低碳高合金P91冶煉工藝研究

徐亞東，王亞男，葛慧超

（日照市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，山東 日照 276800）

2018年初某冶金公司中標(biāo)國內(nèi)某煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司煤炭間接液化項(xiàng)目超高壓蒸汽用無縫高合金管。該項(xiàng)目技術(shù)要求的P91金屬管技術(shù)指標(biāo)（非金屬夾雜物級(jí)別、磷含量等指標(biāo)）超出某冶金公司和國內(nèi)批量生產(chǎn)該鋼管的實(shí)際水平。特別是非金屬夾雜物指標(biāo)方面，實(shí)現(xiàn)起來存在極大的技術(shù)難度。對(duì)于煤化工行業(yè)高技術(shù)難度的高端無縫鋼管，目前能夠生產(chǎn)的企業(yè)國內(nèi)尚為數(shù)不多。

為盡快搶占國內(nèi)市場，針對(duì)生產(chǎn)該煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司合同無縫金屬管存在的技術(shù)難點(diǎn)，某冶金公司開展了提高金屬管的純凈度等指標(biāo)的技術(shù)攻關(guān)，以提高該合同產(chǎn)品合格率，盡快進(jìn)入石化P91國內(nèi)市場，拓寬該產(chǎn)業(yè)高端無縫金屬管市場，擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)規(guī)模。

1 存在的問題分析

由于某煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司對(duì)P91鋼管的技術(shù)指標(biāo)非常嚴(yán)格，如非金屬夾雜物要求：粗系、細(xì)系均為：A、C≤1級(jí)，B、D≤1.5級(jí)，且A+B+C+D≤3.5級(jí)；DS類夾雜物不大于1.5級(jí)?；瘜W(xué)成分P含量不大于0.013%（目標(biāo)≤0.010%）。

針對(duì)產(chǎn)品訂貨技術(shù)要求，達(dá)到指標(biāo)的主要問題是目前P91無縫鋼管鋼管B、D及Ds類夾雜物含量高。在某冶金公司對(duì)2017年擠壓生產(chǎn)的P91鋼管夾雜物統(tǒng)計(jì)結(jié)果中可看出，2017年采用擠壓工藝生產(chǎn)的P91金屬管切掉部分冒口，批量生產(chǎn)的P91產(chǎn)品中夾雜物指標(biāo)仍有18.6%不合格，而現(xiàn)行工藝要求鋼錠在擠壓過程中全部不切冒口，因此P91產(chǎn)品的夾雜物指標(biāo)達(dá)到100%的合格率存在更大的難度。

2 針對(duì)問題制定的技術(shù)措施

2.1 控制電爐過氧，減少脫氧產(chǎn)物總量。

因P91低碳高合金出鋼碳冶煉工藝要求較低（≤0.05%），若吹氧工藝控制不合理，出鋼碳含量控制過低，會(huì)造成電爐鋼水過氧化，生成較多的脫氧產(chǎn)物。脫氧產(chǎn)物一旦形成則不能全部上浮被熔渣吸附，若生成較多的高熔點(diǎn)Al2O3脫氧產(chǎn)物，Al2O3易以絮狀或串簇狀的形態(tài)滯留在鋼液中；同時(shí)來不及充分上浮的硅酸鹽類夾雜物（C類夾雜物）也易滯留在鋼液中，從而造成鋼中夾雜物指標(biāo)高。因此控制電爐冶煉不過氧或較小程度的過氧成為控制夾雜物水平不超標(biāo)的技術(shù)關(guān)鍵及難點(diǎn)。

同時(shí)由于電爐鋼水全氧含量高，若充分脫氧會(huì)增加精煉工序的還原時(shí)間，形成過多的脫氧產(chǎn)物，增加夾雜物數(shù)量。因此有必要從控制電爐粗煉鋼水過氧為控制鋼中夾雜物指標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)。同時(shí)對(duì)于冶煉低磷鋼，冶煉時(shí)間長，易造成鋼水過氧化嚴(yán)重，縮短脫磷時(shí)間，控制電爐吹氧量為技術(shù)難點(diǎn)。

電爐冶煉過程中若吹氧壓力過低則會(huì)造成氧氣射流短且分散，造成鋼液嚴(yán)重過氧化且鋼液成分及溫度不均勻。而在吹氧時(shí)采用間斷吹氧，并控制脫碳期吹氧壓力為0.8MPa～0.9MPa，則可確保爐壁氧槍噴出的氧氣射流形成集束射流，且射流長度達(dá)到1200mm以上，氧氣可均勻噴射入鋼液中，可有效地避免鋼液過氧化。電爐冶煉過程中總吹氧量控制為≤40NM3/t鋼。

2.2 優(yōu)化電爐過程中的脫氧工藝

電爐冶煉全部采用鋁等沉淀脫氧劑進(jìn)行沉淀脫氧，造成鋼中脫氧形成的夾雜物較多，使得冶煉過程中實(shí)現(xiàn)B、D≤1.5級(jí)，且A+B+C+D≤3.5級(jí)；DS夾雜物不大于1.5級(jí)的P91鋼，極為困難。若在電爐出鋼過程中全部采用擴(kuò)散脫氧，則造成脫氧時(shí)間過長。

利用碳粉預(yù)脫氧反應(yīng)生成的是CO氣體，不會(huì)污染鋼液的特點(diǎn)，在電爐出鋼過程中先采用碳粉預(yù)脫氧脫除部分氧，后用鋁球沉淀脫氧，產(chǎn)生的脫氧產(chǎn)物Al2O3易于聚集且能快速浮出鋼液。電爐出鋼過程中采用碳粉預(yù)脫氧，減少Al2O3等夾雜物，但當(dāng)碳加入量不當(dāng)時(shí)會(huì)造成增碳，因此采用合適的碳粉預(yù)脫氧結(jié)合鋁球預(yù)脫氧技術(shù)可以有效地減少其中夾雜物這一技術(shù)難點(diǎn)。

采用電爐鋼水出到2噸時(shí)，向鋼包中添加30kg的碳粉或增碳劑進(jìn)行預(yù)脫氧，控制鋼水出到5噸后再加60公斤～70公斤的鋁球進(jìn)行沉淀脫氧，以達(dá)到減少鋼中Al2O3等脫氧產(chǎn)物的目的。同時(shí)利用電爐出鋼過程中良好的動(dòng)力學(xué)條件為脫氧產(chǎn)物提供充分的上浮、長大時(shí)間，以減少后續(xù)精煉生成過多的夾雜物。

2.3 優(yōu)化LF工序擴(kuò)散脫氧工藝

在LF精煉工序全程采用擴(kuò)散脫氧的方式脫氧。擴(kuò)散脫氧采用的工藝方法是向渣面加入鋁粉、硅鐵粉、碳粉、電石等比重輕的脫氧劑，使脫氧劑全部在渣面上進(jìn)行氧化鐵的還原反應(yīng)。精煉過程不間斷擴(kuò)散脫氧，持續(xù)保持熔渣還原性，防止精煉過程鋼水的多次污染。

針對(duì)精煉過程受到空氣氧化及添加合金過程氧化的多次污染，會(huì)出現(xiàn)熔渣還原性波動(dòng)的現(xiàn)狀，采取封閉爐蓋與鋼包上口之間的間隙，并根據(jù)熔渣顏色的變化，不間斷分批次添加鋁粉、電石、硅鐵粉進(jìn)行擴(kuò)散脫氧，持續(xù)保持熔渣白渣時(shí)間20min以上。VD前后加鋁粉，脫除熔渣吸入的氧。精煉后期微調(diào)成分添加合金時(shí)，后再次污染鋼液，若不及時(shí)添加脫氧劑脫除，會(huì)影響精煉效果，因此必須盡快完成成分調(diào)整，重新調(diào)整熔渣為白渣。

硅、鋁、碳在不同的溫度、成分條件下表現(xiàn)出不同的脫氧能力，硅鐵粉在低溫時(shí)擴(kuò)散脫氧能力較強(qiáng)，碳粉、鋁粉在高溫下且鋼中酸溶鋁含量低于0.025%時(shí)的脫氧能力較強(qiáng)，先用碳粉、電石、硅鐵粉脫氧，可充分發(fā)揮硅鐵粉的脫氧能力，并加快脫氧速度，后用鋁粉脫氧，并控制脫氧過程中的酸溶鋁含量低于0.025%。

2.4 嚴(yán)格控制精煉過程中酸溶鋁含量

精煉后將鋼中成分鋁含量控制為0.010%～0.015%，將鋼中鋁含量控制到較低，避免凝固過程生成大量的Al2O3等夾雜物。同時(shí)根據(jù)精煉過程中酸溶鋁與鋼液中氧存在的定量關(guān)系，通過控制鋼液中的酸溶鋁，達(dá)到控制鋼液中氧含量的目的。

3 結(jié)論

（1）摸索出電爐不同冶煉階段吹氧工藝，將出碳控制為0.04%～0.05%，突破了控制電爐冶冶煉水過氧關(guān)鍵技術(shù)。

（2）采用電爐冶煉過程先碳粉脫氧，后采用鋁球沉淀脫氧，最后于精煉過程擴(kuò)散脫氧的脫氧制度，減少了沉淀脫氧生成的脫氧產(chǎn)物量，突破了減少夾雜物及沉淀脫氧夾雜物上浮困難關(guān)鍵技術(shù)。

（3）采用精煉過程不間斷擴(kuò)散脫氧，調(diào)氮后、加最后一批合金后，持續(xù)保持了熔渣還原性，突破了防止精煉過程鋼水的多次污染關(guān)鍵技術(shù)。

（4）擴(kuò)散脫氧過程中，利用不同溫度、成分條件下脫氧劑的脫氧能力及特性，采用高溫時(shí)用鋁粉脫氧，控制鋁含量，提高了脫氧效率及能力，突破了高溫下硅脫氧慢，高鋁下鋁脫氧慢等關(guān)鍵技術(shù)。