯在加热炉易因氧化而在轧制时出现缺陷，这些缺陷会降低钢的耐蚀性能，增加被腐蚀的速率。综上Q235B钢在酸性环境下很容易腐蚀，常因腐蚀发生泄露，使用寿命短、安全风险大、更换频繁。

其另一个与本发明最相似的方案是关于耐酸钢的研究。耐酸钢防腐机理主要是在基体表面形成一层致密且与基体金属附着性及致密性好的非晶态尖晶石类氧化物钝化膜，阻止酸性介质向钢基体的渗入，保护锈层下的基体，减缓腐蚀向钢基体深层发展，提高钢的耐腐蚀能力。耐酸钢中加入Cu、Cr合金元素，主要是钢中Cu与S结合形成表面钝化膜，从而阻止酸向钢基体渗入，防Fe²⁺被腐蚀；Cr离子能补充Cl离子对钢材点腐蚀形成的空隙，形成致密保护层，阻止点腐蚀向纵深延展，进而起到抗腐蚀使其寿命延长的目的。但一般的耐酸钢铸坯因含Cu，易于在晶界形成低熔点晶间裂纹，同时由于加入较多合金，铸坯也易形成中心偏析及中心疏松缺陷，这种带有缺陷的铸坯会严重影响到最终耐酸钢板材质量，从而会对钢管的耐酸性能造成影响。

不同企业根据自身生产装备条件及耐酸钢的用途，根据GB/T 2890-2012标准，除了加入Cr、Cu、Sb耐腐蚀合金外，还会加入Mo、V、Nb、Ti、Bi、Sn、Re等合金来细化晶粒，提高韧性，但在实际生产中往往因合金加入多，会使铸坯存在中心偏析、中心疏松缺陷，会导致铸坯轧制后金相组织不均匀，产生带状缺陷；吹氩时间及氩气强度控制不当，会引起夹杂上浮不好；同时，还会因搅拌不均，引起成分偏析，导致铸坯的纯净度较低，成品板材中夹杂含量较高；成分不均会引起组织偏析或带状。这些最终都会影响钢的耐腐蚀性能。合金添加多会导致批量生产时成本的大幅上升。

综上所述，需要一种耐蚀性好、寿命长、不需要频繁更换、节省成本、能确保生产经营的安全运行的SNS优质耐酸钢铸坯来代替普碳Q235B铸坯或普通含铜耐酸钢铸坯。

发明内容

本发明提供一种煤气管道用SNS耐酸钢优质铸坯生产方法，为下一步生产耐酸性能好、成本较低的煤气管用热轧板材作好原材准备，代替普通方法生产的Q235B铸坯或含有中心偏析、铜脆裂纹、内部裂纹的普通耐酸钢铸坯。

本发明提供了一种煤气管道用SNS耐酸钢优质铸坯，以重量百分数计包括以下组分：

C 0.05％-0.08％，Si 0.25％-0.45％，Mn 0.35％-0.50％，S≤0.010％，P≤0.020％，Sb 0.05％～0.10％，Cr 0.70％～1.20％，Cu 0.20％～0.40％，Ni 0.10％～0.20％，Ti 0.015％～0.025％，N≤0.008％，Als 0.015％-0.05％，其余为Fe及不可避免的杂质。

进一步的，以重量百分数计包括以下组分：C 0.065％，Si 0.35％，Mn 0.45％，S0.006，P≤0.015％，Sb 0.07％，Cr 0.95％，Cu 0.28％，Ni 0.14％，Ti 0.023％，N≤0.007％，Als 0.025，其余为Fe及不可避免的杂质。

进一步的，以重量百分数计Ni/Cu比为0.35～0.5。

本发明还提供一种煤气管道用SNS耐酸钢优质铸坯生产方法，包括以下步骤：

步骤1：准备原辅料及合金

入炉铁水：铁水S含量≤0.025％，铁水P≤0.130％，铁水Si含量0.30％～0.40％，铁水温度≥1300℃；

废钢：干净清洁的废钢，所述废钢可以为铸件、轧辊、不锈钢、耐候钢一种或几种；

合金：所述合金包括硅锰、硅铁、低碳铬铁、钛铁、锑锭、铜镍合金、钢砂铝、铝线、铁钙线、铝屑，所述合金干净、干燥、非混料

辅料：所述辅料包括高钙石灰、轻烧白云石、电石、精炼渣、萤石粉、大包覆盖剂、中包覆盖剂、结晶器SNS专用保护渣，所述辅料干净无混料；

步骤2：冶炼工序

步骤21：铁水预处理

步骤1的铁水S含量≥0.015％或≤0.015％时进行铁水预处理，所述预处理包括：脱硫、扒渣、捞渣处理中的一种或几种，所述脱硫的等级为深处理，所述扒渣处理至铁水亮面80％以上；

步骤22：转炉装料

转炉内装入铁水、废钢，转炉的总装入量123-125t，其中铁水每炉90-95吨，其余为废钢；

步骤23：供氧造渣

底吹全程吹氩，工作氧压控制在0.7～0.85Mpa，炉渣碱度控制在3.2～3.5之间，吹炼过程枪位执行高低高及变压变枪位操作，终点C≤0.04％；

步骤24：转炉终点成分

转炉终点为C≤0.04％，P≤0.013％，终渣碱度R为3.2～3.5，冷开热换第一炉及过程炉次，出钢温度1630～1650℃；

步骤25：出钢挡渣

红包出钢，灌砂饱满，出钢后钢包净空≥500mm，出钢时强吹，大包自开率为100％；出钢时间≥3.5min，采用双步挡渣，出钢前确认出钢口挡渣塞态良好，出钢快结束时用挡渣锥挡渣，禁止下渣；

步骤26：脱氧合金化

铜镍合金在炉前用废钢槽加入，硅铁、硅锰、低碳铬铁出钢时用合金溜槽加入，钛铁及锑锭在精炼白渣后加入；

转炉出钢时合金加入时段：高钙石灰在出钢时间五分之一时从高位料仓加入，精炼渣在出钢时间五分之一时用合金溜槽加入，硅铁在出钢时间五分之二时用合金溜槽加入，硅锰在出钢时间五分之二时用合金溜槽加入，低碳铬铁在出钢时间五分之二时用合金溜槽加入，钢砂铝在出钢时间五分之二时用合金溜槽加入，出钢五分之四时间前加完合金，出钢过程中大气量强吹，一次性加铝到位，Als目标0.025％，出钢完毕后在钢包渣面上加入铝屑30kg/炉；

步骤27：氩站操作

到站中吹三分钟后测温、取样，离站前测温取样，氩站离站温度≥1560℃；

步骤3：精炼工序

步骤31：钢包在接受位座包后，自动接通氩气装置，打开底吹氩阀，大流量下检查透气砖情况，如透气砖吹氩不良，打开旁通高压回路，吹10～20秒；透气正常后，调节氩气流量，保持中吹；

步骤32：处理工位，降精炼炉盖，预吹氩1min，测温、取样；

步骤33：降电极送电，加铝屑10～30kg，电石30～50kg，下电极前加入；供电前2min，使用低电压档位，待电弧基本稳定后，根据钢水温度及渣况提高档位；

步骤34：精炼过程视钢中硫含量及炉渣流动性，加入高钙石灰、精炼预熔渣、萤石调渣。高钙石灰按400Kg/炉分批加入，精炼预熔渣按50～100Kg/炉加入，萤石粉根据化渣情况按20～60Kg/炉加入，渣况控制R≥5.0；

步骤35：精炼化渣，第一次升温时间为8～10min，提电极，中吹搅拌1～2min，再将氩气调为软吹，测温，取样，蘸钢包顶渣样确定第二次精炼送电时顶渣脱氧物料的加入量。结合化渣后的钢样进行Als调整，控制Als成分在0.020％～0.030％，形成白渣FeO+MnO＜2.0％；

步骤36：精炼二次给电，氩气保持中吹，结合第一次给电后测温、取样，加热升温，形成白渣，进行合金成分微调，加入钛铁合金、锑锭；

步骤37：成分合格后，对钢水进行钙处理，喂线量400m～500m(开浇第一炉或与其它钢种衔接炉次，钙线量按上限控制)，喂线速度3m/s；喂钙线后中吹3min，取样改为软吹，软吹时间≥8min。送电极次数≤3次。

步骤4：连铸工序

中包烘烤预热至少3h，温度1100℃以上，全程保护浇铸，长水口加垫圈且Ar封，长水口碗部清理干净，垫圈加在碗部内，先上长水口再开浇，停浇时先摘长水口；中包使用中包使用镁质干式料，结晶器液面保持稳定，浇铸温度1538～1548℃，结晶器保护渣厚度控制40±5mm，液渣层厚度控制在10～15mm；水口插入深度为120～130mm；二冷段采用弱冷方式，比水量0.65L/kg，头坯、尾坯切除量1000mm，水口坯接口切除500mm，板坯上毛刺清理干净，得到铸坯。

进一步的，所述步骤2中加入的合金，硅锰合金的硅含量17.68％，锰62.55％；硅铁合金的硅含量74.12％，铜镍合金的铜含量46.18％，镍含量25.86％；低碳铬铁的碳含量0.48％，铬含量52.54％；钛铁的硅含量3.6％，钛含量32.47；锑锭的锑含量99.96％。

进一步的，所述结晶器保护渣的成分：R0.92，SiO₂30.86，CaO 28.4，MgO 0.66，Al₂O₃ 5.01，Na₂O 9.78，Fe₂O₃0.55，F 2.1，H₂O 0.33。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的耐酸钢铸坯的生产方法主要从成分设计、炼钢过程各道工序的工艺优化及操作的精准管控方面进行了大的创新，大大降低了钢中夹杂物级别，避免了含铜铸坯易产生铜脆裂纹，合金含量高的铸坯低倍组织易出现中心偏析、成分不均匀的的问题，为热轧提供了优质SNS耐酸铸坯，既满足铸坯热轧后的耐腐蚀性能，又确保钢的力学性能，且铸坯的制作成本控制的较低。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本发明提供一种技术方案：一种煤气管道用SNS耐酸钢优质铸坯，以重量百分数计包括以下组分：

C 0.05％-0.08％，Si 0.25％-0.45％，Mn 0.35％-0.50％，S≤0.010％，P≤0.020％，Sb 0.05％～0.10％，Cr 0.70％～1.20％，Cu 0.20％～0.40％，Ni 0.10％～0.20％，Ti 0.015％～0.025％，N≤0.008％，Als 0.015％-0.05％，其余为Fe及不可避免的杂质。

C在硫酸、盐酸等非氧化性酸中，碳钢的腐蚀速率随碳含量的增加而增大，是因渗碳体电位较高，易与铁素体形成多个微电池，故在保证钢的力学性能的情况下，C含量应偏下限；碳含量低时，也会减少形成Cr的碳化物，以发挥Cr的耐蚀作用；同时，考虑到钢的焊接性能及转炉的可操作性，结合不同碳含量下的耐酸试验，C含量选择0.05％～0.08％，优选的，含量为0.065％。

Si是固溶强化元素，Si与Cu共同存在时，可以提高钢的耐蚀性，但Si量过多，钢的加工性能较差，焊接时易飞溅，根据脱氧程度及合金硅含量，参照Q235B及Q315NS，将硅含量控制在0.25％～0.45％，优选的，含量为0.35％。

Mn随钢中Mn含量的提高，其腐蚀产物中Mn含量也提高，锰化合物的溶解致使锈层有微小孔洞，不利于锈层的保护作用，故Mn含量在确保强度基础上不宜过高，控制在0.35％～0.50％，优选的，含量为0.45％。

S：S高，易形成MnS夹杂，S含量达0.05％时，易形成铸坯中间裂纹，硫化物夹杂级别高，钢的耐蚀性较差；同时，为保证S离子与Cu离子形成Cu2S表面纯化膜，发挥其耐蚀作用，结合耐酸试验，选择S≤0.010％。

P：P高时易于形成中心偏析，磷也会引起钢的冷脆，结合转炉脱磷的生产成本控制，选P≤0.020％即可。

Sb耐硫酸腐蚀效果较好，稀硫酸腐蚀环境下，Sb与Cu在钢板表面形成Cu2Sb、Sb2O5薄膜，在腐蚀介质中的稳定性高，阻碍金属基体受到腐蚀介质的进一步腐蚀，但Sb含量较高时，易在晶界偏聚，低熔点的Sb易致高温热脆，影响铸坯质量；Sb小于0.01％时耐蚀效果不明显，大于0.3％时热加工性较差，根据耐酸试验效果，Sb含量选择0.05％～0.10％，优选的，含量为0.07％。

Cr能够细化晶粒，与钢中的铜合理匹配，能显著提高钢的耐腐蚀性能。本设计中考虑到防止煤气中Cl-形成盐酸露点腐蚀，本设计Cr的范围为0.70％～1.20％，优选的，含量为0.95％。

Cu对提高钢板的耐蚀性能有显著作用，因Cu离子易与S离子结合，在钢板表面形成Cu2S钝化膜，抑制阳极和阴极的电化学反应，起到抗硫酸腐蚀的作用。Cr、Cu复合加入，耐蚀效果更好，但铜含量过高，会增加合金成本，且易发生晶界低熔点沿晶开裂，在连铸时铸坯易引起铜脆裂纹，热轧时易引起铜致边裂，故铜的含量范围0.20％～0.40％，优选的，含量为0.28％。

由于Cu、Sb是低熔点元素，且极易在晶界偏聚，形成晶界微裂纹，为减轻其影响程度，加入少量Ni合金，因为Ni和Cu形成高熔点的Cu-Ni复合相，优选的，控制Ni/Cu比0.35～0.5。

Ni化学稳定性较高，能提高耐蚀性和韧性，适量添加可通过改善钢锈层来提高钢的耐蚀性，与Cu形成高熔点的铜镍化合物，防止Cu形成沿晶开裂，但Ni合金成本高，含量控制在0.10％～0.20％，优选的，0.14％。

Ti细化晶粒，提高钢的耐蚀性与韧性，Ti与C的亲和力大，加入钢中的Ti优先与C形成TiC，可避免晶界贫铬造成沿晶腐蚀；但因钛与氮、氧结合易生成TiN、Ti02夹杂，且铸坯易形成中心偏析，加入量选0.015％～0.025％，优选的，含量为0.023％

本发明还提供一种煤气管道用SNS耐酸钢优质铸坯生产方法，

1.生产条件确认

(1)钢包准备

精炼钢包要求底吹透气良好，双砖透气，无包底，禁止使用冷包、新包及大、中、小修包；

(2)出钢要求

严禁下渣，必要时提前更换出钢口；

(3)连铸机精度

按如下精度准确调整。连铸机停机时(＞2小时)检查清理水嘴，防堵塞，保喷水均匀；结晶器上下口偏差±0.1mm、宽面足辊与基准弧偏差以及与窄面延长线偏差±0.1mm、弯曲段开口度及弯曲段曲率偏差≤±0.3mm、辊子安装尺寸偏差≤±0.1mm、轴承径向间隙＜0.15mm；扇形段开口度及扇形段曲率偏差≤±0.3mm，辊子安装尺寸偏差≤±0.1mm、轴承径向间隙＜±0.15mm辊缝按精度调节。通过对铸机精度的调整，以保证钢坯质量。

(4)称量工具准备

准备、校正好精炼及炉后称量工具。

2.原辅料及合金条件确认

(1)入炉铁水质量

在SNS耐酸钢铸坯生产前，提前由调度室向炼铁提出降S的通知，炼铁厂及时调整炉况保证炼钢用铁水S含量≤0.025％，铁水P≤0.130％，铁水Si含量0.30％～0.40％，铁水温度≥1300℃。

(2)废钢质量

废钢干净清洁，如使用铸件、轧辊、不锈钢及耐候钢等废钢入炉，需提前估算终点炉内钢水元素残余成分，及时对炉后合金配加量做出调整。

(3)合金准备

准备好硅锰、硅铁、低碳铬铁、钛铁、锑锭、铜镍合金、钢砂铝、铝线、铁钙线、铝屑，合金要干净、干燥，不得混料。

(4)辅料准备

高钙石灰、轻烧白云石、电石、精炼渣、萤石粉要干净无混料；大包覆盖剂、中包覆盖剂、结晶器SNS专用保护渣。

3.冶炼工序

(1)转炉装入量控制

铁水装入量按每炉90～95吨控制，其余为废钢量，每炉总装入量控制在123～125t；

(2)铁水预处理

铁水S≥0.015％时进行铁水预处理，脱硫等级为深处理，扒渣至铁水亮面达80％以上；铁水S≤0.015％也要扒渣或者捞渣；

(3)供氧造渣

底吹全程吹氩，工作氧压控制在0.7～0.85Mpa，炉渣碱度控制在3.2～3.5之间。吹炼过程枪位执行高低高及变压变枪位操作，以达到快速去磷目的，为终点拉碳做好准备。终点C≤0.04％，力求一次拉碳成功，避免后吹，降低钢水氧化性。

(4)转炉终点成分

C≤0.04％，P≤0.013％，终渣碱度R为3.2～3.5；冷开热换第一炉及过程炉次，出钢温度1630～1650℃。

(5)出钢挡渣

红包出钢，灌砂饱满，出钢后钢包净空≥500mm，钢包透气性良好，出钢时强吹，大包自开率为100％；出钢时间≥3.5min，采用双步挡渣，出钢前确认出钢口挡渣塞态良好，出钢快结束时用挡渣锥挡渣，禁止下渣。

(6)脱氧合金化

硅锰合金硅含量17.68％，锰62.55％，磷0.137％，硫0.029％；硅铁合金硅含量74.12％，磷0.024％，硫0.01％；铜镍合金铜含量46.18％，镍含量25.86％；低碳铬铁碳含量0.48％，铬含量52.54％；钛铁硅含量3.6％，钛含量32.47，碳0.09％，磷0.02％，硫0.011％；锑锭锑含量99.96％。补加合金量参考值参见表1，合金补加量仅供参考，成分微调原则上在精炼操作，同时要考虑到顶渣还原所造成的各元素含量的增加，不同的合金可以按比例添加。

表1补加合金量参考值

以按出钢量114t、残锰0.12％计算，合金添加量如表2所示，仅供参考，合金实际加入依生产情况及时调整。

表2炉后脱氧合金化添加量

铜镍合金在炉前用废钢槽加入，硅铁、硅锰、低碳铬铁出钢时用合金溜槽加入，钛铁及锑锭在精炼白渣后加入。

转炉出钢时合金加入时段：高钙石灰在出钢时间五分之一时从高位料仓加入，加入参考量700kg/炉；精炼渣在出钢时间五分之一时用合金溜槽加入，加入参考量100kg/炉；硅铁在出钢时间五分之二时用合金溜槽加入，加入参考量360kg/炉；硅锰在出钢时间五分之二时用合金溜槽加入，加入参考量540kg/炉；低碳铬铁在出钢时间五分之二时用合金溜槽加入，加入参考量1230kg/炉；钢砂铝在出钢时间五分之二时用合金溜槽加入，加入参考量120-140kg/炉；出钢五分之四时间前加完合金，出钢过程中大气量强吹，一次性加铝到位，Als目标0.025％，出钢完毕后在钢包渣面上加入铝屑30kg/炉。

(6)氩站操作

到站中吹三分钟后测温、取样，离站前测温取样，氩站离站温度≥1560℃。离站成分见表3：

表3：氩站离站成分表

4.F精炼工序

(1)LF炉操作

a钢包在接受位座包后，自动接通氩气装置，打开底吹氩阀，大流量下检查透气砖情况，如透气砖吹氩不良，打开旁通高压回路，吹10～20秒；透气正常后，调节氩气流量，保持中吹；

b处理工位，降精炼炉盖，预吹氩1min，测温、取样；

c降电极送电，加铝屑10～30kg，电石30～50kg，下电极前加入；供电前2min，使用低电压档位，待电弧基本稳定后，根据钢水温度及渣况提高档位；

d精炼过程视钢中硫含量及炉渣流动性，加入高钙石灰、精炼预熔渣、萤石调渣。高钙石灰按400Kg/炉分批加入，精炼预熔渣按50～100Kg/炉加入，萤石粉根据化渣情况按20～60Kg/炉加入。为提高炉渣熔化速度，造渣料分批加入，等上批料熔化后再加入下一批渣料。

渣况控制R≥5.0；

e精炼化渣，第一次升温时间为8～10min，提电极，中吹搅拌1～2min，再将氩气调为软吹，测温，取样，蘸钢包顶渣样确定第二次精炼送电时顶渣脱氧物料的加入量。结合化渣后的钢样进行Als调整，控制Als成分在0.020％～0.030％(需形成白渣FeO+MnO＜2.0％)；

f精炼二次给电，氩气保持中吹，结合第一次给电后测温、取样，加热升温，形成白渣，进行合金成分微调，加入钛铁合金、锑锭；

g成分合格后，对钢水进行钙处理，喂线量400m～500m(开浇第一炉或与其它钢种衔接炉次，钙线量按上限控制)，喂线速度3m/s；喂钙线后中吹3min，取样改为软吹，软吹时间≥8min。送电极次数≤3次。

(2)LF离站目标成分见表4

表4LF离站目标成分

(3)LF离站温度

冷开炉次，LF出站温度1600-1610℃，中包温度1550-1560℃；过程炉次，LF出站温度1580-1585℃，中包温度1538-1548℃，随季节，可根据过程实际温降，调整离站温度。

5.连铸工序

(1)中包烘烤

至少预热3h，温度达到1100℃以上；

(2)全程保护浇铸

长水口加垫圈且Ar封，长水口碗部清理干净，垫圈加在碗部内，先上长水口再开浇，停浇时先摘长水口，不能提前摘长水口裸浇。

(3)中包用材及结晶器液面

中包使用镁质干式料；结晶器液面要保持稳定，防止钢水二次氧化、吸氮，避免保护渣卷入。

(4)结晶器保护渣

SNS耐酸钢合金含量多，浇注温度约1523℃，结晶器内坯壳收缩较大，保护渣主要作用是润滑和传热，选用低碱度、低粘度和高熔化速度的保护渣，保护渣成分如下表，增加保护渣用量，满足结晶器的润滑和传热，从而控制铸坯表面裂纹。

结晶器保护渣的成分以重量计：R0.92，SiO₂30.86，CaO 28.4，MgO 0.66，Al₂O₃5.01，Na₂O 9.78，Fe₂O₃0.55，F 2.1，H₂O 0.33。

结晶器保护渣厚度控制40±5mm，液渣层厚度控制在10～15mm；水口插入深度为120～130mm。

(5)中包温度

液相线温度约为1523℃，中包温度控制在1538～1548℃。

(6)结晶器水量控制

结晶器的冷却目的是控制坯壳厚度，保证结晶器内坯壳的均匀收缩，抑制连铸坯裂纹的产生，窄面水流量设定为29m3/h，宽面水流量设定为205m3/h。

(7)拉坯速度

拉速控制在0.80～1.05m/min，1250*210mm的断面，过热度与拉速匹配如下(TL＝1523℃)：中包温度＜1538℃，过热度＜15℃，拉速1.05m/min；中包温度1538-1547℃，过热度15-24℃，拉速1.00m/min；中包温度1548-1552℃，过热度25-29℃，拉速0.950m/min；中包温度1553-1557℃，过热度30-34℃，拉速0.85m/min；中包温度1558-1562℃，过热度35-39℃，拉速0.80m/min；按恒拉速控制。

(8)二冷水控制

二冷采用弱冷方式，比水量0.65L/kg，有效避开该钢种的脆性区间，确保连铸坯质量。

SNS钢水表K值如下：结晶器窄面足辊，K＝0.84；结晶器宽面足辊，K＝1.04；穹曲段上部，K＝10.05；穹曲段下部，K＝1.22；扇形1段内弧，K＝0.71；扇形1段外弧，K＝0.72；扇形2-3段内弧，K＝0.7；扇形2-3段外弧，K＝0.71；扇形4-5段内弧，K＝0.9；扇形4-5段外弧，K＝0.91；扇形6-8段内弧，K＝1.17；扇形6-8段外弧，K＝1.02；扇形9-12段内弧，K＝0.78；扇形9-12段外弧，K＝0.62。

(9)结晶器倒锥度

采用结晶器液面自动控制，倒锥度1.08～1.15％/m。

(10)二冷喷嘴

二冷喷嘴对中，无歪喷、无斜喷、无堵塞。

(11)铸坯切割

头坯、尾坯切除量1000mm，水口坯接口切除500mm，板坯上毛刺清理干净，得到铸坯。

本发明的SNS耐酸钢优质铸坯其优点如下：

1、成分优化设计，控制均匀精准

SNS耐酸钢铸坯是根据钢铁公司煤气酸性介质的特点及添加元素成分的特性，结合生产及试验，对成分进行了优化设计，既保证了钢的耐酸蚀性能和力学性能，又使生产成本得到了控制；同时通过调整加入合金的顺序与时间,既提高合金元素收得率，降低合金损失，又能达到精准成分含量，同时达到均匀成分的目的,如铜镍合金在炉前用废钢槽加入，硅铁、硅锰、低碳铬铁出钢时用合金溜槽加入，钛铁及锑锭在LF精炼白渣后加入。

根据国际焊接学会IIW推荐的碳当量公式，CE＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15(％)计算，SNS钢的碳当量CE＝0.37％，小于0.4％，说明此钢的焊接性能良好,不需要进行预热及焊后热处理。

2、夹杂少，级别低

点蚀是煤气管道常见的腐蚀形式，钢中夹杂物是诱发点蚀到局部腐蚀的主要因素，点蚀先在微区萌生发展，伴随较高的局部腐蚀速率，进而导致煤气管道结构失效，危害钢材服役安全及寿命，故耐酸钢中夹杂控制较为关键。

钢水中氧、硫含量控制的较低，氩站定氧量为4～6ppm，LF精炼S≤0.06％，确保钢中无C类硅酸盐夹杂，A硫化物夹杂级别≤1级；

(1)氧化物夹杂(单个D类、串状B类)的控制

氧在钢中主要以夹杂物态存在，溶解态的氧量极少。氧化物夹杂以简单氧化物夹杂为主，主要来自脱氧产物和二次氧化，因此在冶炼时严格控制转炉出钢C含量，减少钢中初始氧含量，进而减少脱氧产物；在氩站，SNS耐酸钢采用铝铁、钢芯铝或铝线脱氧，氩站定氧量为4～6ppm；过LF精炼脱氧除气、降硫，精炼S≤0.06％；另外采用全程保护浇注技术，防止钢液二次氧化，达到控制氧化物夹杂诸如A12O3、SiO2、FeO、MnO、Cr2O3等的目的，保证成品板材中无B类串状氧化物夹杂，单个D类夹杂细系控制在D0～D1级。

(2)硅酸盐类夹杂(C类)

硅酸盐类夹杂由于尺寸大，脱氧不良时，在碳钢中易于生成，由于其与钢基体的塑性、膨胀系数不同，随热轧变形，其与基体间存在较大的微观空隙，所以C类夹杂对钢的腐蚀性影响最大，减少硅酸盐类夹杂的数量，相当于减少了钢材的腐蚀源点，提高了耐蚀钢的腐蚀性能。

针对此类夹杂采取的措施，一是出钢时对终点C进行控制，要求C≤0.04％；二是用钢砂铝进行前置脱氧，同时硅锰、硅铁、铝线、铝屑充分脱氧，氩站定氧量在4～8ppm；三是过精炼脱氧；四是全程用保护浇注方式，防钢水氧化。确保SNS耐酸钢板材中无C类硅酸盐夹杂。

(3)硫化物夹杂(A类)

硫化物夹杂相对于硅酸盐夹杂，塑性较好，但膨胀系数与钢基体不同，其与基体间也存在微区间隙，会导致钢的耐蚀性降低，对于硫化物控制主是有三点：一是炼水生产时对硫进行控制；二是铁水用KR脱硫，控制S≤0.015％；三是过LF精炼，要求白渣保持时间大于20min，弱搅拌时间控制在8min以上，控夹杂与脱硫，硫含量控制在≤0.006％；四是喂钙线，达到脱氧、脱硫，使非金属夹杂改性，有利夹杂上浮与去除。

3、铸坯内外无裂纹

铸坯质量的好坯对后续轧制的板材质量有较大的影响，故优质耐酸钢铸坯是制作耐蚀性良好的煤气管道用材的关键。由于SNS耐酸钢中添加有耐腐蚀性元素Cu，其熔点较低(1083℃)，易富集于晶界，易使铸坯产生铜脆；同时，添加有增加铜脆敏感性的Sb元素，在控制不好情况下，也易造成耐酸钢铸坯裂纹，为后续板材的轧制提供质量保证。

通过钢水成分控制、低过热度、低拉速、弱比水量、专用保护渣的控制，抑制了低熔点元素的晶间偏聚，消除了铸坯裂纹。

4、低倍组织良好

低倍组织良好，缺陷级别低，中心偏析≤0.5级，中心疏松≤0.5级，低倍组织缺陷总级别≤1.5级，无中间裂纹，无三角区裂纹、无中心线裂纹，铸坯低倍组织缺陷评级对比见表5。

好的铸坯组织才能保证热轧后板材微观金相组织的均匀，对耐酸蚀钢来说，除耐蚀性元素的添加对其耐蚀性有重要影响外，其金相组织的均匀性亦有较大影响，金相组织的非均一性，诸如带状组织、偏析等，均会导致钢板与腐蚀介质接触时在钢板表面形成较大电位差的微电池，加速钢板的腐蚀。良好的铸坯低倍组织为SNS耐酸钢成品板材提供了质量保证。

表5铸坯低倍组织缺陷评级对比

本发明的有益效果：

(1)根据钢铁公司煤气管道中的腐蚀介质及各类元素成分的特性，通过生产实践与反复试验，对其化学成分进行了优化设计，发明既满足了煤气管道的耐酸蚀要求，又满足生产成本投入相对较低，耐蚀性能却较Q235B钢提高5～10倍的需求；

(2)在炼钢各工序的精细管控上，即满足设计成分含量的要求，同时通过吹氩及合金加入顺序的调整，保证了成分的均匀性及收得率；对二冷段进行弱冷水冷却，避免铸坯偏析在后续轧制的耐酸钢板材中出现带状组织缺陷；

(3)本技术从铁水预处理脱硫、终点碳控制，加钢砂铝、铝线、铝屑强脱氧以及过LF精炼脱硫、除气，再到钙线处理，提高了钢水的纯净度，对铸坯中夹杂的量及尺寸、形态进行了控制，避免成品耐酸板材中因夹杂的存在增加了钢被腐蚀的风险。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种煤气管道用SNS耐酸钢优质铸坯，其特征在于：以重量百分数计包括以下组分：

C 0.05％-0.08％，

Si 0.25％-0.45％，

Mn 0.35％-0.50％，

S≤0.010％，

P≤0.020％，

Sb 0.05％～0.10％，

Cr 0.70％～1.20％，

Cu 0.20％～0.40％，

Ni 0.10％～0.20％，

Ti 0.015％～0.025％，

N≤0.008％，

Als 0.015％-0.05％，

其余为Fe及不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的一种煤气管道用SNS耐酸钢优质铸坯，其特征在于：以重量百分数计包括以下组分：

C 0.065％，

Si 0.35％，

Mn 0.45％，

S 0.006，

P≤0.015％，

Sb 0.07％，

Cr 0.95％，

Cu 0.28％，

Ni 0.14％，

Ti 0.023％，

N≤0.007％，

Als 0.025，

其余为Fe及不可避免的杂质。

3.如权利要求1或2所述的一种煤气管道用SNS耐酸钢优质铸坯，其特征在于：以重量百分数计Ni/Cu比为0.35～0.5。

4.一种煤气管道用SNS耐酸钢优质铸坯生产方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：准备原辅料及合金

入炉铁水：铁水S含量≤0.025％，铁水P≤0.130％，铁水Si含量0.30％～0.40％，铁水温度≥1300℃；

废钢：干净清洁的废钢，所述废钢可以为铸件、轧辊、不锈钢、耐候钢一种或几种；

合金：所述合金包括硅锰、硅铁、低碳铬铁、钛铁、锑锭、铜镍合金、钢砂铝、铝线、铁钙线、铝屑，所述合金干净、干燥、非混料

辅料：所述辅料包括高钙石灰、轻烧白云石、电石、精炼渣、萤石粉、大包覆盖剂、中包覆盖剂、结晶器SNS专用保护渣，所述辅料干净无混料；

步骤2：冶炼工序

步骤21：铁水预处理

步骤1的铁水S含量≥0.015％或≤0.015％时进行铁水预处理，所述预处理包括：脱硫、扒渣、捞渣处理中的一种或几种，所述脱硫的等级为深处理，所述扒渣处理至铁水亮面80％以上；

步骤22：转炉装料

转炉内装入铁水、废钢，转炉的总装入量123-125t，其中铁水每炉90-95吨，其余为废钢；

步骤23：供氧造渣

底吹全程吹氩，工作氧压控制在0.7～0.85Mpa，炉渣碱度控制在3.2～3.5之间，吹炼过程枪位执行高低高及变压变枪位操作，终点C≤0.04％；

步骤24：转炉终点成分

转炉终点为C≤0.04％，P≤0.013％，终渣碱度R为3.2～3.5，冷开热换第一炉及过程炉次，出钢温度1630～1650℃；

步骤25：出钢挡渣

红包出钢，灌砂饱满，出钢后钢包净空≥500mm，出钢时强吹，大包自开率为100％；出钢时间≥3.5min，采用双步挡渣，出钢前确认出钢口挡渣塞态良好，出钢快结束时用挡渣锥挡渣，禁止下渣；

步骤26：脱氧合金化

铜镍合金在炉前用废钢槽加入，硅铁、硅锰、低碳铬铁出钢时用合金溜槽加入，钛铁及锑锭在精炼白渣后加入；

转炉出钢时合金加入时段：高钙石灰在出钢时间五分之一时从高位料仓加入，精炼渣在出钢时间五分之一时用合金溜槽加入，硅铁在出钢时间五分之二时用合金溜槽加入，硅锰在出钢时间五分之二时用合金溜槽加入，低碳铬铁在出钢时间五分之二时用合金溜槽加入，钢砂铝在出钢时间五分之二时用合金溜槽加入，出钢五分之四时间前加完合金，出钢过程中大气量强吹，一次性加铝到位，Als目标0.025％，出钢完毕后在钢包渣面上加入铝屑30kg/炉；

步骤27：氩站操作

到站中吹三分钟后测温、取样，离站前测温取样，氩站离站温度≥1560℃；

步骤3：精炼工序

步骤31：钢包在接受位座包后，自动接通氩气装置，打开底吹氩阀，大流量下检查透气砖情况，如透气砖吹氩不良，打开旁通高压回路，吹10～20秒；透气正常后，调节氩气流量，保持中吹；

步骤32：处理工位，降精炼炉盖，预吹氩1min，测温、取样；

步骤33：降电极送电，加铝屑10～30kg，电石30～50kg，下电极前加入；供电前2min，使用低电压档位，待电弧基本稳定后，根据钢水温度及渣况提高档位；

步骤34：精炼过程视钢中硫含量及炉渣流动性，加入高钙石灰、精炼预熔渣、萤石调渣。高钙石灰按400Kg/炉分批加入，精炼预熔渣按50～100Kg/炉加入，萤石粉根据化渣情况按20～60Kg/炉加入，渣况控制R≥5.0；

步骤35：精炼化渣，第一次升温时间为8～10min，提电极，中吹搅拌1～2min，再将氩气调为软吹，测温，取样，蘸钢包顶渣样确定第二次精炼送电时顶渣脱氧物料的加入量。结合化渣后的钢样进行Als调整，控制Als成分在0.020％～0.030％，形成白渣FeO+MnO＜2.0％；

步骤36：精炼二次给电，氩气保持中吹，结合第一次给电后测温、取样，加热升温，形成白渣，进行合金成分微调，加入钛铁合金、锑锭；

步骤37：成分合格后，对钢水进行钙处理，喂线量400m～500m(开浇第一炉或与其它钢种衔接炉次，钙线量按上限控制)，喂线速度3m/s；喂钙线后中吹3min，取样改为软吹，软吹时间≥8min。送电极次数≤3次。

步骤4：连铸工序

中包烘烤预热至少3h，温度1100℃以上，全程保护浇铸，长水口加垫圈且Ar封，长水口碗部清理干净，垫圈加在碗部内，先上长水口再开浇，停浇时先摘长水口；中包使用中包使用镁质干式料，结晶器液面保持稳定，浇铸温度1538～1548℃，结晶器保护渣厚度控制40±5mm，液渣层厚度控制在10～15mm；水口插入深度为120～130mm；二冷段采用弱冷方式，比水量0.65L/kg，头坯、尾坯切除量1000mm，水口坯接口切除500mm，板坯上毛刺清理干净，得到铸坯。

5.如权利要求4所述的一种煤气管道用SNS耐酸钢优质铸坯生产方法，其特征在于：所述步骤2中加入的合金，硅锰合金的硅含量17.68％，锰62.55％；硅铁合金的硅含量74.12％，铜镍合金的铜含量46.18％，镍含量25.86％；低碳铬铁的碳含量0.48％，铬含量52.54％；钛铁的硅含量3.6％，钛含量32.47；锑锭的锑含量99.96％。

6.如权利要求4所述的一种煤气管道用SNS耐酸钢优质铸坯生产方法，其特征在于：所述结晶器保护渣的成分：R0.92，SiO₂30.86，CaO 28.4，MgO 0.66，Al₂O₃5.01，Na₂O 9.78，Fe₂O₃0.55，F 2.1，H₂O 0.33。