1不銹鋼管廠簡(jiǎn)介
不銹鋼管廠主要設(shè)備:1座150t超高功率偏心爐底出鋼電弧爐,1座150t鋼包精煉爐(LF)及真空脫氣裝置(VD),1套6機(jī)6流的弧形圓坯連鑄機(jī)。連鑄機(jī)的主要參數(shù)為:
型式:多點(diǎn)矯直,弧形;
弧形半徑:10.5m,13.5m,18.0m,30.5m;
冶金長(zhǎng)度:31.5m;鑄坯規(guī)格:2210mm、2270mm、2310mm、2350mm;
結(jié)晶器材質(zhì):無(wú)氧銅,內(nèi)壁鍍硬鉻。主要生產(chǎn)品種為用于生產(chǎn)石油套管、高壓鍋爐管,氣瓶管等連鑄圓坯,少量圓坯作為商品坯銷(xiāo)售。不銹鋼管廠生產(chǎn)的工藝路線為:廢鋼→電弧爐→LF(VD)→連鑄→圓坯。
2不銹鋼管廠鋼中夾雜類(lèi)型及其分析
2.1潔凈鋼簡(jiǎn)介
潔凈鋼是指在鋼中總氧含量較低的情況下,非金屬夾雜物數(shù)量少、尺寸小、分布均勻、脆性?shī)A雜物少以及合適的夾雜物形態(tài)。鋼中夾雜物的控制主要是減少其生成,對(duì)其進(jìn)行變性處理,促進(jìn)上浮。因此,要生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)潔凈鋼,就必須嚴(yán)格控制鋼中的夾雜物。
2.2鋼中夾雜物類(lèi)型鋼中夾雜物的來(lái)源有兩個(gè):一是鋼中冶煉和凝固過(guò)程中發(fā)生一系列物理及化學(xué)反應(yīng)形成的內(nèi)在夾雜物;二是冶煉和澆注過(guò)程中廢鋼、耐火材料、保護(hù)渣等輔助材料的混入而造成的外來(lái)夾雜物。圖1顯示了不銹鋼管廠2004年1～7月間產(chǎn)生廢品的總體情況,可以看出,非金屬夾雜物是不銹鋼管廠鑄坯缺陷的主要類(lèi)型。
2.2.1內(nèi)在夾雜物2006年第1期總第132期鋼中的氧和硫分別以氧化物和硫化物夾雜形式存在。鋼的潔凈度取決于氧化物和硫化物夾雜,這些夾雜物的尺寸、形狀、物理性質(zhì)、出現(xiàn)頻率對(duì)鋼的質(zhì)量有很大的影響。圓坯中的非金屬夾雜物類(lèi)型很多,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,它的危害性主要表現(xiàn)在圓坯在后面的軋制或淬火過(guò)程中產(chǎn)生裂紋、外折缺陷。影響不銹鋼管廠圓坯質(zhì)量的主要夾雜物有幾種形式。
2.2.1.1硅酸鹽如xFeO·yMnO·3Al2O3·wSiO2,這類(lèi)夾雜物是由于鋼液前期氧化生成的金屬堿性氧化物與后期脫氧反應(yīng)生成的酸性氧化物SiO2及兩性氧化物Al2O3進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)而生成的硅酸鹽,是鋼中常見(jiàn)的夾雜物。該類(lèi)夾雜的破壞力極大,雖然出現(xiàn)的爐數(shù)、頻次都不高,但一經(jīng)出現(xiàn)就會(huì)產(chǎn)生大量的廢品,嚴(yán)重時(shí)造成整爐廢品。
2.2.1.2氧化物夾雜其主要是鋼中一些被氧化的鐵合金形成的簡(jiǎn)單氧化物以及它們繼續(xù)反應(yīng)形成的鉻合物,通常為氧化硅、氧化鈣、氧化鎂、氧化鋁、氧化鉻、氧化錳、氧化鐵以及鈣鋁酸鹽等等,它們由于來(lái)不及從熔融金屬中排出而留于鋼中,這些夾雜在鋼中由于和鋼的基體的變形性不同,故此在軋制或熱處理過(guò)程中套管表面形成外折或裂紋。通過(guò)對(duì)鋼中B類(lèi)夾雜物(氧化鋁類(lèi)型)的能譜分析:夾雜物的類(lèi)型為點(diǎn)鏈狀的存在形態(tài),條狀為鋁酸鈣類(lèi)夾雜,點(diǎn)狀為鎂鋁尖晶石,二者復(fù)合在一起,形成串珠狀的復(fù)合夾雜,見(jiàn)圖2。圖2鏈條狀?yuàn)A雜低倍形貌照片2.2.1外來(lái)夾雜物
2.2.2.1鋼中混入鋼渣、保溫劑、保護(hù)渣不銹鋼管廠采用的是偏心爐底出鋼電弧爐,如果在出鋼過(guò)程中操作不慎就會(huì)使鋼渣進(jìn)入鋼中;另外在中間包即將澆完時(shí),如果液位降得過(guò)低,拉速過(guò)快就會(huì)導(dǎo)致液面上產(chǎn)生渦流,把鋼液面上的鋼渣、保溫劑通過(guò)中間包水口卷入結(jié)晶器鋼水中,進(jìn)入鑄坯中形成夾雜。
2.2.2.2鋼中混入耐火材料在煉鋼和澆注過(guò)程中,各種耐材易被鋼水沖刷和侵蝕,從而混入鋼水中或和鋼水中的某些元素反應(yīng)生成新的夾雜物,這種夾雜物在不銹鋼管廠主要體現(xiàn)在兩種類(lèi)型:(1)鏈狀鋁酸鈣在連澆過(guò)程中,因高鋁質(zhì)耐火材料異常侵蝕造成的Al2O3與鋼中或其它來(lái)源的CaO結(jié)合所形成的復(fù)合產(chǎn)物。(2)點(diǎn)狀鎂鋁尖晶石它與中包系統(tǒng)的鎂質(zhì)耐火材料有關(guān)。鎂質(zhì)耐火材料是MgO的唯一來(lái)源,由于高溫鋼水沖刷進(jìn)入鋼液,而鋼中存在的Al2O3可與之相互吸附形成穩(wěn)定的鋁鎂尖晶石。提高拉速后的澆注過(guò)程中,來(lái)不及上浮進(jìn)入結(jié)晶器生成,并以此為核心吸附其它小顆粒夾雜長(zhǎng)大,成為較大的和復(fù)雜夾雜物。見(jiàn)圖3。圖3點(diǎn)狀鎂鋁尖晶石高倍形貌照片
2.3圓坯中夾雜物的主要來(lái)源分析
經(jīng)過(guò)分析,不銹鋼管廠圓坯中夾雜物的來(lái)源主要有:
2.3.1鋼水的二次氧化鋼水的二次氧化是產(chǎn)生鋼中夾雜物的一個(gè)主要因素,澆注時(shí)鋼水的溫度偏高,保護(hù)澆注做得不好,都能使鋼水中的金屬元素和空氣中的氧反應(yīng),形成夾雜物而停留在鋼中,導(dǎo)致鋼的強(qiáng)度和其它力學(xué)性能下降,在后序的軋制和熱處理時(shí)產(chǎn)生外折和裂紋。
2.3.2鋼水的鎮(zhèn)靜時(shí)間不足近幾年不銹鋼管廠經(jīng)過(guò)了幾次大的設(shè)備改造,特別是2003年11月份四流改六流后,產(chǎn)量得到了很大幅度的增加,生產(chǎn)節(jié)奏也隨之緊張起來(lái),這就使鋼水在鎮(zhèn)靜時(shí)間方面較之以前有所減少,有時(shí)會(huì)導(dǎo)致一些夾雜物不能很好地上浮而留在鋼水中,影響鑄坯的質(zhì)量。
2.3.3連鑄澆注過(guò)程控制不穩(wěn)定主要表現(xiàn)在結(jié)晶器液位控制不穩(wěn)。在結(jié)晶器液位自動(dòng)不穩(wěn),需手動(dòng)控制時(shí),由于液位波動(dòng)大卷入保護(hù)渣,也是產(chǎn)生鑄坯夾雜,引起下道工序產(chǎn)生裂紋的一個(gè)主要因素。
2.3.4中間包耐材侵蝕嚴(yán)重在澆注過(guò)程中,中間包擋渣墻就嚴(yán)重侵蝕了,破壞了中間包的流場(chǎng),不利于夾雜的上浮,澆注結(jié)束后檢測(cè)發(fā)現(xiàn)中間包擋渣墻基本被沖刷掉。中間包所用的材質(zhì)抗沖刷、抗侵蝕性能較差。
3不銹鋼管廠提高鋼水潔凈度生產(chǎn)方案
3.1電爐在電爐出鋼時(shí),進(jìn)行留鋼操作,防止鋼渣進(jìn)入鋼水;同時(shí)保證電爐出鋼后半小時(shí)內(nèi),到達(dá)精煉工位鋼水溫度≥1520℃,以利于縮短精煉處理時(shí)間,保證鋼水有足夠的鎮(zhèn)靜時(shí)間,讓夾雜物充分上浮。
3.2精煉精煉處理是控制夾雜物非常重要的環(huán)節(jié),不僅要讓已生成的夾雜物充分上浮,而且還要避免新的夾雜物生成。因此,采用一爐雙工位,提高鋼液成分控制“命中率”,在最短的時(shí)間內(nèi)鋼液成分達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求,確保有充分的吹氬弱攪拌時(shí)間,保證鋼中Al2O3有足夠的上浮時(shí)間,同時(shí)要求適當(dāng)增加硅鈣絲喂入量,使鋼中鈣含量從8～10×10-6提高至10～12×10-6,以提高鈣處理效果,達(dá)到夾雜物變性及凈化鋼液作用。
3.3連鑄大包長(zhǎng)水口采用密封圈、確保大包套管吹100%氬,中包液位≥24t,在澆注后期大包澆鋼完畢后,必須將拉速逐步降至起步拉速,中間包內(nèi)的鑄余大于等于200mm以上,以減少夾雜物被卷入鑄坯中。
3.4生產(chǎn)技術(shù)部門(mén)對(duì)現(xiàn)行工藝和設(shè)備進(jìn)行改進(jìn),全方位降低圓坯中夾雜物,提高鋼水潔凈度,主要有如下幾個(gè)主要措施。
3.4.1進(jìn)行堿性中包的研制開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)全堿性中間包,包括鎂質(zhì)沖擊板、鎂質(zhì)擋渣墻、鎂鈣質(zhì)中包涂料、堿性覆蓋劑等。堿性中間包改進(jìn)前后的比較如表1所示。表1中間包優(yōu)化前后耐材使用情況項(xiàng)目改進(jìn)前改進(jìn)后中包涂料鎂質(zhì)鎂鈣質(zhì)沖擊板高鋁質(zhì)鎂質(zhì)中包覆蓋劑酸性堿性中間包內(nèi)流場(chǎng)優(yōu)化多孔型檔渣墻高低壩鎂鈣涂料在高溫使用過(guò)程中,鋼水中的Al2O3夾雜物附著在涂料上,與涂料鎂鈣砂顆粒中的CaO反應(yīng)結(jié)合為低熔點(diǎn)的CaO-Al2O3化合物,它會(huì)上浮到鋼液表面被中包覆蓋劑吸收,減少鋼中Al2O3夾雜物含量,CaO與鋼種中的硫反應(yīng),起到一定的脫硫作用。其中,中包鎂鈣涂料的MgO含量控制在70%以上、CaO含量控制在10%以上比較理想。因?yàn)?/span>CaO含量低,起不到凈化鋼水的作用;CaO含量高,影響中包使用壽命。進(jìn)行的中間包內(nèi)流場(chǎng)優(yōu)化研究,將后來(lái)的多孔型檔渣墻逐步變?yōu)楦叩蛪谓Y(jié)構(gòu),這對(duì)提高鋼液在中包的停留時(shí)間,促使夾雜物上浮大有益處,見(jiàn)圖4。多孔型檔渣墻示意圖高低壩示意圖圖4多孔型擋渣墻與高低壩示意圖3.4.2氣瓶鋼采用硅鈣鋇合金脫氧對(duì)37Mn、37Mn/1、37Mn/2、30CrMo、35CrMo、34Cr-Mo4等對(duì)B類(lèi)夾雜物特別敏感的氣瓶鋼的脫氧工藝進(jìn)行了調(diào)整,采用了無(wú)鋁脫氧工藝。即分別在電爐出鋼和精煉處理過(guò)程中加入硅鈣鋇對(duì)鋼水進(jìn)行脫氧處理。硅鈣鋇合金作為一種新型脫氧劑,鋇系合金脫氧能力強(qiáng),由于Ba的加入降低了Ca的蒸氣壓,能夠提高鈣的溶解度,能夠形成低熔點(diǎn)的化合物(2CaO·BaO·SIO2熔點(diǎn)為1320℃,脫氧產(chǎn)物容易排除),減少非金屬夾雜含量,改變夾雜物的形態(tài)呈球形均勻分布,使鋼中Al2O3夾雜比例顯著降低,有利于消除由于鋁脫氧而造成的Al2O3夾雜的危害,其脫氧夾雜物尺寸均小于5μm[3],最終很難找到含鋇夾雜物。硅鈣鋇理化性能指標(biāo)見(jiàn)表2。表2硅鈣鋇理化性能指標(biāo)元素Si Ca Ba P S成分/%≥50≥12≥13≤0.05≤0.10對(duì)鋼水進(jìn)行取樣分析,對(duì)比采用無(wú)鋁脫氧工藝與正常脫氧工藝的鋼中鋁含量,如圖5所示。圖5兩種脫氧工藝鋼中鋁含量對(duì)比圖(%)結(jié)果表明無(wú)鋁脫氧工藝大幅降低了鋼中Al含量,從而降低鋼中鋁系夾雜物的數(shù)量,凈化了鋼水。
4效果
4.1不銹鋼管廠2004年1～7月和8～10月份退廢平均值對(duì)比見(jiàn)表3。表3非金屬夾雜物超標(biāo)月平均對(duì)比時(shí)間項(xiàng)目1～78～10月(t/月)(t/月)非金屬夾雜物超標(biāo)114.9756.24從表3中可以看出,經(jīng)過(guò)采取相應(yīng)的措施,不銹鋼管廠非金屬夾雜物得到了有效的控制,大大提高了鋼水的潔凈度。
4.2不銹鋼管廠2005年1～5月氣瓶鋼非金屬夾雜物評(píng)級(jí)范圍的情況見(jiàn)表4。表4不銹鋼管廠2005年1～5月份氣瓶鋼非金屬夾雜物評(píng)級(jí)范圍的情況夾雜類(lèi)型A B C D級(jí)別范圍0.5～1.01.0～1.500～1.0采用硅鈣鋇合金脫氧,非金屬夾雜物總量減少,由統(tǒng)計(jì)比較可以看出:2005年比2004年1～5月的非金屬夾雜物評(píng)級(jí)平均總級(jí)別下降了0.10,其中B(細(xì))降低了0.21,鋼中Al2O3夾雜比例明顯降低。
5結(jié)論
5.1造成圓坯中非金屬夾雜物超標(biāo)的主要原因?yàn)殇撍亩窝趸?、鋼水的?zhèn)靜時(shí)間不足、連鑄澆注液位控制不穩(wěn)定以及中間包耐材侵蝕嚴(yán)重等。
5.2電爐通過(guò)合理配料,保證出鋼溫度;精煉保證足夠的鎮(zhèn)靜時(shí)間,確保合適的上連鑄溫度;連鑄執(zhí)行保護(hù)澆注,在澆注結(jié)束時(shí)保證足夠深度的鑄余,完善生產(chǎn)過(guò)程控制;選用優(yōu)質(zhì)的中間包包襯和相應(yīng)的覆蓋劑,就能降低鋼中夾雜,提高鋼水的潔凈度。5.3采用硅鈣鋇合金的無(wú)鋁脫氧工藝,不僅最終脫氧效果與鋁脫氧相當(dāng),改變夾雜物的形態(tài)呈球形均勻分布,大幅降低了鋼中Al含量到0.007%,使鋼中Al2O3夾雜比例顯著降低,有利于消除由于鋁脫氧而造成的Al2O3夾雜的危害,從而降低鋼中鋁系夾雜物的數(shù)量,凈化了鋼水。