高壓鍋爐管P22電爐開發(fā)生產(chǎn)實(shí)踐

吳明洋

高壓鍋爐管是鍋爐管的一種，屬于無縫鋼管類別，制造方法與無縫管相同，但對(duì)制造鋼管所用的鋼種有嚴(yán)格的要求［1］。高壓鍋爐管主要用來制造高壓和超高壓鍋爐的過熱器管、再熱器管、導(dǎo)氣管、主蒸汽管等。高壓鍋爐管使用時(shí)經(jīng)常處于高溫和高壓狀態(tài)，管子在高溫?zé)煔夂退魵獾淖饔孟?，?huì)發(fā)生氧化和腐蝕，要求鋼管具有高的持久強(qiáng)度，高的抗氧化腐蝕性能，并有良好的組織穩(wěn)定性。P22是高壓鍋爐管的一種材質(zhì)，山鋼股份萊蕪分公司特鋼事業(yè)部結(jié)合自身設(shè)備實(shí)際進(jìn)行了高壓鍋爐管P22的生產(chǎn)工藝開發(fā)，成功與否將決定100 t電爐產(chǎn)品能否進(jìn)入鍋爐管行業(yè)。

1 設(shè)備概況

600 mm，電極心圓1 250 mm，平均出鋼量115 t，余鋼量～22 t，爐壁氧槍流量10 800 Nm3/h。

2）LF主要技術(shù)參數(shù)：鋼包容量120 t，鋼包直徑3 750 mm，自由空間800～1 000 mm，變壓器額定功率25 MVA，電極直徑450 mm，電極心圓750 mm，升溫速度3～4℃/min。

3）五機(jī)五流全弧形連鑄機(jī)主要技術(shù)參數(shù)：中間包容量40 t；鑄坯斷面Φ500/Φ650/Φ800 mm；弧形半徑（MVA）16.5 m，流間距2 250 mm；結(jié)晶器為管式，采用液壓振動(dòng)方式，銅管長度780 mm，振幅2 mm；水縫寬度3～4 mm；二冷方式為氣-霧冷卻；配備結(jié)晶器電磁攪拌/末端電磁攪拌；矯直方式為9架拉矯機(jī)多點(diǎn)矯直；鑄坯定尺長度4.0～9.0 m。

高壓鍋爐管P22生產(chǎn)工藝流程為：100 t UHP交流電弧爐-120 t LF精煉-120 t VD爐-R16.5 m合金鋼連鑄機(jī)-入坑緩冷/熱送-軋制-檢驗(yàn)-判定-計(jì)量-入庫。

1）電弧爐主要技術(shù)參數(shù)：公稱容量100 t，爐殼直徑6 800 mm，變壓器額定功率90 MVA，電極直徑

2 技術(shù)要求及控制難點(diǎn)

2.1 化學(xué)成分

高壓鍋爐管P22對(duì)化學(xué)成分要求嚴(yán)格［2］，該鋼屬于低合金鋼種，其化學(xué)成分見表1；同時(shí)，鋼種對(duì)鋼中殘余元素進(jìn)行了嚴(yán)格要求，鋼中殘余元素含量要求見表2。

表1 P22鋼的化學(xué)成分 %

表2 P22鋼微量元素（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

2.2 氣體含量及低倍組織

從鋼材上取樣分析，要求氮含量≤90×10-6，氧含量≤25×10-6，氫含量≤2×10-6。在鋼材橫截面酸浸低倍組織試片上不得有肉眼可見的白點(diǎn)、縮孔、分層、裂紋、氣泡、夾雜、翻皮和皮下氣泡。酸浸低倍組織和高倍（非金屬夾雜物級(jí)別、奧氏體晶粒度）檢驗(yàn)合格級(jí)別符合表3規(guī)定。奧氏體晶粒度按照GB/T 6394標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行測(cè)定，晶粒度級(jí)別應(yīng)≥8級(jí)，實(shí)測(cè)晶粒度8級(jí)。

表3 P22鋼的低倍組織及非金屬夾雜物 級(jí)

3 生產(chǎn)工藝及控制要點(diǎn)

3.1 電弧爐冶煉

電弧爐冶煉采取爐料結(jié)構(gòu)配比優(yōu)化，強(qiáng)化供氧，強(qiáng)化泡沫渣技術(shù)，終點(diǎn)C、P、溫度同時(shí)命中等多項(xiàng)現(xiàn)代電弧爐冶煉技術(shù)，在鐵水比例穩(wěn)定在60%的情況下，合理用氧，控制廢鋼熔清一次取樣碳含量≥0.60%；同時(shí)確保熔池?cái)嚢?，促進(jìn)C-O反應(yīng)，控制好泡面渣厚度，提高傳熱效率，減少輻射熱損失，避免鋼液裸露，減少氣體吸入。出鋼過程加強(qiáng)預(yù)脫氧操作，降低鋼水初始氧含量。

具體控制要點(diǎn)：廢鋼+60%鐵水，熔清樣分析溫度≥1 540℃，熔清碳、熔清磷≤0.025%；終點(diǎn)碳≤0.04%，終點(diǎn)磷≤0.006%。為確保殘余元素符合要求，廢鋼配料過程中減少社會(huì)廢鋼破碎料配加量，終點(diǎn)加強(qiáng)殘余Sn元素的控制，同時(shí)確保其他殘余元素符合標(biāo)準(zhǔn)要求；出鋼溫度1 620～1 640℃；出鋼過程加入1.0～2.0 kg/t復(fù)合脫氧劑塊及相應(yīng)數(shù)量低碳、低磷合金，將主要成分調(diào)整至標(biāo)準(zhǔn)下限。注意合金增碳的控制。渣量按15 kg/t加入。

3.2 精煉（LF+VD）工藝

鋼包達(dá)到精煉爐后，采用碳粉和碳化硅配合進(jìn)行擴(kuò)撒脫氧，同時(shí)采用大流量吹氬，促進(jìn)鋼渣反應(yīng)［2-3］；中期向鋼包內(nèi)喂入1.0～1.5 kg/t鋁線進(jìn)行沉淀脫氧，控制渣中（FeO+MnO）≤1.0%，控制爐渣堿度＞3.5［4］。精煉爐渣成分如表4所示。

表4 精煉爐渣主要組成 %

強(qiáng)化脫氧白渣保持時(shí)間≥20 min后取樣分析調(diào)整成分至內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，精煉在進(jìn)行成分微調(diào)過程中，注意滿足J系數(shù)及CEF系數(shù)的要求。出鋼前喂入鋁線調(diào)整［Al］s含量≤0.020%，之后按1.0～1.5 kg/t喂入純鈣線進(jìn)行夾雜物變性處理。

根據(jù)生產(chǎn)節(jié)奏及VD溫降情況控制好精煉出鋼溫度，確保鋼液符合連鑄溫度要求。精煉出鋼后扒渣1/3～1/2入VD真空處理，鋼水的真空處理參數(shù)為：氬氣流量70×2 L/min，真空度≤67 Pa，真空保持時(shí)間≥15 min，破空后軟吹時(shí)間≥15 min。

3.3 連鑄工藝

連鑄實(shí)行“三恒”操作，即恒拉速、恒液面、恒溫度；全過程保護(hù)澆注［5］，結(jié)晶器電磁攪拌+末端電磁攪拌組合，采用低過熱度、弱冷二冷水強(qiáng)度，確保進(jìn)拉矯機(jī)溫度≥900℃，鑄坯入坑緩冷。

具體控制參數(shù)：中間包過熱度控制在（25±5）℃；中間包采用中包專用覆蓋劑，結(jié)晶器采用專用保護(hù)渣，液渣層厚度在35～40 mm；結(jié)晶器液面自動(dòng)控制波動(dòng)范圍±2 mm；結(jié)晶器電磁攪拌為290 A、1.2 Hz，末端電磁攪拌為150 A、6.0 Hz；各規(guī)格斷面拉速及比水量見表5；鑄坯入緩冷坑緩冷，緩冷時(shí)間≥72 h，出坑時(shí)鑄坯表面溫度≤200℃。

表5 各規(guī)格斷面拉速及比水量

3.4 軋制與精整

鑄坯加熱參數(shù)：預(yù)熱段溫度600～850℃，保溫時(shí)間≥2.5 h；加熱段溫度1 180～1 250℃，均熱段溫度1 200～1 240℃，允許溫差≤30℃。采用Φ500、Φ650 mm規(guī)格連鑄圓坯，可軋制Φ120～Φ280 mm規(guī)格圓鋼。

軋前檢查軋輥、導(dǎo)衛(wèi)、輥道等，避免鋼材表面出現(xiàn)劃傷、麻面等缺陷；加強(qiáng)對(duì)軋制節(jié)奏的控制，保證終軋溫度在950～1 000℃；軋制過程嚴(yán)格控制鋼材的外形尺寸及彎曲度。熱軋圓鋼的尺寸、外形、重量及允許偏差符合GB/T 702—2008標(biāo)準(zhǔn)中Ⅰ組精度規(guī)定。圓鋼鋸切后應(yīng)及時(shí)入坑緩冷，入緩冷坑溫度＞560℃，緩冷時(shí)間＞48 h，且出緩冷坑溫度≤200℃。緩冷后出坑精整修磨，鋼材表面不允許有裂紋、折疊、耳子、結(jié)巴等缺陷；鋼材端部整齊，無毛刺飛邊等缺陷。

4 產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量檢驗(yàn)分析

高壓鍋爐管用鋼P(yáng)22化學(xué)成分（見表1）控制理想，C、P、S均控制較好，保證了高壓鍋爐管良好的力學(xué)性能［4，6］。鋼的化學(xué)成分及微量元素含量滿足用戶協(xié)議要求。通過對(duì)P22軋材取樣分析，氧、氮、氫含量分別為（12～15）×10-6、（72～83）×10-6、（0.5～1.0）×10-6，氣體含量控制比較理想。

隨機(jī)抽取鑄坯，車削酸洗后高壓鍋爐管用鋼P(yáng)22連鑄坯低倍組織檢驗(yàn)良好，未發(fā)現(xiàn)縮孔、中心疏松、夾渣、皮下氣泡、裂紋等缺陷。連鑄圓坯心部質(zhì)量良好，整體組織致密，P22鋼Φ500 mm連鑄坯低倍組織形貌如圖1所示。高壓鍋爐管用鋼P(yáng)22 Φ 150 mm軋材的金相組織如圖2所示。

圖1 P22鋼Φ500 mm連鑄坯低倍形貌

圖2 P22鋼Φ150 mm軋材金相組織

檢驗(yàn)Φ130 mm、Φ150 mm、Φ180 mm規(guī)格軋材的低倍組織及夾雜物（見表3），可知圓鋼低倍組織檢驗(yàn)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求；A類、B類、D類細(xì)系夾雜物均為0～1.0級(jí)，A類、C類、D類粗系夾雜物均為0級(jí)，B類粗系夾雜物為0.5級(jí)，A類、B類、C類、D類夾雜物合計(jì)為0.5～2.5級(jí)。鋼的晶粒度均為8級(jí)。

5 結(jié) 語

經(jīng)實(shí)際檢驗(yàn)，山鋼股份萊蕪分公司特鋼事業(yè)部采用Φ500 mm連鑄圓坯試制的高壓鍋爐管P22，各項(xiàng)性能指標(biāo)完全滿足協(xié)議要求，鋼的成分均勻，各類夾雜物級(jí)別低，A類、B類、C類、D類夾雜物均為0～1.0，合計(jì)為0.5～2.5級(jí)。低倍組織及表面質(zhì)量控制良好，工藝及各項(xiàng)參數(shù)合理。目前高壓鍋爐管P22已進(jìn)行批量生產(chǎn)，累計(jì)生產(chǎn)銷售6 000余t。合格產(chǎn)品連鑄圓坯及鋼材已通過東鍋、哈鍋等認(rèn)可，制得的鋼管滿足用戶標(biāo)準(zhǔn)和裝機(jī)使用要求。

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