CN115261709B - 超低温压力容器钢及其冶炼方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于不锈钢冶炼技术领域，涉及一种超低温压力容器钢及其冶炼方法，包括以下步骤：(1)在电炉中装入镍生铁后送电熔化，电炉炉料熔清后进行脱磷，得到第一含镍铁水；(2)将所述第一含镍铁水兑入转炉，在转炉中加入低磷废钢后进行吹炼，得到第二含镍铁水；(3)转炉出钢后依次进行LF炉精炼脱硫工序、RH脱气工序及连铸工序，最后得到超低温压力容器钢。本发明的超低温压力容器钢冶炼方法，采用廉价的镍生铁为原料，代替了价格昂贵的纯镍，降低了冶炼成本。

Description

超低温压力容器钢及其冶炼方法
技术领域
本发明属于不锈钢冶炼技术领域，涉及一种超低温压力容器钢及其冶炼方法，尤其涉及一种超低磷06Ni9钢及其冶炼工艺。
背景技术
06Ni9钢是指Ni元素含量约为9％的低碳钢，始创于美国国际镍公司的产品研究试验室，最低使用温度可达-196℃，自1952年，第一台06Ni9钢储罐在美国投入使用后，在国内外得到大批量的应用。随着国内天然气新增探明储量的不断增长，政府也日益重视天然气的开发利用及其低温储存设备的设计和建造。因其具有优良的低温韧性及良好的焊接性能，06Ni9钢已成为国际上低温设备领域广泛使用的钢种。由于P，S等杂质元素的存在会恶化钢的低温韧性，因此需要将P，S(P≤0.005％，S≤0.002％)等杂质元素的含量严格控制在较低水平。
06Ni9钢由于需要极低的P含量，脱磷成为限制性环节，常规工艺主要是铁水脱磷预处理-转炉-LF-RH-连铸工艺路线，脱磷工艺主要有几种：一是采用铁水三脱预处理预脱磷+转炉深脱磷；二是采用转炉初脱磷+转炉深脱磷的双联工艺；三是采用转炉初脱磷+LF深脱磷工艺。三种工艺转炉原料均采用铁水，镍合金采用纯镍(镍板、镍豆)。由于纯镍价格高，导致冶炼成本较高，市场竞争力差。
发明内容
为了解决06Ni9钢原工艺使用纯镍成本高、冶炼过程脱磷困难的问题，本发明提供了一种超低温压力容器钢及其冶炼方法。
具体的，本发明提供的超低温压力容器钢冶炼方法，包括以下步骤：
(1)在电炉中装入镍生铁后送电熔化，电炉炉料熔清后进行脱磷，得到第一含镍铁水；
(2)将所述第一含镍铁水兑入转炉，在转炉中加入低磷废钢后进行吹炼，得到第二含镍铁水；
(3)转炉出钢后依次进行LF炉精炼脱硫工序、RH脱气工序及连铸工序，最后得到超低温压力容器钢。
上述的超低温压力容器钢冶炼方法，按重量百分比计，所述镍生铁包括：C:2.0-3.0％，Si:0.5-2.5％，P≤0.035％，Ni：7-15％，其余为铁和残余元素。
上述的超低温压力容器钢冶炼方法，所述电炉的冶炼包括：
(1)当送电量达到200-250kwh/t时，在电炉中分批加入石灰；
(2)炉料发红开始熔化时，自耗氧枪开始吹氧助熔，自耗氧枪吹氧量为50-60Nm3/min；
(3)电炉炉底形成熔液后，分批加入转炉除尘灰压球或矿石以及石灰，吹氧脱磷；
(4)电炉炉料熔清后，继续加入除尘灰球、石灰，吹氧搅拌钢液并进行深脱磷，吹氧量100-120Nm3/min，当电炉钢水中P≤0.008wt％，温度1630-1650℃时，停电，出钢。
上述的超低温压力容器钢冶炼方法，所述电炉的冶炼过程中，总石灰加入量为35-40kg/t，除尘灰球加入量为32-38kg/t，氧耗20-25m2/t。
上述的超低温压力容器钢冶炼方法，在转炉中，所述吹炼包括：冶炼前期顶枪枪位1700-1800mm，底吹供气强度0.16-0.18Nm3/(min·t)；冶炼中期顶枪枪位1800-2000mm，底吹供气强度0.13-0.15Nm3/(min·t)；冶炼末期顶枪枪位1600-1700mm，底吹供气强度0.18-0.20Nm3/(min·t)。
上述的超低温压力容器钢冶炼方法，所述转炉中炉渣碱度为R＝3.2-3.5、(FeO)＝20-25％。
上述的超低温压力容器钢冶炼方法，所述转炉停止供氧后，底吹供气强度为0.20Nm3/(min·t)，终点搅拌2-3min。
上述的超低温压力容器钢冶炼方法，所述LF炉精炼脱硫工序中，控制炉渣碱度为5.0-6.0，CaO/Al2O3＝1.8-2.2。
另一方面，本发明还提供了一种超低温压力容器钢，其采用上述的超低温压力容器钢冶炼方法获得。
其中，所述超低温压力容器钢的钢种为06Ni9钢。
本发明的技术方案相对于现有技术具有如下的有益效果：
(1)本发明的超低温压力容器钢冶炼方法，采用廉价的镍生铁为原料，代替了价格昂贵的纯镍，降低了冶炼成本；
(2)本发明的超低温压力容器钢冶炼方法，采用电炉初脱磷+转炉深脱磷，可降低初始磷含量，实现最终低磷含量的钢水，P含量最低0.001％，可稳定控制在P≤0.002％；
(3)本发明的超低温压力容器钢冶炼方法，转炉入炉钢水C含量在2.0％，减少了转炉吹氧量，降低了转炉冶炼过程吹损；
(4)本发明的超低温压力容器钢冶炼方法，取消了高炉生产铁水工序，适宜于电炉短流程工艺生产，拓宽了生产渠道，降低了碳排放。
具体实施方式
为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。
本文使用的术语“第一”“第二”等不表示任何顺序或重要性，而是用于区别一个要素与另一要素，术语“该”“所述”“一个”和“一种”不表示数量的限制，而是表示存在至少一个所提及的对象。术语“优选的”“更优选的”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。此外，对一个或多个实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。
当本文中公开一个数值范围时，上述范围视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特征时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开的所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。
具体的，本发明的一种超低温压力容器钢冶炼方法，采用的工艺路线为：电炉熔化镍生铁并脱磷—转炉兑入电炉预熔液—转炉脱碳冶炼—LF精炼脱硫—RH精炼脱气—连铸，具体包括以下步骤：
(1)在电炉中装入镍生铁后送电熔化，电炉炉料熔清后进行脱磷，得到第一含镍铁水；
(2)将所述第一含镍铁水兑入转炉，在转炉中加入低磷废钢后进行吹炼，得到第二含镍铁水；
(3)转炉出钢后依次进行LF炉精炼脱硫工序、RH脱气工序及连铸工序，最后得到超低温压力容器钢。
本发明的超低温压力容器钢冶炼方法，通过采用廉价的镍生铁为原料，代替了价格昂贵的纯镍，降低了冶炼成本。进一步的，本发明通过采用电炉初脱磷+转炉深脱磷，可降低初始磷含量，实现最终低磷含量的钢水，P含量最低为0.001％，可稳定控制在P≤0.002％。
在一些优选的实施方式中，本发明的一种超低温压力容器钢冶炼方法，包括以下步骤：
(1)在电炉中装入镍生铁后送电熔化，电炉炉料熔清后进行脱磷，得到第一含镍铁水。
其中，按重量百分比计，所述镍生铁包括：C:2.0-3.0％，Si:0.5-2.5％，P≤0.035％，Ni：7-15％，其余为铁和残余元素。本发明通过采用廉价的镍生铁为原料冶炼06Ni9钢，代替了贵重合金纯镍及高炉铁水，降低了冶炼成本，提高了产品竞争力。
其中，所述第一含镍铁水为低磷高镍铁水。
优选的，所述电炉的冶炼包括：(a)当送电量达到200-250kwh/t时，在电炉中分批加入石灰；(b)炉料发红开始熔化时，自耗氧枪开始吹氧助熔，自耗氧枪吹氧量为50-60Nm3/min；(c)电炉炉底形成熔液后，分批加入转炉除尘灰压球或矿石以及石灰，吹氧脱磷；(d)电炉炉料熔清后，继续加入除尘灰球、石灰，吹氧搅拌钢液并进行深脱磷，吹氧量100-120Nm3/min，当电炉钢水中P≤0.008wt％，温度1630～1650℃时，停电，出钢，扒渣。
其中，出钢量为最终钢水量的90％，所述扒渣的扒渣量＞85％。
进一步优选的，所述电炉的冶炼过程中，总石灰加入量为35-40kg/t，除尘灰球加入量为32-38kg/t，氧耗20-25m2/t。
本发明通过采用特定量的除尘灰球和氧气作为脱磷剂，同时借助于特定的处理工艺，可将钢液中的P含量脱至0.008％以下。
(2)将所述第一含镍铁水兑入转炉，在转炉中加入低磷废钢后进行吹炼，得到第二含镍铁水。
其中，所述转炉顶吹氧枪的供氧枪位采用低-高-低枪位，底吹采用大流量供气强度，借此，降低终点钢水氧化性，提高转炉脱磷率。
优选的，所述吹炼包括：冶炼前期顶枪枪位1700-1800mm，底吹供气强度0.16-0.18Nm3/(min·t)；冶炼中期顶枪枪位1800-2000mm，底吹供气强度0.13-0.15Nm3/(min·t)；冶炼末期顶枪枪位1600-1700mm，底吹供气强度0.18-0.20Nm3/(min·t)。
其中，底吹的气体为N2和Ar，具体的，脱碳前期底吹的气体采用N2，后期底吹的气体切换为Ar。
本发明中，转炉通过分阶段控制枪位与底吹搅拌流量进行深脱磷，使钢水中终点P含量≤0.002wt％。
进一步优选的，所述转炉中炉渣碱度为R＝3.2-3.5、(FeO)＝20-25％，借此，实现转炉的深脱磷，将钢中磷脱至0.002％以下。
所述转炉停止供氧后，底吹供气强度为0.20Nm3/(min·t)，终点搅拌2-3min，同时降低钢水氧化性。
其中，当转炉成分、温度满足要求后，出钢，出钢过程脱氧合金化。
在本发明中，转炉使用电炉含镍低磷铁水为原料，配加少量低磷废钢进行冶炼，生产超低磷含镍钢水，由于电炉含镍铁水碳含量低，转炉吹氧量减少，降低了转炉冶炼过程吹损。
(3)转炉出钢后依次进行LF炉精炼脱硫工序、RH脱气工序及连铸工序，最后得到超低温压力容器钢。
优选的，所述LF炉精炼脱硫工序中，控制炉渣碱度为5.0-6.0，CaO/Al2O3＝1.8-2.2。
经实践证明，本发明的超低温压力容器钢冶炼方法生产超低温压力容器06Ni9钢，可采用廉价的镍生铁代替纯镍，并达到产品超低磷(P≤0.001％)的目的，降低冶炼成本3000元/t，减少转炉吹损，同时减少高炉生产铁水时带来的环境污染和碳排放。
另一方面，本发明还提供了一种超低温压力容器钢，其采用上述的超低温压力容器钢冶炼方法获得。
其中，所述超低温压力容器钢的钢种为06Ni9钢。
实施例
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件。
实施例1
180吨转炉冶炼06Ni9钢(成分：C≤0.1％，Si≤0.35％，Mn:0.30-0.80％，P≤0.005％，S≤0.002％，Ni：8.5-10％)；工艺路线：电炉熔化镍生铁并脱磷—转炉兑入电炉预熔液—转炉脱碳冶炼—LF精炼脱硫—RH精炼脱气—连铸
(1)电炉装入镍生铁165t(成分：C:2.5％，Si:1.5％，P：0.035％，Ni:10％)送电熔化，送电量达到35000kwh时，分批加入石灰，炉料发红开始熔化时自耗氧枪开始吹氧助熔，自耗氧枪吹氧量为52Nm3/min。电炉炉底形成熔液后分批加入除尘灰压球以及石灰，吹氧脱磷，电炉炉料熔清后，继续加入除尘灰球、石灰，吹氧搅拌钢液并进行深脱磷，吹氧量100-120Nm3/min。总石灰加入量38kg/t，除尘灰球加入量35kg/t，氧耗22m2/t。温度1650℃时，停电，出钢，出钢量160吨，出钢成分C：2.2％，Si：0.01％，P：0.007％，Ni：10.3％。
(2)出钢后电炉进行扒渣，扒渣量＞85％，扒渣后含镍铁水兑入转炉，转炉加入低磷废钢30吨，然后进行吹炼，转炉顶吹氧枪供氧采用低-高-低枪位，底吹采用大流量供气强度，冶炼前期顶枪枪位1700mm，底吹供气强度0.16Nm3/(min·t)；冶炼中期顶枪枪位1800mm，底吹供气强度0.13Nm3/(min·t)；冶炼末期顶枪枪位1650mm，底吹供气强度0.18Nm3/(min·t)。转炉控制炉渣碱度R＝3.2、(FeO)＝22％，转炉停氧后，采用底吹高强度供气流量0.20Nm3/(min·t)，终点搅拌3min，转炉成分、温度满足要求后，挡渣出钢，出钢成分C：0.03％，Si：0.01％，P：0.001％，S：0.010％，Ni：9.1％。
(3)转炉出钢后到LF炉进行精炼脱硫操作，LF造强脱硫渣系，控制炉渣碱度5.0-6.0，CaO/Al2O3＝1.8-2.2。出钢成分C：0.03％，Si：0.18％，P：0.0015％，S：0.002％，Ni：9.1％。
(4)LF精炼完成后，到RH进行脱气后进行连铸。
采用电炉熔化铬镍生铁冶炼06Ni9钢，钢中P含量0.0015％，降低冶炼成本3000元/t。
本发明在上文中已以优选实施例公开，但是本领域的技术人员应理解的是，这些实施例仅用于描绘本发明，而不应理解为限制本发明的范围。应注意的是，凡是与这些实施例等效的变化与置换，均应视为涵盖于本发明的权利要求范围内。因此，本发明的保护范围应当以权利要求书中所界定的范围为准。

Claims (7)

1.一种超低温压力容器钢冶炼方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）在电炉中装入镍生铁后送电熔化，电炉炉料熔清后进行脱磷，得到第一含镍铁水；
其中，按重量百分比计，所述镍生铁包括：C:2.0-3.0%，Si:0.5-2.5%，P≤0.035%，Ni：7-15%，其余为铁和残余元素；
其中，所述电炉的冶炼包括：当送电量达到200-250 kwh/t时，在电炉中分批加入石灰；炉料发红开始熔化时，自耗氧枪开始吹氧助熔，自耗氧枪吹氧量为50-60 Nm3/min；电炉炉底形成熔液后，分批加入转炉除尘灰压球或矿石以及石灰，吹氧脱磷；电炉炉料熔清后，继续加入除尘灰球、石灰，吹氧搅拌钢液并进行深脱磷，吹氧量100-120 Nm3/min，当电炉钢水中P≤0.008 wt%，温度1630-1650℃时，停电，出钢；
（2）将所述第一含镍铁水兑入转炉，在转炉中加入低磷废钢后进行吹炼，得到第二含镍铁水；
（3）转炉出钢后依次进行LF炉精炼脱硫工序、RH脱气工序及连铸工序，最后得到超低温压力容器钢；其中，所述超低温压力容器钢的钢种为06Ni9钢。
2. 根据权利要求1所述的超低温压力容器钢冶炼方法，其特征在于，所述电炉的冶炼过程中，总石灰加入量为35-40 kg/t，除尘灰球加入量为32-38 kg/t，氧耗20-25 m2/t。
3. 根据权利要求1所述的超低温压力容器钢冶炼方法，其特征在于，在转炉中，所述吹炼包括：冶炼前期顶枪枪位1700-1800 mm，底吹供气强度0.16-0.18 Nm3/(min·t)；冶炼中期顶枪枪位1800-2000 mm，底吹供气强度0.13-0.15 Nm3/(min·t)；冶炼末期顶枪枪位1600-1700 mm，底吹供气强度0.18-0.20 Nm3/(min·t)。
4.根据权利要求1所述的超低温压力容器钢冶炼方法，其特征在于，所述转炉中炉渣碱度为R=3.2-3.5、（FeO）=20-25%。
5. 根据权利要求1所述的超低温压力容器钢冶炼方法，其特征在于，所述转炉停止供氧后，底吹供气强度为0.20 Nm³/(min·t)，终点搅拌2-3 min。
6.根据权利要求1所述的超低温压力容器钢冶炼方法，其特征在于，所述LF炉精炼脱硫工序中，控制炉渣碱度为5.0-6.0，CaO/Al2O3=1.8-2.2。
7.一种超低温压力容器钢，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述的超低温压力容器钢冶炼方法获得。
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