高壓鍋爐用20G圓管坯的研制開發(fā)

李勇生

（天津天鐵冶金集團有限公司技術中心，河北涉縣056404）

高壓鍋爐用20G圓管坯的研制開發(fā)

李勇生

（天津天鐵冶金集團有限公司技術中心，河北涉縣056404）

為滿足用戶對產品性能的特殊要求，天鐵集團通過自主設計產品成分、科學制定生產工藝、嚴格管控生產過程，成功研制開發(fā)出高壓鍋爐用圓管坯20G，取得了較高的經濟效益和社會效益。

高壓鍋爐；圓管坯；研制

1 引言

天鐵集團煉鋼廠R9m全弧形五機五流圓坯連鑄機投產于2008年10月，與之相匹配的還有2臺LF精煉爐和1臺VD真空精煉爐。該連鑄機配備大中包稱重系統(tǒng)、塞棒+整體式浸入式水口澆注系統(tǒng)、外置式結晶器電磁攪拌系統(tǒng)、結晶器液面自動控制系統(tǒng)、氣水霧化冷卻系統(tǒng)等先進裝備，可生產規(guī)格為Φ150 mm、Φ180 mm、Φ210 mm的圓管坯，產品以石油套管、優(yōu)碳鋼、管線鋼、鍛造用鋼等為主。為豐富產品結構，充分挖掘設備潛能，天鐵集團研制開發(fā)了高壓鍋爐用圓管坯20G。通過自主設計產品成分、科學制定生產工藝、嚴格管控生產過程，成功生產出滿足用戶要求的合格產品。

2 高壓鍋爐用圓管坯的技術要求

2．1 成分設計

高壓鍋爐用圓管坯軋制成無縫管后主要用于制造中高壓蒸汽鍋爐管道等。鍋爐管道經常處于高溫和高壓的工作條件，在高溫煙氣和水蒸氣的作用下易發(fā)生氧化和腐蝕，因此要求管道有較高的持久強度和較高的抗氧化性能，還要具有良好的組織穩(wěn)定性。

針對鍋爐用鋼的特殊性能要求，參考國標《GB 5310-2008高壓鍋爐用無縫鋼管》，結合天鐵的生產設備條件，設計出高壓鍋爐用圓管坯20G的化學成分，見表1。

同時要求酸溶鋁含量不大于0．010%；氣體含量要求為H≤2×10-6，O≤40×10-6，N≤70×10-6；有害元素含量要求為As≤0．020%，Sb≤0．015%，Bi≤0．010%，Sn≤0．020%，Pb≤0．020，Zn≤0．020，且As+ Sb+Bi+Sn+Pb≤0．050%。

2．2 質量要求

2．2．1 外形

要求直徑允許偏差為±1．4%d（d為圓管坯公稱直徑）；長度允許偏差為0～+50 mm；彎曲度≤5 mm/ m；端面切斜度≤4%d；橢圓度≤2．5%d（避開扁平區(qū)測量）。

2．2．2 表面質量

表面不得有肉眼可見的結疤、氣孔、針孔、重皮、裂紋存在。允許深度不大于2．0 mm的機械劃傷及壓痕存在。表面缺陷允許清理，清理深度從實際尺寸算起不得大于圓管坯公稱直徑的4%。

表1 天鐵20G高壓鍋爐用圓管坯化學成分 /%

2．2．3 內部質量

內部質量采用酸浸方法進行檢驗，酸浸方法按GB/T 226進行。在圓管坯截面酸浸低倍組織試片上不允許有翻皮、白點、異金屬夾雜物等影響軋制的缺陷。參考YB/T 4149-2006附錄A，合格級別應符合表2規(guī)定。

表2 低倍組織缺陷合格級別（級）

2．2．4 非金屬夾雜物

非金屬夾雜物應保證在圓管坯軋制成鋼管后進行非金屬夾雜物檢驗，鋼管的非金屬夾雜物按GB/T 10561-1989中A法進行非金屬夾雜物檢驗評級，其檢驗結果符合表3的規(guī)定。

表3 夾雜物微觀檢驗結果限定值（級）

3 高壓鍋爐用圓管坯的生產工藝

高壓鍋爐用圓管坯20G的特殊工作條件決定了其對產品質量要求較高，特別是對鋼中各類夾雜物、氣體含量和有害元素含量有著嚴格的要求。為提高鋼水純凈度，保證產品質量，采用的工藝流程為轉爐→LF精煉爐→VD真空精煉爐→R9m全弧形五機五流圓坯連鑄機→鑄坯檢驗→入庫。通過LF精煉爐+VD真空精煉爐的雙精煉生產工藝，利用LF精煉爐精確調整鋼水溫度和成分，利用VD真空精煉爐有效去除鋼中夾雜物和氣體，可充分保證產品質量。

3．1 轉爐工序

要求鐵水[S]＜0．035%，Sn、As、Sb、Pb、Bi五元素含量要低；廢鋼要純凈，不得含有鎳、銅、鉛等有色金屬；磚砌精煉專用鋼包充分預熱，底吹通暢。

轉爐終點成分控制為C：0．04%～0．07%，P≤0．012%，S≤0．030%，終點溫度控制在1 630～1 660℃。轉爐合金結構采用C粒+MnSi+FeSi+BaAlSi（80 kg）+純Al（10 kg），出鋼時加入石灰400kg，螢石120 kg，合成渣200 kg。合金必須經烘烤方可使用。采用擋渣帽、擋渣標雙擋渣出鋼，出鋼時間≥170 s，出鋼過程至鋼包吊起前全程底吹氬氣。要求精煉包底吹透氣性良好，無大包沿、包圈。

為保證鋼水磷含量達到0．020%以下的要求，采取了雙渣法造渣，第1批加入石灰1 000 kg，白云石500 kg，吹煉約4 min，倒掉前期渣后，加入第2批料，1 600～1 900 kg石灰，900 kg白云石。要求全程化渣，終渣流動性良好，終渣堿度控制在3．0～3．5。

3．2 LF精煉爐工序

鋼包到位后軟吹3 min，氬氣流量調節(jié)以頂渣渣面輕微蠕動而不裸露液面為宜，測定鋼水溫度。向渣面加入鋁粒15 kg、多功能脫氧劑24 kg進行脫氧，脫氧劑加入要以勤加少加為原則。加熱2 min后，加入石灰200 kg和適量螢石。第一次加熱完畢取樣，軟吹2 min后測溫，此時要保證頂渣具有一定的流動性，表面無結塊、結殼。第二次加熱時，將剩余150 kg石灰粉若干小批加入，第二次加熱完畢前3 min加完。依據試樣成分，調整鋼中各元素至目標值。LF爐精煉完畢后喂入50m硅鈣線再上VD爐。出站溫度控制在1 620～1 630℃。

LF精煉爐通過造白渣，充分發(fā)揮渣精煉去夾雜功能，達到去除鋼中夾雜物、提高鋼水純凈度的目的。

3．3 VD真空精煉爐工序

鋼包座在真空室后，打開氬氣閥門，將流量調至渣面輕微蠕動狀態(tài)；測溫后，蓋好真空蓋，開始真空處理。逐級啟動真空泵，使真空室內真空度達到67 Pa以下。通過窺視孔觀察渣面高度和噴濺情況，調節(jié)氬氣流量。在包內渣面趨向穩(wěn)定時，應逐漸加大氬氣流量，以達到良好的脫氣、去夾雜效果。抽真空時間保證在15 min以上，高真空保持時間3 min以上。處理時間足夠后，將氬氣流量調至弱攪拌，然后再充氣破真空。之后喂入CaSi線80 m/爐，弱攪拌3 min以上，鎮(zhèn)靜5 min以上，再上連鑄澆注。出站溫度控制在1 575～1 585℃。

3．4 連鑄工序

中間包烘烤時間在5 h以上，保證中間包溫度達到1 000℃以上。中間包水口采用負壓抽風烘烤，并外裹保溫棉，保證水口溫度達到要求，并保證水口碗部無異物。中間包內鋼水達到13 t時開澆，中包溫度控制在1 535～1 550℃。采用全程保護澆注工藝，大包水口保護套管加密封墊并使用氬封。中包使用低碳堿性覆蓋劑（或吸渣劑）+炭化稻殼，先加入覆蓋劑，形成足夠的液渣層后再加入炭化稻殼保溫。中包開澆正常后轉換成結晶器液面自動控制，使用專用保護渣。拉速控制在2．4～2．7 m/min，結晶器振幅為±4．5 mm。電磁攪拌參數(shù)為頻率2 Hz，電流360 A。比水量為0．50 L/kg，二冷水壓力要求在0．8～1．2 MPa。結晶器水流量為100～110 t/h，壓力要求在0．8～1．0 MPa。矯直溫度要求在1 080℃左右。鑄坯在冷床冷卻后，再堆垛緩冷，嚴禁對鑄坯打水冷卻。

3．5 產品質量

通過對產品成分和生產工藝的精心設計，及對生產過程中的嚴格管控，天鐵集團生產出的高壓鍋爐用圓管坯20G內部、外部質量均滿足用戶要求。已累計生產1 700余噸，合格率、命中率均達到100%。圓管坯直徑公差控制在±1．2%d，橢圓度≤2．0%d，長度公差控制在0～+50 mm，彎曲度≤4 mm/m，端部切斜度≤3%d。鑄坯表面未發(fā)現(xiàn)質量缺陷，低倍組織除少數(shù)0．5～1．0級的中心疏松外，未發(fā)現(xiàn)其他內部缺陷。低倍組織情況見圖1。

圖1 高壓鍋爐用圓管坯低倍組織圖

4 結束語

經過努力，天鐵已較好地掌握了高壓鍋爐用圓管坯20G生產的關鍵技術，產品質量受到用戶好評。優(yōu)良的產品質量不僅為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經濟效益和社會效益，還為進一步開發(fā)高技術含量、高附加值產品積累了寶貴的經驗。

Research and Development of 20G Round Billet for High Pressure Boiler

LI Yong-sheng
(Technology Center of Tianjin Tiantie Metallurgical Group Co．,Ltd．,She County, Hebei Province 056404,China)

In order to fulfill the special requirement of the customer on product properties,Tiantie Group successfully developed 20G round billet for high pressure boiler through independently designing product composition,scientifically formulating production process and strictly controlling production process．High economic and social benefits were achieved．

high pressure boiler;round billet for tube application;development

10．3969/j．issn．1006-110X．2015．03．008

2015-01-05

2015-01-28

李勇生（1979—），男，工程師，主要從事新產品研發(fā)和質量管理工作。