南鋼管線鋼非金屬夾雜物去除工藝

供稿|劉德祥，翟衛(wèi)江，劉義，孟德安 / LIU De-xiang, ZHAI Wei-jiang, LIU Yi, MENG De-an

南鋼管線鋼非金屬夾雜物去除工藝

Nonmetallic Inclusions Removal Process of Pipeline Steel in NISCO

供稿|劉德祥，翟衛(wèi)江，劉義，孟德安 / LIU De-xiang, ZHAI Wei-jiang, LIU Yi, MENG De-an

作者單位：南京鋼鐵股份有限公司，江蘇 南京 210035

內(nèi)容導(dǎo)讀

根據(jù)南京鋼鐵管線精煉的優(yōu)化改進(jìn)過程中夾雜物的變化，旨在減少管線鋼中的低熔點(diǎn)CaO-Al2O3類長條夾雜物。文章介紹了“BOF-LF-RH-鈣處理-CC”工藝流程，LF精煉過程采用高堿度、強(qiáng)還原性精煉渣，通過渣鋼反應(yīng)深脫硫，延長RH真空處理時間，促進(jìn)夾雜物聚集上浮脫除，然后進(jìn)行鈣處理將夾雜物轉(zhuǎn)變?yōu)楦呷埸c(diǎn)CaO-CaS系夾雜物。

鋼中夾雜物的形態(tài)控制是高級別管線鋼生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，其中熱軋板和鋼管產(chǎn)品上出現(xiàn)的低熔點(diǎn)CaO-Al2O3類長條夾雜物則是控制的重點(diǎn)，原因是其容易成為HIC和SSCC裂紋源[1-3]。

本文針對南京鋼鐵股份有限公司生產(chǎn)管線鋼采用的“BOF-LF-鈣處理-RH-CC”冶煉工藝中非金屬夾雜物的去除行為進(jìn)行了系統(tǒng)研究。發(fā)現(xiàn)為了改善CaO-Al2O3類長條夾雜物超標(biāo)問題，南鋼在精煉過程中采用的夾雜物控制策略重點(diǎn)在于：去除夾雜物，尤其是大尺寸夾雜物，在鈣處理前完成。具體措施為：進(jìn)一步發(fā)揮RH精煉工藝脫除夾雜物的能力，依靠渣鋼反應(yīng)將鋼液中的大尺寸夾雜物充分去除[4-6]。

試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

此次試驗(yàn)共分為3個階段。各階段的試驗(yàn)方案為：1)分析鑒定南鋼管線鋼夾雜物控制現(xiàn)狀。2)采用“BOF-LF-RH-鈣處理-CC”工藝，將RH真空精煉時間加長至30 min。3)采取降低硫含量，控制二次氧化等措施來去除夾雜物。

試驗(yàn)結(jié)果分析

第一階段

工業(yè)試驗(yàn)第一階段的主要目的是明晰南鋼當(dāng)前的管線鋼生產(chǎn)工藝及其夾雜物控制水平。因此第一階段依然沿用南鋼“BOF-LF-鈣處理-RH-CC”的工藝流程，取得3810和3811兩爐實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，RH精煉前后的鋼液成分具體數(shù)據(jù)詳見表1。

RH真空處理后夾雜物成分、數(shù)量及尺寸分布與包鋼水夾雜物成分、數(shù)量及尺寸分布，見圖1和圖2。由兩組數(shù)據(jù)可以清楚地看到，由于鈣處理工序是在RH真空精煉之前完成的，且RH工序處理時間僅有15 min，所以經(jīng)RH真空處理后的鋼水夾雜物以CaO-Al2O3-CaS系為主，其中CaS的含量相對較低。而從中間包鋼水夾雜物來看，大部分夾雜物的成分位于液相區(qū)內(nèi)，低熔點(diǎn)夾雜物變形能力較強(qiáng)，在軋制過程中會形成長條狀夾雜，極容易成為HIC和SSCC裂紋源，嚴(yán)重影響管線鋼的使用性能。

表1　第一階段試驗(yàn)RH精煉前后鋼液成分對比(質(zhì)量分?jǐn)?shù))%

圖1　第一階段試驗(yàn)RH真空處理后夾雜物分布

圖2　中間包鋼水夾雜物分布

第二階段

本階段的工作主要包括調(diào)整冶煉流程，將鈣處理工序移至RH真空精煉工序之后，并將RH真空處理時間由15 min提高至30 min。在轉(zhuǎn)爐出鋼和LF階段，利用渣鋼反應(yīng)，促進(jìn)Al2O3盡快向低熔點(diǎn)夾雜物轉(zhuǎn)變。利用LF底吹氬攪拌和RH的真空循環(huán)攪拌，促進(jìn)較低熔點(diǎn)夾雜物長大并上浮去除，然后通過鈣處理促進(jìn)殘余的夾雜物變性。本階段試驗(yàn)共采集兩爐數(shù)據(jù)(爐號分別為4662和4663)：LF出站、RH出站、鈣處理后、中間包鋼水及鋼板中夾雜物數(shù)據(jù)。

從采集的數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過轉(zhuǎn)爐出鋼和LF工序的渣鋼反應(yīng)，LF出站鋼水夾雜物主要以低熔點(diǎn)CaO-Al2O3-MgO系為主。經(jīng)過RH真空循環(huán)處理后，低熔點(diǎn)夾雜物聚集上浮，4663爐鋼水夾雜物去除效果明顯。而4662爐夾雜物數(shù)量則明顯多于4663爐，且大尺寸夾雜物數(shù)量不降反增。通過數(shù)據(jù)分析，認(rèn)為這與RH操作工序有關(guān)。鈣處理后夾雜物中的MgO和Al2O3的含量急劇降低，尤其MgO含量極少，而CaO和CaS含量則大幅增加。數(shù)據(jù)顯示，鋼中夾雜物的主要類型，即為CaO-CaS和CaO-CaSAl2O3為主的復(fù)合類型。

第三階段

第三階段的試驗(yàn)重點(diǎn)為改進(jìn)脫硫，穩(wěn)定夾雜物控制效果，控制二次氧化。通過對LF精煉爐渣進(jìn)行改進(jìn)，選用CaO飽和爐渣，來降低Al2O3含量，減少渣量。根據(jù)試驗(yàn)爐次LF進(jìn)、出站爐渣成分分析，該工藝取得了良好的脫硫效果，硫含量穩(wěn)定在較低的水平。同時對LF出站鋼水、RH破空后鋼水、鈣處理后、中間包鋼水及鑄坯中的夾雜物，進(jìn)行成分和尺寸的統(tǒng)計(jì)分析，可以看到經(jīng)過第三階段的操作試驗(yàn)，即LF和RH真空處理后，鋼水中夾雜物轉(zhuǎn)變?yōu)橐缘腿埸c(diǎn)CaO-Al2O3-MgO系為主。

對RH破空后的鋼水進(jìn)行喂線鈣處理，再結(jié)合軟吹工藝，使得夾雜物充分變性[7]，轉(zhuǎn)變?yōu)镃aO-CaS系不變形夾雜物。然而，由于6585爐和6392爐的中間包保護(hù)澆注不充分，導(dǎo)致發(fā)生二次氧化，夾雜物轉(zhuǎn)變?yōu)镃aO-Al2O3-CaS系，且夾雜物數(shù)量大幅增加。而6393爐和6394爐對中間包二次氧化控制得較好，夾雜物尤其是大顆粒夾雜物基本保持CaO-CaS系，一直保持到鑄坯和鋼板，幾乎沒有低熔點(diǎn)CaO-Al2O3-MgO系夾雜。鋼板B類夾雜物評級達(dá)到1級，未檢測到≥100μm的B類夾雜物。

結(jié)束語

通過三個階段的工業(yè)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析，在去除管線鋼非金屬夾雜物方面，南鋼主要通過以下四個方面的工藝改進(jìn)，取得了較好的成效。

1) 冶煉過程中采用“BOF-LF-RH-鈣處理-CC”的工藝流程，鈣處理前去除夾雜物，尤其是大尺寸夾雜物，較好地解決了管線鋼中CaO-Al2O3類長條夾雜物超標(biāo)問題。

2) LF精煉過程中，在渣鋼反應(yīng)作用下Al2O3轉(zhuǎn)變?yōu)镃aO-Al2O3-MgO系低熔點(diǎn)夾雜物。再經(jīng)過LF軟吹和RH真空循環(huán)后，低熔點(diǎn)夾雜物聚集上浮被去除。鈣處理后夾雜物類型為高熔點(diǎn)CaO-CaS類和含少量Al2O3組分的CaO-CaS-Al2O3類。

3) 優(yōu)化LF爐造渣工藝，采用CaO飽和渣系，減小渣量，增強(qiáng)LF爐脫硫能力，降低鋼水硫含量。延長RH真空精煉時間，增強(qiáng)RH脫除夾雜物的能力，促進(jìn)低熔點(diǎn)夾雜物在RH處理過程中聚集上浮。

4) 采用保護(hù)澆注，嚴(yán)格控制澆注過程的二次氧化，防止鈣處理后的夾雜物變性及夾雜物數(shù)量的增加。

參考文獻(xiàn)

[1] 張彩軍, 高愛民, 蔡開科. 管線鋼夾雜物變性的理論與實(shí)驗(yàn)研究. 過程工程學(xué)報, 2008(S1): 171-175

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[3] 李強(qiáng), 王建, 王新華, 等. X80管線鋼鈣處理后軟吹時間對夾雜物行為的影響. 鋼鐵釩鈦, 2011(2): 74-78

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翟衛(wèi)江(1971—)，本科，工程師，研究方向：煉鋼廠質(zhì)量管理，E-mail:zwj4560@126.com

劉義(1983—)，本科，助理工程師，研究方向：轉(zhuǎn)爐煉鋼質(zhì)量控制，E-mail:liuyi@njsteel.com.cn

孟德安(1985—)，本科，助理工程師，研究方向：轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)實(shí)踐，E-mail:mengdean@njsteel.com.cn

作者簡介：劉德祥(1977—)，本科，工程師，研究方向：轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)實(shí)踐，210035南京市大廠區(qū)南京鋼鐵股份有限公司煉鋼廠，E-mail:liudexiang@njsteel.com.cn

DOI:10.3969/j.issn.1000－6826.2015.04.18