高壓氣瓶用鋼純凈度生產(chǎn)控制

賈燕璐，齊玉佩

(1.天津工業(yè)職業(yè)學(xué)院，天津300400；2.天津鋼管集團股份有限公司，天津300301)

0 引言

氣瓶用鋼屬于高壓容器用鋼，如使用過程中發(fā)生失效，后果不堪設(shè)想。 因此，氣瓶用鋼對鋼材質(zhì)量要求非常高，特別是純凈度。 企業(yè)一直以來都把氣瓶用鋼列為重點品種，嚴格控制生產(chǎn)質(zhì)量，通過不斷優(yōu)化生產(chǎn)工藝和提高操作水平，基本杜絕了大批量夾雜物出現(xiàn)的情況。

1 現(xiàn)狀分析

在對氣瓶鋼管體探傷檢查時，發(fā)現(xiàn)管體存在多處“薄點”缺陷，經(jīng)過取樣分析發(fā)現(xiàn)，距管體外壁2～4 mm 處存在B 類夾雜物。

夾雜物能譜分析顯示(見圖1)，夾雜物為以氧化鎂為核心的鋁酸鈣夾雜， 并含有部分氧化鎂、氧化鐵的復(fù)合夾雜物。 通過工藝分析，認為缺陷形成的原因有三個，一是電弧爐的吹氧控制不良造成鋼水氧化程度加劇，二是原材料(生鐵)質(zhì)量波動較大，鋼中初始S 偏高，最高達到102 ppm，精煉工序脫S 困難。 以上兩點造成精煉大部分時間在加熱、脫S，實際去除夾雜時間非常有限；三是中間包耐火材料高溫強度偏低。

圖1 缺陷處夾雜物能譜分析

2 生產(chǎn)工藝流程及設(shè)備概況

2.1 生產(chǎn)工藝流程

企業(yè)采用100 t EAF-EBT 超高功率電弧爐冶煉→100 t LF 鋼包爐精煉→VD 真空處理→弧型方圓坯連鑄機全保護澆注的工藝生產(chǎn)高壓氣瓶用鋼。

2.2 生產(chǎn)設(shè)備概況

生產(chǎn)設(shè)備的有關(guān)參數(shù)見表1。

表1 主要設(shè)備及工藝參數(shù)

3 生產(chǎn)工藝控制措施

通過對冶煉鋼水純凈度的現(xiàn)狀分析，結(jié)合生產(chǎn)過程的各個控制環(huán)節(jié)，制定出了一系列提高鋼種純凈度的控制措施，并予以實施。

3.1 配料控制

優(yōu)先采用優(yōu)質(zhì)廢鋼+鐵水的配料方案， 確保精料入爐，使精煉初始硫含量穩(wěn)定在較低水平，減少精煉的脫硫時間， 為延長弱攪拌時間創(chuàng)造條件，促進夾雜物的上浮。

3.2 電爐控制

(1)提高電爐操作水平，準確控制終點成份和溫度，杜絕出鋼下渣，控制吹氧總量防止鋼水過氧化，合成碳球的加入量視冶煉情況確定；

(2)提高出鋼配硅、碳量，降低鋼水氧化性；

(3)提高電爐出鋼溫度，控制在1 650 ℃以上，保證紅包周轉(zhuǎn)，減小精煉升溫負擔(dān)，使精煉能夠早成渣，減少精煉的加熱時間，為延長弱攪拌時間創(chuàng)造條件；

(4)加強電爐出鋼成分控制，增加脫氧劑由500 kg 增至550 kg，提高301(LF 爐進站樣)樣成分達標率，使精煉成分控制達到微調(diào)的要求，減輕精煉負擔(dān)。

3.3 精煉控制

提高鋼水純凈度的關(guān)鍵工序在精煉，因此我們著重分析了精煉過程，制定如下改進措施：

(1)控制好精煉過程中的氫氣攪拌強度，精煉期間實時調(diào)整氫氣的流量，同時使用發(fā)泡劑減少鋼水的二次氧化；

(2)合成脫氧劑采取勤加、少加的方式，加強LF 精煉期間擴散脫氧，降低鋼中氧含量，提高鋼水純凈度；

(3)精煉進VD 前必須保證成分合格，嚴禁VD后補加合金等操作。 加強VD 處理的控制，VD 高真空保持時間由8 min 延長到10～15 min。

(4)從生產(chǎn)組織上，要求氣瓶鋼澆注必須重新開澆，同時減少澆鑄流數(shù)，將VD 后弱攪拌時間從原來的8 min 延長至15 min 以上，以保證夾雜物有充分的上浮時間。 開澆爐次上臺后鎮(zhèn)靜20 min，保證后續(xù)爐次有充足的鎮(zhèn)靜時間。

3.4 鈣處理工藝

目前，煉鋼工位鈣處理過程普遍是在精煉處理結(jié)束向鋼水中喂入一定量硅鈣絲，然后弱攪拌一定時間，目的是對鋼液中夾雜物變性處理，使其上浮去除。 如果處理不當(dāng)，易造成以下后果[1]：一是鈣含量太低時，可能形成CA6 和CA2，這些固態(tài)夾雜物比氧化鋁更為堅韌；二是鈣處理強度太大時，由于鈣的蒸氣壓很大，將會造成鋼液表面翻騰引起二次氧化，會增加攪拌強度，使鋼液與渣以及耐火材料發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致渣中或耐火材料中的Ca 和Mg 傳遞到鋼液中，形成鎂鋁尖晶石夾雜。

為提高鈣處理效果， 開發(fā)出新型鈣線代替原來的硅鈣絲；由于加強了精煉前期的處理，鋼水中的氧化物夾雜已經(jīng)大部分上浮， 為了防止開澆爐次鋼液面不穩(wěn)，喂入鈣線(1.9 m/t 鋼)，連澆爐不喂入鈣線。

3.5 連鑄控制

控制外來夾雜的主要工序是連鑄。 連鑄控制夾雜物的辦法有兩類：第一類是防止夾雜物的生成和帶入，第二類是去除鋼液中已存在的夾雜物[2]。 結(jié)合生產(chǎn)實際，制定如下改進措施：

(1)確保長水口全程吹氫保護澆注，開澆爐次先裝長水口再開澆， 每次換包更換長水口石棉墊圈，提高鋼包自開率，及時加入中間包覆蓋劑，連鑄4～5 爐更換中間包長水口， 以防止?jié)沧⑦^程鋼水二次氧化；

(2)采用下渣自動檢測技術(shù)，防止鋼包渣進入中間包對鋼水造成污染，防止鋼包渣、中間包渣和結(jié)晶器保護渣的卷入；

(3)嚴格控制中間包液位，一方面避免卷渣，另一方面延長鋼水在中間包內(nèi)的停留時間，以保證夾雜物的充分上浮去除。

3.6 耐火材料控制

3.6.1 開發(fā)中間包穩(wěn)流器

為了防止每爐鋼包開澆時注流對中間包包底以及擋墻的沖刷， 優(yōu)化鋼水中夾雜物的上浮流場，在中間包沖擊區(qū)設(shè)立穩(wěn)流器，改善鋼水在沖擊區(qū)內(nèi)的流場，大大減少了鋼水對耐材的沖刷，并有利于夾雜物上浮(見下圖2)。

圖2 中間包穩(wěn)流器開發(fā)前后對比

3.6.2 優(yōu)化中間包擋渣墻結(jié)構(gòu)

對中間包擋墻結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，由四孔改為三孔，并改變了開孔的位置(見下圖3)，優(yōu)化了鋼液流場，促進了夾雜物上浮。 同時開發(fā)中間包過濾器裝置，進一步提高鋼水潔凈度。

夾雜缺陷通過電鏡分析含有較多的MgO 夾雜，可能與中間包干式料存在高溫強度低問題有關(guān)，經(jīng)取樣分析確認多個廠家強度偏低，后經(jīng)廠家整改后二次取樣均已滿足標準。

圖3 優(yōu)化前后擋渣墻結(jié)構(gòu)

4 控制效果

通過對氣瓶用鋼純凈度工藝研究及相關(guān)措施的實施，統(tǒng)計2285 爐氣瓶用鋼夾雜評級情況，實現(xiàn)了評級不合為零的目標。 氣瓶用鋼的鋼水質(zhì)量有了大幅度的提高(見下表2)。

表2 氣瓶用鋼夾雜物評級情況統(tǒng)計表

5 結(jié)語

(1)通過高壓氣瓶用鋼純凈度研究控制，有效的控制了氣瓶用鋼夾雜物的水平，大大提高了鋼水的純凈度，實現(xiàn)了高壓氣瓶用鋼夾雜復(fù)驗不合為零的目標。

(2) 提高出鋼成分達標率是冶煉純凈鋼的前提，為精煉工序?qū)⑷A雜時機前移提供時間支持。

(3)延長真空處理后的吹氫弱攪拌時間，能促進夾雜物充分上浮。

(4)鈣處理的方式及強度，對鋼中夾雜物的大小、分布有較大影響，處理不當(dāng)，易增加夾雜物超標的趨勢。

(5)合適的耐材使用促進了鋼水內(nèi)生夾雜的持續(xù)去除，同時保障純凈鋼水不被外來夾雜物污染。