低溫壓力容器06Ni9DR鋼轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)實踐

徐延浩，王宏明，王曉峰，高學(xué)中

（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧 鞍山 114021）

國際上普遍使用06Ni9鋼（即國產(chǎn)9Ni鋼）作為液化天然氣（即LNG）儲存和運輸設(shè)備的結(jié)構(gòu)材料［1-2］。國內(nèi)對LNG儲存設(shè)備的需求逐年增加，9Ni鋼是唯一可以在-l96℃使用的鐵素體用鋼，憑借其合金含量少、經(jīng)濟性高的優(yōu)點受到重視。太鋼、鞍鋼曾對此鋼種做過生產(chǎn)研究，但在鑄坯表面裂紋、內(nèi)部疏松和夾雜物控制等方面存在問題。鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠自2007年首罐06Ni9鋼工業(yè)試驗以來，已逐步形成了以06Ni9DR為代表的高鎳低溫LNG用鋼的生產(chǎn)工藝，2011～2014年進入了大規(guī)模生產(chǎn)階段，緩解了部分進口需求的壓力。本文對該鋼種的轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)實踐作一介紹。

1 06Ni9DR鋼的轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工藝流程

1.1 工藝流程

06Ni9DR鋼轉(zhuǎn)爐工序主要生產(chǎn)工藝流程如下：鐵水預(yù)處理（脫硫）→鐵水扒渣→轉(zhuǎn)爐脫磷→轉(zhuǎn)爐脫碳→擋渣出鋼→鋼水扒渣。轉(zhuǎn)爐各主要工藝流程特點如表1所示。

表1 轉(zhuǎn)爐主要工藝流程

1.2 化學(xué)成分

06Ni9DR鋼對性能要求高，因此對鋼種成分，特別是對磷含量、鎳含量有嚴格的要求。06Ni9DR鋼主要成分控制要求如表2所示。

表2 06Ni9DR鋼化學(xué)成分 %

2 06Ni9DR鋼生產(chǎn)研究

2.1 鐵水選擇

轉(zhuǎn)爐采用前、后半鋼雙聯(lián)冶煉法分別對鐵水進行前期初步脫磷和后期的脫碳與深脫磷。轉(zhuǎn)爐冶煉過程脫硫能力有限，因此需要進行鐵水脫硫預(yù)處理。為降低轉(zhuǎn)爐冶煉去除磷、硫負擔(dān)，同時考慮到8～9 t電解鎳合金用量對冶煉過程溫度的影響，選用磷含量不大于0.070%的鐵水進行冶煉。鐵水選擇條件如表3所示。

表3 06Ni9DR鋼冶煉鐵水條件

選定的鐵水經(jīng)過脫硫預(yù)處理、鐵水扒渣后，再兌入轉(zhuǎn)爐。脫硫扒渣過程鐵水成分、溫度變化明顯，前后對比如表4所示。從表4可以計算出，經(jīng)鐵水預(yù)處理后，鐵水脫硫率達到90.0%～97.5%。

表4 鐵水脫硫扒渣處理前后硫含量、溫度對比

06Ni9DR鋼冶煉前進行的鐵水深脫硫、扒渣作業(yè)對鐵水溫度影響較大。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，脫硫預(yù)處理鐵水溫降1.8～2.2℃/min。實際操作過程中，由于鐵水罐殘鐵多等影響，脫硫過程多次抬槍重復(fù)下槍造成的鐵水溫度損失會增加。鐵水脫硫扒渣預(yù)處理過程溫度損失與時間關(guān)系如圖1所示。

從圖1可以看出，鐵水預(yù)處理時間越長，鐵水溫度損失越大。這與鐵水罐況、初始硫含量、扒渣時間等有關(guān)。06Ni9DR鋼爐次預(yù)處理15～20 min后鐵水溫度為1 260～1 290℃，保證了轉(zhuǎn)爐冶煉熱源充足。

2.2 半鋼控制

06Ni9DR鋼采用轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)法冶煉，由前半鋼脫磷和后半鋼脫碳控制聯(lián)合完成。需要考慮鋼水溫度、熔渣堿度、終點碳含量對磷含量的影響。除此之外，由于冶煉前轉(zhuǎn)爐加入電解鎳合金8～9 t，該鋼種轉(zhuǎn)爐冶煉造渣材料與一般低合金超低磷鋼的使用有所不同。造渣材料加入過多，不但影響電解鎳熔化，也影響冶金石灰的有效利用，達不到半鋼脫磷的效果。

2.2.1 前半鋼脫磷控制

在選定的鐵水范圍內(nèi)，前半鋼脫磷冶煉以獲得較低的半鋼磷含量，一般控制半鋼終點磷含量不大于0.025%。

轉(zhuǎn)爐脫磷反應(yīng)受熔池溫度、熔渣堿度、爐渣氧化性等因素影響。熔池溫度降低，脫磷反應(yīng)平衡常數(shù)KP增大，有利于鋼液脫磷。但熔池溫度過低不利于熔劑熔化，影響爐渣堿度。而堿度增加，渣中CaO的有效濃度越高的情況下，脫磷反應(yīng)越完全。熔池溫度過高、堿度過高時，爐渣易變黏，影響流動性，對脫磷反應(yīng)不利。冶煉初期鐵水碳含量較高，硅、錳等元素未完全氧化，不利于脫磷反應(yīng)進行。隨著熔池內(nèi)脫碳反應(yīng)進行，鋼液中硅、錳含量逐步降低，渣中（FeO）增加，脫磷反應(yīng)順利進行。

實際生產(chǎn)中，轉(zhuǎn)爐加入冶金石灰2.5～3.5 t、白云石1.5～2.0 t、稀渣劑200～300 kg。圖2為熔渣堿度與前半鋼終點溫度的關(guān)系。由圖2可以看出，前半鋼脫磷冶煉熔池溫度為1 430～1 530℃時，堿度可以穩(wěn)定控制在2.2～3.5。

由圖3可以看出，按照上述工藝控制，前半鋼脫磷冶煉終點磷含量變化范圍為0.010%～0.025%，最低可以達到0.010%，脫磷率64%～85%，達到控制目標。

圖4為前半鋼終點磷含量與前半鋼終點碳含量的關(guān)系。由圖4可以看出，實際生產(chǎn)中一般控制終點碳含量小于2.6%，終點硅、錳含量小于0.01%時，磷含量可以小于0.025%。終點碳含量小于1.6%時可以進一步獲得較低的終點磷含量，但考慮到后半鋼脫碳冶煉溫度，一般前半鋼脫磷冶煉終點碳含量控制在1.6%～2.6%。

2.2.2 后半鋼脫碳控制

為了滿足成品碳含量的要求，防止后半鋼冶煉加入合金增碳，脫碳冶煉終點碳含量一般控制在0.023%～0.035%；同時，鋼水磷含量控制在0.005%以內(nèi)，終點鋼水溫度控制在1 585～1 635℃。

當轉(zhuǎn)爐熔池溫度升至約1 480℃以上時，脫碳反應(yīng)開始劇烈進行。隨著冶煉過程熔池溫度逐步升高，鋼液碳含量逐步降低。冶煉后期脫碳速度逐漸降低，產(chǎn)生的CO氣體顯著減少，熔池溫度過高，易發(fā)生回磷現(xiàn)象。增加渣中（CaO）、（FeO）含量、避免過高的熔池溫度，有利于進一步脫磷。

實際生產(chǎn)中，轉(zhuǎn)爐后半鋼調(diào)整熔池溫度以實現(xiàn)脫碳和磷含量的穩(wěn)定控制。后半鋼轉(zhuǎn)爐加入冶金石灰 2.0～2.5 t、白云石 1.2～1.8 t、稀渣劑 200～300 kg再次造渣，使用連軋廢鋼進行溫度調(diào)節(jié)。冶煉過程及終點通過觀察爐口火焰等方法判斷爐內(nèi)溫度及碳含量變化。圖5為后半鋼終點碳含量與終點溫度的關(guān)系。由圖5可以看出，按照上述工藝控制，后半鋼脫碳冶煉終點溫度控制為1 585～1 635℃，終點碳含量可以達到0.023%～0.035%。此時磷含量不大于0.004 5%。

一般終點溫度高于1 620℃時，碳含量不大于0.026%。終點碳含量過低狀態(tài)下，爐渣較稀，鋼渣混出容易造成鋼水增磷。因此當后半鋼脫碳冶煉終點碳含量低于0.026%時，出鋼結(jié)束后對鋼水進行扒渣作業(yè)，可以有效控制鋼水回磷。

2.3 前、后半鋼供氧控制

前半鋼脫磷與后半鋼脫碳冶煉過程氧壓一般控制在0.65～0.75 MPa、供氧流量為17 500～18 500 m3/h，達到過程不返干、過程倒爐放渣順暢。

頂吹轉(zhuǎn)爐常規(guī)工作氧壓為0.8～0.9 MPa，供氧流量為19 500～20 500 m3/h，煉鋼過程時間短不利于前、后半鋼冶煉控制。工作氧壓、供氧流量較低可以適當延長冶煉處理時間，便于調(diào)整爐渣獲得適當?shù)膲A度、氧化性和流動性。調(diào)整工作氧壓和供氧流量有利于避免冶煉過程中返干和爆發(fā)性的金屬噴濺的發(fā)生，并穩(wěn)定控制放渣前的渣面狀態(tài)。

冶煉過程保持1.4～1.8 m的低槍位操作，或者終點前0.5～1.5 min內(nèi)進行常規(guī)供氧操作。按照上述工藝控制，可以實現(xiàn)冶煉過程化渣迅速、渣面活躍，鋼液成分均勻等冶煉效果，在前、后半鋼終點可以順利的去除高磷爐渣，達到溫度和成分的控制目標。

2.4 高鎳含量控制

采用轉(zhuǎn)爐內(nèi)電解鎳合金化和鋼水罐內(nèi)補加鎳的方式實現(xiàn)06Ni9DR鋼的鎳元素合金化。一般控制鋼水鎳含量8.8%～9.3%。

金屬鎳熔點為1 455℃，冶煉過程中前、后半鋼局部熔池溫度遠遠高于其熔點溫度，加上吹煉過程的強攪拌作用，使加入的電解鎳合金順利熔化。一般情況，隨著熔池溫度的升高，轉(zhuǎn)爐內(nèi)電解鎳熔化效果明顯，鋼水鎳含量變化顯著。

實際生產(chǎn)中，前半鋼脫磷冶煉前加入轉(zhuǎn)爐電解鎳合金8.46～8.70 t，后半鋼脫碳冶煉終點根據(jù)鋼水鎳含量情況，向鋼水罐內(nèi)加入電解鎳合金0.1～0.2 t。前、后半鋼累計加入電解鎳8.56～8.80 t。前半鋼脫磷冶煉裝入量106～110 t，吹損約4.5%～4.7%，后半鋼脫碳冶煉裝入量101～105 t，吹損約9%～11%。圖6為前半鋼脫磷冶煉終點鎳含量與終點溫度的關(guān)系。由圖6可以看出，按照上述工藝控制，可以獲得前半鋼脫磷冶煉終點鋼水鎳含量8.28%～8.70%。

圖7為后半鋼脫碳冶煉終點鎳含量與終點溫度的關(guān)系。由圖7可以看出，后半鋼脫碳冶煉終點鎳含量可以達到8.8%～9.3%，達到了控制目標。

生產(chǎn)實踐表明，后半鋼脫碳冶煉增加點吹時，隨著吹損的增加，鋼水鎳含量增加0.10%～0.15%，極易造成鋼水鎳含量超過控制上限。一般根據(jù)鋼水化驗成分預(yù)留100～200 kg的電解鎳進行鋼水罐內(nèi)補加。表5為一次補吹命中爐次終點點吹前后鎳含量的變化情況。

表5 一次補吹命中爐次點吹前、后鎳含量變化 %

3 應(yīng)用效果

3.1 產(chǎn)量

隨著市場需求的變化，以06Ni9DR為代表的高鎳低溫LNG用鋼的產(chǎn)能變化顯著。以2013年3～11月期間生產(chǎn)為例，月產(chǎn)能達到300～1 400 t。2013年各生產(chǎn)月份產(chǎn)能如圖8所示，一般采用每澆次3～5罐的生產(chǎn)模式。

3.2 關(guān)鍵參數(shù)控制

2013年7～9月部分爐次轉(zhuǎn)爐終點鎳含量、磷含量控制水平見圖9。由圖9可以看出，轉(zhuǎn)爐終點磷含量、鎳含量控制相對穩(wěn)定，終點磷含量為0.001 8%～0.004 5%，鎳含量為8.8%～9.3%。

4 結(jié)論

（1）采用轉(zhuǎn)爐前半鋼脫磷與后半鋼脫碳雙聯(lián)法冶煉工藝，可以實現(xiàn)06Ni9DR鋼種轉(zhuǎn)爐終點磷含量小于0.005%的控制效果。

（2）調(diào)整前、后半鋼終點溫度、點吹操作等可以穩(wěn)定控制鋼水鎳元素含量為8.8%～9.3%，實現(xiàn)06Ni9DR鋼的規(guī)?；a(chǎn)。

［1］ 馬向峰,陳永東,解朝暉.LNG儲罐用06Ni9鋼板的質(zhì)量控制究 ［J］.壓力容器,2011,28（7）:40-44.

［2］ 劉東風(fēng).液化天然氣儲罐用低溫9Ni鋼的研究及應(yīng)用［J］.鋼鐵研究學(xué)報,2009,2l（9）:1-5.

［3］ 馬勇,王曉峰.轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)法冶煉超低磷鋼工藝研究 ［J］.鞍鋼技術(shù),2013（3）:11-15.

［4］ 李新林,謝炳馨,賈紅玉,等.轉(zhuǎn)爐煉鋼快速成渣工藝探討［J］.河南冶金,2000（6）:49-50.

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