專(zhuān)利名稱(chēng)：一種rh-lf-vd精煉生產(chǎn)抗酸管線鋼的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高級(jí)別抗酸管線鋼的冶煉生產(chǎn)領(lǐng)域，涉及利用轉(zhuǎn)爐煉鋼和RH-LF-VD精煉準(zhǔn)確控制鋼中成分的冶煉工藝，該工藝既能大大減輕轉(zhuǎn)爐脫碳負(fù)擔(dān)，降低鋼水氧化性和出鋼溫度，延長(zhǎng)轉(zhuǎn)爐爐齡，又能充分發(fā)揮LF爐精煉脫硫功效，RH和VD真空處理消除LF過(guò)程增碳的不利影響，減少?gòu)?qiáng)脫氧劑加入量，降低鋼中脫氧夾雜物，提高純凈度，爐次成分均勻，生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，可操作性強(qiáng)，滿足抗酸(抗HIC和SCC)管線鋼對(duì)低碳、低硫和高純凈度的成分控制要求。
背景技術(shù)：
管道輸送是長(zhǎng)距離輸送石油、天然氣最經(jīng)濟(jì)、合理的運(yùn)輸方式，具有高效、經(jīng)濟(jì)、安全等特點(diǎn)。目前輸送管道正向大口徑、高壓力方向發(fā)展。管線鋼在要求高強(qiáng)度的同時(shí)還要求具有高的低溫止裂韌性和良好焊接性。而且20世紀(jì)70年代以來(lái)，各國(guó)石油、天然氣的開(kāi)發(fā)條件發(fā)生了明顯變化，目前雖然天然氣在輸送前進(jìn)行了凈化處理，但H2S及水的存在引起管道腐蝕仍然不可避免。還有一些特殊油、氣輸送地區(qū)的管線鋼也會(huì)發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。因此近年來(lái)管線鋼對(duì)抗腐蝕能力，特別是抗氫致裂紋(HIC)和硫化物應(yīng)力腐蝕(SCC)的要求越來(lái)越高。氫致裂紋(Hydrogen Induced Crack-HIC)是由腐蝕生成的氫原子進(jìn)入鋼中，聚集在MnS與母材的界面上，沿著碳、錳和磷偏析的異常組織擴(kuò)展或沿著帶狀組織相界擴(kuò)展，當(dāng)氫原子結(jié)合成氫分子，產(chǎn)生較大壓力，于是形成平行于軋制面，沿軋制方向的裂紋。硫化物應(yīng)力腐蝕(Stress Corrosion Cracking-SCC)是在H2S和CO2等腐蝕介質(zhì)、土壤和地下水中各種酸離子的作用下，腐蝕生成的氫原子經(jīng)鋼材表面進(jìn)入鋼材內(nèi)部，并逐步富集于應(yīng)力集中區(qū)域，使鋼材脆化并沿垂直于拉伸力方向擴(kuò)展而開(kāi)裂。具有高抗HIC和SCC能力的管線鋼成分設(shè)計(jì)思想為低碳、低硫、低磷、適宜錳含量、微合金化、高純凈度。同時(shí)結(jié)合熱控軋控冷(TMCP)工藝，降低宏觀偏析和帶狀組織，獲得穩(wěn)定的雙相組織，保證管線鋼具有優(yōu)良的力學(xué)性能和抗酸腐蝕性能。碳是鋼中傳統(tǒng)的強(qiáng)化元素，也是最經(jīng)濟(jì)的元素強(qiáng)化元素。然而碳對(duì)鋼的韌性、塑性、焊接性等有不利影響。并且隨著碳含量的增加，HIC敏感性增加。當(dāng)碳含量低于0.11%時(shí)管線鋼可具有良好的焊接性。當(dāng)碳含量超過(guò)0.05%時(shí)，將導(dǎo)致錳和磷的偏析加劇，當(dāng)碳含量小于0. 04%時(shí)，能有效防止HIC的產(chǎn)生。近代管線鋼的發(fā)展過(guò)程是不斷降低碳含量的過(guò)程，一般要求小于0. 10%,對(duì)需要高韌性或抗酸(抗HIC和SCC)管線鋼則采用碳小于0. 06%的超低碳含量設(shè)計(jì)。鋼水深脫碳主要是利用真空精煉處理，靠鋼水中的氧進(jìn)行脫碳，通過(guò)降低[C] +
= {C0}反應(yīng)的CO氣體分壓，促進(jìn)脫碳反應(yīng)進(jìn)行，生產(chǎn)低碳或超低碳鋼。鋼水真空脫碳最主要的設(shè)備為RH真空循環(huán)精煉和VD真空攪拌精煉。RH精煉具有反應(yīng)速度快、效率高的特點(diǎn)。RH還可以進(jìn)行吹氧強(qiáng)制脫碳，使鋼水碳含量降低至0.0010%以下。VD精煉是一種應(yīng)用廣泛的真空精煉方式，同樣具有良好的脫碳條件，國(guó)內(nèi)外已有很多鋼廠開(kāi)始采用VD處理來(lái)生產(chǎn)極低碳或超低碳鋼，而且已獲得了很好的處理效果。、
硫是危害管線鋼質(zhì)量的主要元素之一，它嚴(yán)重惡化管線鋼的抗酸(抗HIC和SCC)性能。研究表明隨著鋼水中硫含量增加，裂紋敏感性顯著增加；只有當(dāng)鋼中硫〈O. 0012%時(shí)，HIC明顯降低。另外，硫還導(dǎo)致管線鋼各向異性，在橫向和厚度方向上韌性惡化。管線鋼對(duì)硫含量的要求很苛刻，對(duì)于X60及以上級(jí)別抗酸管線鋼，要滿足制管后得到優(yōu)良地抗酸(抗HIC和SCC)性能，鋼中C〈0. 04%,同時(shí)鋼中SCO. 0010%。目前超深脫硫技術(shù)主要應(yīng)用了系統(tǒng)控制的思想，從控制原輔材料中的硫含量著手，從鐵水預(yù)處理脫硫開(kāi)始加強(qiáng)各個(gè)工序的脫硫，整體控制，分步實(shí)施，取得了很好的脫硫效果。鐵水預(yù)脫硫是一種較經(jīng)濟(jì)、有效的脫硫方法，在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的采用。轉(zhuǎn)爐的脫硫能力相當(dāng)有限。特別在鐵水原始硫含量很低的情況下，由于入爐的造渣料、廢鋼及耐火材料等爐料帶入的硫，往往出現(xiàn)轉(zhuǎn)爐過(guò)程回硫現(xiàn)象。因此、在轉(zhuǎn)爐出鋼后必須對(duì)鋼水進(jìn)行爐外脫硫。利用LF爐電極加熱、鋼包底吹氬、造高堿度渣進(jìn)行深脫硫，成品硫含量可降低至0. 0005%。為了滿足抗酸管線鋼對(duì)鋼水成分的要求，目前國(guó)內(nèi)各鋼廠主要生產(chǎn)流程為鐵水預(yù)處理-頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉-爐外精煉(LF精煉和RH或VD真空處理組合)-連鑄的一次真 空精煉(只經(jīng)過(guò)一次真空精煉)工藝過(guò)程。LF脫硫能力比較強(qiáng)，冶煉管線鋼時(shí)脫硫率可達(dá)到70% 90%。但LF脫硫同時(shí)存在增碳矛盾。RH或VD真空精煉，具備脫碳、脫氣等功效，但造成鋼水溫度降低。因此生產(chǎn)過(guò)程中鋼水脫碳和脫硫及鋼水保溫存在矛盾和生產(chǎn)限制。例如LF-RH工藝，LF脫硫升溫工藝在RH之前，而脫硫的必要條件是鋼中氧要控制在非常低的水平，因此在轉(zhuǎn)爐出鋼和LF處理前期要加入脫氧劑對(duì)鋼水進(jìn)行深脫氧才能保證LF的深脫硫效果，這導(dǎo)致后續(xù)RH真空精煉氧脫碳時(shí)，鋼中氧含量不足以將碳脫除至鋼種要求的水平，只能通過(guò)向鋼水中吹氧進(jìn)行強(qiáng)制脫碳，之后再向鋼中加入脫氧劑控制氧含量在規(guī)定的范圍內(nèi)。這不僅消耗了過(guò)多的脫氧劑，而且使鋼中的夾雜物增多，去除難度加大。另外由于RH工序在后，要求LF爐終點(diǎn)時(shí)鋼水溫度較高，以保證RH精煉過(guò)程的溫降，而且由于LF精煉過(guò)程不可避免地使鋼水增碳，因此也要求轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)碳含量要脫至較低水平。而對(duì)于RH-LF工藝，由于LF精煉過(guò)程使鋼水增碳，因此要求RH精煉過(guò)程要將鋼水中碳含量脫至比較低的水平，才能保證成品鋼水中碳含量控制在要求的范圍內(nèi)，RH處理過(guò)程難度加大，而且鋼水溫降也較大。為減小LF升溫時(shí)間(LF電極加熱過(guò)程越長(zhǎng)，鋼水增碳較多)就要求轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)溫度更高，碳含量更低。LF-VD或VD-LF工藝也存在相同的問(wèn)題。以上工藝都只有一次RH或VD真空精煉過(guò)程，即增加轉(zhuǎn)爐冶煉負(fù)擔(dān)、降低爐齡，鋼水純凈度較差，同時(shí)對(duì)于LF和RH或VD真空精煉過(guò)程的要求也比較苛刻，即對(duì)整體冶金工藝流程各各環(huán)節(jié)的原料、設(shè)備、操作水平的要求都比較高，鋼中碳和硫含量同時(shí)達(dá)到低或超低水平的穩(wěn)定生產(chǎn)難度較大。成品鋼中碳、硫成分控制不穩(wěn)定，抗酸(抗HIC和SCC)性能不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的提供一種消除現(xiàn)有一次真空精煉(只經(jīng)過(guò)一次真空精煉)的LF與RH配合或LF與VD配合工藝生產(chǎn)低碳低硫鋼的不足，采用二次真空精煉(經(jīng)過(guò)二次真空精煉)的RH-LF-VD工藝生產(chǎn)抗酸(抗HIC和SCC)管線鋼的冶煉工藝，穩(wěn)定生產(chǎn)，更好地滿足抗酸管線鋼對(duì)低碳、低硫和高純凈度的成分控制要求。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種RH-LF-VD精煉生產(chǎn)抗酸管線鋼的工藝，工藝流程為鐵水預(yù)脫硫-轉(zhuǎn)爐冶煉-RH真空脫碳-LF升溫脫硫-VD再次真空脫碳-鈣處理-軟吹-連鑄-熱軋，具體包括以下步驟
鐵水預(yù)脫硫高爐鐵水首先經(jīng)鐵水預(yù)處理進(jìn)行脫硫，根據(jù)各生產(chǎn)單位現(xiàn)有鐵水預(yù)脫硫工藝設(shè)備，選用攪拌法或鐵水包噴吹法脫硫，鐵水預(yù)脫硫操作結(jié)束后，脫硫渣中富含硫，為避免鐵水回硫，將渣扒除干凈，鐵水脫硫率達(dá)到90%，入爐鐵水中硫含量小于0. 003% ；
轉(zhuǎn)爐冶煉將步驟I處理過(guò)的鐵水采用頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐進(jìn)行冶煉，向鐵水中加入占鐵水總量的1(T15%的低磷、低硫廢鋼，整個(gè)冶煉過(guò)程進(jìn)行全程底部吹氬氣，對(duì)鋼水進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，以便均勻鋼水的成分和溫度，終點(diǎn)鋼水碳含量控制在0. 089T0. 12%，氧含量在
0.069T0. 08%，磷含量彡0. 008%,出鋼溫度控制在163(Tl660°C，出鋼時(shí)采用擋渣操作，以防止回磷，其中，造渣料包括石灰5(T65kg/t、輕燒白云石15 25kg/t，爐渣堿度控制在
3.5 4. 0 ；
RH真空精煉脫碳脫氧利用步驟2中轉(zhuǎn)爐出鋼后鋼水中富余氧含量，通過(guò)抽真空降低[C] +
= {C0}反應(yīng)的CO氣體分壓，在真空壓力小于lOOPa，采用大的環(huán)流氣體流量120(Tl400L/min進(jìn)行真空循環(huán)，處理時(shí)間15min，達(dá)到終點(diǎn)時(shí)鋼水碳含量控制在
0.019T0. 03% ；
LF爐渣采用CaO-Al2O3-SiO2三元堿性渣系脫硫，堿度控制在4. 0-6. 0，渣中的FeO和MnO含量小于0. 8%，采用電極埋弧加熱，鋼水加入LF爐后，提高鋼包底部吹氬流量至40(T600NL/ min，處理時(shí)間為35 45min，LF爐精煉終點(diǎn)出鋼時(shí)鋼水硫含量在彡0. 0008%，碳含量為0. 03% 0. 05%，鋼水溫度為162(Tl630°C ；
VD真空精煉脫碳脫氣將上述步驟的鋼水進(jìn)行VD真空精煉，在真空壓力小于lOOPa，采用大的環(huán)流氣體流量120(Tl400L/min進(jìn)行真空循環(huán),處理時(shí)間2(T25min,進(jìn)行真空脫碳、脫氣，得到碳含量為0. 039T0. 04%，硫含量為< 0. 0010%的鋼水，經(jīng)RH處理合格的鋼水進(jìn)行鈣處理和軟吹，軟吹時(shí)間為12min以上，得到達(dá)到管線鋼抗酸性能的成分要求的抗酸管線鋼。按目標(biāo)成分要求，利用此工藝流程生產(chǎn)，成品鋼中碳含量可以穩(wěn)定控制在0.03%，同時(shí)硫含量可以穩(wěn)定控制在< 0. 0010%，滿足抗酸(抗HIC和SCC)管線鋼對(duì)低碳、低硫和高純凈度的成分控制要求。在鋼水冶煉過(guò)程結(jié)束后，廠家可根據(jù)自身連鑄設(shè)備和用戶要求將鋼水澆注成鑄坯(板坯、薄板坯或圓坯)，經(jīng)控軋控冷(TMCP)，生產(chǎn)組織和性能滿足要求的抗酸(抗HIC和SCC)管線鋼坯。本發(fā)明的特別之處在于鋼水經(jīng)過(guò)RH-LF-VD的二次真空精煉過(guò)程，即經(jīng)轉(zhuǎn)爐冶煉鋼水先進(jìn)入RH進(jìn)行真空循環(huán)精煉脫碳、脫氧；之后進(jìn)行LF爐精煉脫硫；隨后進(jìn)入VD進(jìn)行真空循環(huán)精煉，由于RH真空精煉已經(jīng)脫除了鋼中絕大部分的碳，因此VD真空精煉主要目的是脫除LF精煉過(guò)程碳的增量，同時(shí)脫氣、去除夾雜物，最后進(jìn)行澆鑄。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于利用RH-LF-VD的二次真空精煉工藝控制鋼中成分，大大減輕轉(zhuǎn)爐脫碳負(fù)擔(dān)，降低鋼水氧化性和出鋼溫度，提高爐齡；消除LF爐精煉過(guò)程增碳的不利影響，減輕了 LF爐生產(chǎn)負(fù)擔(dān)；減少?gòu)?qiáng)脫氧劑的使用，降低鋼中非金屬夾雜物含量；穩(wěn)定全流程生產(chǎn)過(guò)程，保證鋼水成分控制在生產(chǎn)目標(biāo)以內(nèi)，滿足抗酸(抗HIC和SCC)管線鋼對(duì)低碳、低硫和高純凈度的成分控制要求。高級(jí)別抗酸管線鋼市場(chǎng)需求巨大，僅2012年中東地區(qū)規(guī)劃抗酸X6(TX65管線鋼為30萬(wàn)噸。高級(jí)別抗酸管線鋼生產(chǎn)難度大，市場(chǎng)價(jià)格高，抗酸管線鋼比同級(jí)別普通管線鋼市場(chǎng)價(jià)格高2000元每噸，RH-LF-VD工藝在穩(wěn)定生產(chǎn)高級(jí)別抗酸管線鋼工藝保證生產(chǎn)質(zhì)量的前提下，多工序綜合匹配，經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐，RH-LF-VD工藝生產(chǎn)成本在增加120元前提下，鋼種生產(chǎn)成材率由單真空工藝的70%提高到90%以上，按照抗酸管線鋼噸鋼生產(chǎn)成本6500元計(jì)算，噸鋼獲得直接經(jīng)濟(jì)效益(6500/70%-6500/90%)-120=1943元。本發(fā)明工藝應(yīng)用將實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)資源節(jié)約的雙豐收。本發(fā)明工藝流程同時(shí)適合生產(chǎn)其它要求低碳(超低碳)同時(shí)低硫(超低硫)的鋼種。本發(fā)明工藝生產(chǎn)管線管的工藝參數(shù)與單真空精煉工藝對(duì)比如下表。表I
權(quán)利要求
1.一種RH-LF-VD精煉生產(chǎn)抗酸管線鋼的工藝，工藝流程為鐵水預(yù)脫硫-轉(zhuǎn)爐冶煉-RH真空脫碳-LF升溫脫硫-VD再次真空脫碳-鈣處理-軟吹-連鑄-熱軋，其特征在于，具體包括以下步驟 鐵水預(yù)脫硫高爐鐵水首先經(jīng)鐵水預(yù)處理進(jìn)行脫硫，根據(jù)各生產(chǎn)單位現(xiàn)有鐵水預(yù)脫硫工藝設(shè)備，選用攪拌法或鐵水包噴吹法脫硫，鐵水預(yù)脫硫操作結(jié)束后，脫硫渣中富含硫，為避免鐵水回硫，將渣扒除干凈，鐵水脫硫率達(dá)到90%，入爐鐵水中硫含量小于0. 003% ； 轉(zhuǎn)爐冶煉將步驟I處理過(guò)的鐵水采用頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐進(jìn)行冶煉，向鐵水中加入占鐵水總量的1(T15%的低磷、低硫廢鋼，整個(gè)冶煉過(guò)程進(jìn)行全程底部吹氬氣，對(duì)鋼水進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，以便均勻鋼水的成分和溫度，終點(diǎn)鋼水碳含量控制在0. 089T0. 12%，氧含量在0. 069T0. 08%，磷含量彡0. 008%,出鋼溫度控制在163(Tl660°C，出鋼時(shí)采用擋渣操作，以防止回磷，其中，造渣料包括石灰5(T65kg/t、輕燒白云石15 25kg/t，爐渣堿度控制在3.5 4. 0 ； RH真空精煉脫碳脫氧利用步驟2中轉(zhuǎn)爐出鋼后鋼水中富余氧含量，通過(guò)抽真空降低[C] +
= {C0}反應(yīng)的CO氣體分壓，在真空壓力小于lOOPa，采用大的環(huán)流氣體流量120(Tl400L/min進(jìn)行真空循環(huán)，處理時(shí)間15min，達(dá)到終點(diǎn)時(shí)鋼水碳含量控制在0. 019T0. 03% ； LF爐渣采用CaO-Al2O3-SiO2三元堿性渣系脫硫，堿度控制在4. 0-6. 0，渣中的FeO和MnO含量小于0. 8%，采用電極埋弧加熱，鋼水加入LF爐后，提高鋼包底部吹氬流量至40(T600NL/ min，處理時(shí)間為35 45min，LF爐精煉終點(diǎn)出鋼時(shí)鋼水硫含量在彡0. 0008%，碳含量為0. 03% 0. 05%，鋼水溫度為162(Tl630°C ； VD真空精煉脫碳脫氣將上述步驟的鋼水進(jìn)行VD真空精煉，在真空壓力小于lOOPa，采用大的環(huán)流氣體流量120(Tl400L/min進(jìn)行真空循環(huán),處理時(shí)間2(T25min,進(jìn)行真空脫碳、脫氣，得到碳含量為0. 039T0. 04%，硫含量為< 0. 0010%的鋼水，經(jīng)RH處理合格的鋼水進(jìn)行鈣處理和軟吹，軟吹時(shí)間為12min以上，得到達(dá)到管線鋼抗酸性能的成分要求的抗酸管線鋼。
全文摘要
本發(fā)明一種RH-LF-VD精煉生產(chǎn)抗酸管線鋼的工藝，該工藝?yán)棉D(zhuǎn)爐煉鋼和RH-LF-VD精煉工藝控制鋼水成分，生產(chǎn)低碳、低硫的抗酸(抗HIC和SCC)管線鋼。具體工藝流程為鐵水預(yù)脫硫-轉(zhuǎn)爐冶煉-RH真空脫碳-LF升溫脫硫-VD真空脫碳-鈣處理-軟吹-連鑄-熱軋。本發(fā)明利用二次真空精煉過(guò)程(RH真空精煉、VD真空精煉)，既能減輕轉(zhuǎn)爐脫碳負(fù)擔(dān)，降低鋼水氧化性又能消除LF爐精煉過(guò)程增碳的不利影響，而且減少?gòu)?qiáng)脫氧劑的使用，穩(wěn)定生產(chǎn)，保證鋼水成分穩(wěn)定控制在生產(chǎn)目標(biāo)以內(nèi)，滿足抗酸管線鋼對(duì)低碳、低硫和高純凈度的成分控制要求。利用本發(fā)明工藝流程生產(chǎn)的成品鋼中碳含量可以穩(wěn)定控制在0.03%，同時(shí)硫含量可以穩(wěn)定控制在≤0.0010%。
文檔編號(hào)C21C7/00GK102719728SQ20121020073
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月18日
發(fā)明者成澤偉, 王永勝 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)