CN116732423A - 一种控制无缝钢管用钢洁净度的生产方法 - Google Patents

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Abstract

一种控制无缝钢管用钢洁净度的生产方法，涉及钢铁冶金技术领域。本发明公布了一种经济的控制无缝钢管用钢洁净度的生产方法。本发明采用转炉初炼‑LF精炼‑圆坯连铸‑缓冷工艺流程生产，与常规的无缝钢管用钢相比，取消了VD脱气工序；在保证钢的高洁净度和良好质量的同时，降低中高档无缝钢管用钢的生产能耗和生产成本。本发明可获得一种控制无缝钢管用钢洁净度的生产方法。

Description

一种控制无缝钢管用钢洁净度的生产方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶金技术领域，具体涉及一种控制无缝钢管用钢洁净度的生产方法。
背景技术
在双碳目标大背景下，国家相关部委不断完善政策以推进钢铁行业节能环保和绿色发展，积极响应国家号召进行工艺技术创新，在保证产品质量的前提下，实现节能减排是钢铁企业的责任。2022年四月以来，钢铁市场低迷，市场竞争日益激烈，利润空间日益减小。因此，高品质、低成本生产是企业生存发展关键。
黑龙江建龙钢铁有限公司有一条转炉初炼-钢包精炼炉(LF精炼)-真空除气法(VD脱气)-连铸的圆坯生产线、一条Φ180mm连轧无缝钢管生产线、一条Φ273mmACCU-ROLL斜轧无缝钢管生产线及一条调质热处理生产线，主要生产石油专用管、高温高压管和机械结构管等中高档无缝钢管。其中，中高档无缝钢管均对钢的洁净度要求严格。因此，在保持钢的高洁净度和良好质量的同时，降低中高档无缝钢管用钢的生产能耗和生产成本，迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的是为了解决传统的无缝钢管用钢生产成本高、能耗高以及如何保持其洁净度合格的问题，而提供一种控制无缝钢管用钢洁净度的生产方法。
一种控制无缝钢管用钢洁净度的生产方法，按以下步骤进行：
步骤一、转炉初炼工序：
将钢铁料和硅碳合金装入转炉内进行冶炼，转炉终渣的碱度范围为2.5～3.5、FeO的质量分数为10～16％，终点碳质量分数为0.05～0.10％、终点温度为1600～1630℃、终点P质量分数≤0.010％以及终点钢液中的碳氧积范围≤0.0025；
步骤二、钢包预脱氧合金化及造渣工序：
冶炼结束后出钢，出钢前先在钢包的底部吹氩气，氩气压力为0.3～0.5MPa；出钢量为1/5时，加入脱氧剂；出钢量为1/3时，加入高铝精炼渣、合金，然后加入石灰；出钢结束后，吹氩气2～3min，得到冶金熔体；
步骤三、LF精炼工序：
将步骤二所得的冶金熔体转运至精炼工位，并加入铝线至冶金熔体内酸溶铝的质量分数为0.020～0.030％；在3～4NL/(min·t)的氩气流量下送电，1～2min后加入渣料，后向冶金熔体内加入石灰和高铝精炼渣，并采用铝粒和碳化硅脱氧形成白渣，白渣的精炼时间大于15min，精炼全程酸溶铝的质量分数≥0.015％，出钢前5～10分钟时，采用低功率送电和低流量氩气底吹；
步骤四、钡处理及软吹工序：
出钢前3min内按0.8～1.2kg/每吨钢的比例加入硅钡合金，进行深脱氧和对钢中夹杂物进行钡处理；LF出钢后，加入碳化稻壳均匀覆盖整个渣面，并调整氩气流量进行软吹，软吹时间≥15min；
步骤五、圆坯连铸工序：
采用全程保护浇注，且结晶器液面波动范围控制在±3mm以内；
步骤六、缓冷工序：
连铸圆坯入坑温度≥500℃，在缓冷期间温降速度≤15℃/h，出坑温度≤200℃，得到无缝钢管用钢，所述的无缝钢管用钢化学成分的质量分数：C为0.15～0.35％、Si为0.15～0.35％、Mn为0.40～1.60％、Cr为0.02～1.20％、Mo为0.005～1.10％、Nb为0.005～0.050％、V为0.005～0.12％、P≤0.015％、S≤0.005％、O≤0.0020％和N≤0.005％，余量为Fe。
本发明的有益效果：
(1)本发明采用转炉初炼-LF精炼-圆坯连铸-缓冷生产洁净的中高档无缝钢管用钢，钢中有害元素含量控制情况为：[H]≤0.0002％，[N]≤0.005％，[O]≤0.0012％，[S]≤0.005％，[P]≤0.015％；以之生产的无缝钢管金相夹杂物评级结果为：A、B、C、D类粗系夹杂物均为0级，A类细系≤0.5级，B类细系≤1.0级，C类细系0级，D类细系≤0.5级，达到采用转炉初炼-LF精炼-VD脱气-圆坯连铸-缓冷生产钢的洁净度的同等质量水平。
(2)与采用转炉初炼-LF精炼-VD脱气-圆坯连铸-缓冷工艺流程相比，本发明采用转炉初炼-LF精炼-圆坯连铸-缓冷生产流程生产洁净的中高档无缝钢管用钢减少了VD脱气工序，减少了蒸汽消耗0.12吨/吨钢、降低了精炼电耗122kwh/吨钢，按二氧化碳排放因子折算，吨钢减排二氧化碳0.126吨/吨钢，同时吨钢成本降低63.37元/吨。
(3)本发明采用转炉初炼-LF精炼-VD脱气-圆坯连铸-缓冷工艺流程生产，其特点是：洁净度高、产品质量好、能耗高、生产成本高；进行技术攻关和创新，优化生产工艺及流程，在保持钢的高洁净度和良好质量的同时，降低中高档无缝钢管用钢的生产能耗和生产成本。
本发明可获得一种控制无缝钢管用钢洁净度的生产方法。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种控制无缝钢管用钢洁净度的生产方法，按以下步骤进行：
步骤一、转炉初炼工序：
将钢铁料和硅碳合金装入转炉内进行冶炼，转炉终渣的碱度范围为2.5～3.5、FeO的质量分数为10～16％，终点碳质量分数为0.05～0.10％、终点温度为1600～1630℃、终点P质量分数≤0.010％以及终点钢液中的碳氧积范围≤0.0025，是通过在转炉终点前2分钟内控制底吹强度0.12～0.15NM3/t/h来实现的，减少转炉终点钢液中的[％O]，控制终点渣中的FeO含量，减轻精炼去除夹杂物的负担；
步骤二、钢包预脱氧合金化及造渣工序：
冶炼结束后出钢，出钢前先在钢包的底部吹氩气，氩气压力为0.3～0.5MPa；出钢量为1/5时，加入脱氧剂；出钢量为1/3时，加入高铝精炼渣、合金，然后加入石灰；出钢结束后，吹氩气2～3min，得到冶金熔体；
本步骤中严格控制氩气流量、铝锭、增碳剂、高铝精炼渣、合金、石灰的加入时机和加入量，是为了保证合金熔化良好成分均匀、钢液脱氧良好、钢包顶渣熔化良好，达到提前造精炼渣的目的。
步骤三、LF精炼工序：
将步骤二所得的冶金熔体转运至精炼工位，并加入铝线至冶金熔体内酸溶铝的质量分数为0.020～0.030％，是为了保证在精炼全程Als≥0.015％，以保证精炼过程脱氧良好；在3～4NL/(min·t)的氩气流量下送电，1～2min后加入渣料，后向冶金熔体内加入石灰和高铝精炼渣，并采用铝粒和碳化硅脱氧造白渣，然后取精炼钢样分析，然后在氩气流量为3～4NL/min/t钢的条件下送电，加入碳化硅保持白渣，待精炼钢样分析结果出来后停电，补加合金和增碳剂，3min后送电，5～7min后断电，然后取钢样分析；然后采用1～1.2NL/min/t钢流量吹氩并送电直至出钢。熔渣的精炼时间大于15min，精炼全程酸溶铝的质量分数≥0.015％，出钢前5～10分钟时，采用低功率送电和低流量氩气底吹；氩后钢包顶渣熔化良好，且钢包顶渣冷却后颜色为白色或黄白色。
本步骤中实际生产中，在透气砖透气不正常、管道和接口阀门有漏气等氩气系统不正常的状态下，按实际搅拌效果调整氩气，确保搅拌效果良好。
本步骤中所述渣料由高铝精炼渣和石灰组成，高铝精炼渣和石灰的加入量根据钢包顶渣的总渣量和钢包顶渣各组分的百分含量计算控制各种渣料的加入量。
步骤四、钡处理及软吹工序：
出钢前3min内按0.8～1.2kg/每吨钢的比例加入硅钡合金，进行深脱氧和对钢中夹杂物进行钡处理；LF出钢后，加入碳化稻壳均匀覆盖整个渣面，并调整氩气流量进行软吹，软吹时间≥15min；
出钢前3min加入硅钡合金，起进行深脱氧、钢液中夹杂物变性和促进钢中夹杂物上浮排出作用，降低钢中T.O含量。
加入碳化稻壳均匀覆盖整个渣面，是实现对钢液保温，保证钢包顶渣成液态不结壳，有利于钢种夹杂物充分上浮排出，有助于实现整个熔池温度均匀和连铸过程中过热度的稳定性。
步骤五、圆坯连铸工序：
软吹结束，将钢水包转运到连铸，采用全程保护浇注，且结晶器液面波动范围控制在±3mm以内，由连铸将钢水制得目标的定尺长度的连铸圆坯；
连铸全程保护浇注，是为了减少连铸过程吸气二次氧化和污染钢液。
步骤六、缓冷工序：
连铸圆坯入坑温度≥500℃，在缓冷期间温降速度≤15℃/h，出坑温度≤200℃，得到无缝钢管用钢，所述的无缝钢管用钢化学成分的质量分数：C为0.15～0.35％、Si为0.15～0.35％、Mn为0.40～1.60％、Cr为0.02～1.20％、Mo为0.005～1.10％、Nb为0.005～0.050％、V为0.005～0.12％、P≤0.015％、S≤0.005％、O≤0.0020％和N≤0.005％，余量为Fe。
严格的缓冷工艺，是为了进一步促进钢中氢的逸出，降低钢中的氢含量。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤一中钢铁料由提钒半钢和废钢组成，所述的提钒半钢与废钢的质量比为(9～9.5)：1；硅碳合金的添加量为提钒半钢质量的0.3～0.5％，是为了补偿半钢中热量不足的情况，同时有利于稳定控制转炉渣的碱度、渣量、终点碳含量、渣中FeO含量及终点温度；所述的硅碳合金化学成分的质量分数：C≥2％和Si≥45％，余量为Fe。
其他步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同点是：步骤一中通过在转炉终点前控制底吹氩气流量为0.12～0.15NM3/(t·h)，至终点钢液中的碳氧积范围≤0.0025。
其他步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤二中所述的脱氧剂为铝锭，铝锭加入量依据终点碳含量来确定、合金种类和加入合金量，根据具体钢种确定。
其他步骤与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤二中出钢结束时采用滑板挡渣，减少下渣量。
其他步骤与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤三中所述的碳化硅化学成分的质量分数：SiC≥75％、游离碳≤6％、SiO2≤15％、S≤0.020％和H2O≤0.5％，碳化硅的粒度为2～5mm。
其他步骤与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤三中出钢前5～10min时，送电电压为180～196V，电流为6000～10000A；氩气底吹的流量为1～1.2NL/t/min，是为了造泡沫渣，提高钢渣接触面积，促进钢中夹杂物充分上浮排出。
其他步骤与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤四中硅钡合金化学成分的质量分数：Ba≥25％和Si≥50％，余量为Fe；步骤四中碳化稻壳含有的元素及质量分数：固定碳≥40％、水分≤2.0％及挥发分≤45％。
其他步骤与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：步骤四中氩气软吹的流量为10～25NL/min，以不露出钢液面为宜，是保证钢液中的夹杂物充分变性和上浮排出，并且不至于吸气产生二次氧化。
其他步骤与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：步骤五中全程保护浇注的具体步骤如下：大包到中间包钢液采用长水口+氩封保护，长水口插入中间包钢液中深度≥250mm；中间包本体和包盖之间采用耐材密封；中间包钢液采用中间包覆盖剂保护；中间包到结晶器钢流采用整体式浸入式水口保护，浸入式水口深入结晶器钢液深度为80～120mm；结晶器内钢液采用结晶器保护渣保护。
其他步骤与具体实施方式一至九相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例1：一种控制无缝钢管用钢洁净度的生产方法，按以下步骤进行：
步骤一、转炉初炼工序：
将钢铁料和硅碳合金装入转炉内进行冶炼，转炉终渣的碱度范围为2.7、FeO的质量分数为13％，终点碳质量分数为0.05％、终点温度为1610℃、终点P质量分数≤0.010％以及终点钢液中的碳氧积为0.0023；
步骤一中钢铁料由提钒半钢和废钢组成，所述的提钒半钢与废钢的质量比为9：1；硅碳合金的添加量为提钒半钢质量的0.4％，所述的硅碳合金化学成分的质量分数：C≥2％和Si≥45％，余量为Fe。
步骤一中通过在转炉终点前控制底吹氩气流量为0.12NM3/t/h，至终点钢液中的碳氧积为0.0023。
步骤二、钢包预脱氧合金化及造渣工序：
冶炼结束后出钢，出钢前先在钢包的底部吹氩气，氩气压力为0.3MPa；出钢量为1/5时，加入脱氧剂；出钢量为1/3时，加入高铝精炼渣、合金，然后加入石灰；出钢结束后，吹氩气2min，得到冶金熔体；
步骤二中所述的脱氧剂为铝锭。
步骤二中出钢结束时采用滑板挡渣。
步骤三、LF精炼工序：
将步骤二所得的冶金熔体转运至精炼工位，并加入铝线至冶金熔体内酸溶铝的质量分数为0.025％；在3NL/min/t的氩气流量下送电，1min后加入渣料，后向冶金熔体内加入石灰和高铝精炼渣，并采用铝粒和碳化硅脱氧形成白渣，白渣的精炼时间大于15min，精炼全程酸溶铝的质量分数≥0.015％，出钢前7分钟时，采用低功率送电和低流量氩气底吹；
步骤三中所述的碳化硅化学成分的质量分数：SiC≥75％、游离碳≤6％、SiO2≤15％、S≤0.020％和H2O≤0.5％，碳化硅的粒度为2～5mm。
步骤三中出钢前7min时，送电电压为180V，电流为25KA；氩气底吹的流量为1.2NL/t/min。
步骤四、钡处理及软吹工序：
出钢前3min内按1kg/每吨钢的比例加入硅钡合金，进行深脱氧和对钢中夹杂物进行钡处理；LF出钢后，加入碳化稻壳均匀覆盖整个渣面，并调整氩气流量进行软吹，软吹时间≥15min；
步骤四中硅钡合金化学成分的质量分数：Ba≥25％和Si≥50％，余量为Fe；步骤五中碳化稻壳化学成分的质量分数：固定碳≥40％、水分≤2.0％及挥发分≤45％。
步骤四中氩气软吹的流量为20NL/min。
步骤五、圆坯连铸工序：
采用全程保护浇注，且结晶器液面波动范围控制在±3mm以内；
步骤五中全程保护浇注的具体步骤如下：大包到中间包钢液采用长水口+氩封保护，长水口插入中间包钢液中深度≥250mm；中间包本体和包盖之间采用耐材密封；中间包钢液采用中间包覆盖剂保护；中间包到结晶器钢流采用整体式浸入式水口保护，浸入式水口深入结晶器钢液深度为85mm；结晶器内钢液采用结晶器保护渣保护。
步骤六、缓冷工序：
连铸圆坯入坑温度≥500℃，在缓冷期间温降速度≤15℃，出坑温度≤200℃，得到无缝钢管用钢，所述的无缝钢管用钢化学成分的质量分数：C为0.25％、Si为0.25％、Mn为1.20％、Cr为0.020％、Mo为0.005％、Nb为0.005％、V为0.005％、P≤0.015％、S≤0.005％、O≤0.0020％和N≤0.005％，余量为Fe。

Claims (10)

1.一种控制无缝钢管用钢洁净度的生产方法，其特征在于该生产方法按以下步骤进行：
步骤一、转炉初炼工序：
将钢铁料和硅碳合金装入转炉内进行冶炼，转炉终渣的碱度范围为2.5～3.5、FeO的质量分数为10～16％，终点碳质量分数为0.05～0.10％、终点温度为1600～1630℃、终点P质量分数≤0.010％以及终点钢液中的碳氧积范围≤0.0025；
步骤二、钢包预脱氧合金化及造渣工序：
冶炼结束后出钢，出钢前先在钢包的底部吹氩气，氩气压力为0.3～0.5MPa；出钢量为1/5时，加入脱氧剂；出钢量为1/3时，加入高铝精炼渣、合金，然后加入石灰；出钢结束后，吹氩气2～3min，得到冶金熔体；
步骤三、LF精炼工序：
将步骤二所得的冶金熔体转运至精炼工位，并加入铝线至冶金熔体内酸溶铝的质量分数为0.020～0.030％；在3～4NL/(min·t)的氩气流量下送电，1～2min后加入渣料，后向冶金熔体内加入石灰和高铝精炼渣，并采用铝粒和碳化硅脱氧形成白渣，白渣的精炼时间大于15min，精炼全程酸溶铝的质量分数≥0.015％，出钢前5～10分钟时，采用低功率送电和低流量氩气底吹；
步骤四、钡处理及软吹工序：
出钢前3min内按0.8～1.2kg/每吨钢的比例加入硅钡合金，进行深脱氧和对钢中夹杂物进行钡处理；LF出钢后，加入碳化稻壳均匀覆盖整个渣面，并调整氩气流量进行软吹，软吹时间≥15min；
步骤五、圆坯连铸工序：
采用全程保护浇注，且结晶器液面波动范围控制在±3mm以内；
步骤六、缓冷工序：
连铸圆坯入坑温度≥500℃，在缓冷期间温降速度≤15℃/h，出坑温度≤200℃，得到无缝钢管用钢，所述的无缝钢管用钢化学成分的质量分数：C为0.15～0.35％、Si为0.15～0.35％、Mn为0.40～1.60％、Cr为0.02～1.20％、Mo为0.005～1.10％、Nb为0.005～0.050％、V为0.005～0.12％、P≤0.015％、S≤0.005％、O≤0.0020％和N≤0.005％，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的一种控制无缝钢管用钢洁净度的生产方法，其特征在于步骤一中钢铁料由提钒半钢和废钢组成，所述的提钒半钢与废钢的质量比为(9～9.5)：1；硅碳合金的添加量为提钒半钢质量的0.3～0.5％，所述的硅碳合金化学成分的质量分数：C≥2％和Si≥45％，余量为Fe。
3.根据权利要求1或2所述的一种控制无缝钢管用钢洁净度的生产方法，其特征在于步骤一中通过在转炉终点前控制底吹氩气流量为0.12～0.15NM3/(t·h)，至终点钢液中的碳氧积范围≤0.0025。
4.根据权利要求1所述的一种控制无缝钢管用钢洁净度的生产方法，其特征在于步骤二中所述的脱氧剂为铝锭。
5.根据权利要求1所述的一种控制无缝钢管用钢洁净度的生产方法，其特征在于步骤二中出钢结束时采用滑板挡渣。
6.根据权利要求1所述的一种控制无缝钢管用钢洁净度的生产方法，其特征在于步骤三中所述的碳化硅化学成分的质量分数：SiC≥75％、游离碳≤6％、SiO2≤15％、S≤0.020％和H2O≤0.5％，碳化硅的粒度为2～5mm。
7.根据权利要求1所述的一种控制无缝钢管用钢洁净度的生产方法，其特征在于步骤三中出钢前5～10min时，送电电压为180～196V，电流为6000～10000A；氩气底吹的流量为1～1.2NL/t/min。
8.根据权利要求1所述的一种控制无缝钢管用钢洁净度的生产方法，其特征在于步骤四中硅钡合金化学成分的质量分数：Ba≥25％和Si≥50％，余量为Fe；步骤四中碳化稻壳含有的元素及质量分数：固定碳≥40％、水分≤2.0％及挥发分≤45％。
9.根据权利要求1所述的一种控制无缝钢管用钢洁净度的生产方法，其特征在于步骤四中氩气软吹的流量为10～25NL/min。
10.根据权利要求1所述的一种控制无缝钢管用钢洁净度的生产方法，其特征在于步骤五中全程保护浇注的具体步骤如下：大包到中间包钢液采用长水口+氩封保护，长水口插入中间包钢液中深度≥250mm；中间包本体和包盖之间采用耐材密封；中间包钢液采用中间包覆盖剂保护；中间包到结晶器钢流采用整体式浸入式水口保护，浸入式水口深入结晶器钢液深度为80～120mm；结晶器内钢液采用结晶器保护渣保护。
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