1不銹鋼管廠簡介
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;
冶金長度:31.5m;鑄坯規(guī)格:2210mm、2270mm、2310mm、2350mm;
結(jié)晶器材質(zhì):無氧銅,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型及其分析
2.1潔凈鋼簡介
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、脆性夾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鋼中夾雜物類型鋼中夾雜物的來源有兩個(gè):一是鋼中冶煉和凝固過程中發(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)頻率對鋼的質(zhì)量有很大的影響。圓坯中的非金屬夾雜物類型很多,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,是鋼中常見的夾雜物。該類夾雜的破壞力極大,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程中套管表面形成外折或裂紋。通過對鋼中B類夾雜物(氧化鋁類型)的能譜分析:夾雜物的類型為點(diǎn)鏈狀的存在形態(tài),條狀為鋁酸鈣類夾雜,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,見圖2。圖2鏈條狀?yuàn)A雜低倍形貌照片2.2.1外來夾雜物
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),如果液位降得過低,拉速過快就會(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)在兩種類型:(1)鏈狀鋁酸鈣在連澆過程中,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程中,來不及上浮進(jìn)入結(jié)晶器生成,并以此為核心吸附其它小顆粒夾雜長大,成為較大的和復(fù)雜夾雜物。見圖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源分析
經(jīng)過分析,不銹鋼管廠圓坯中夾雜物的來源主要有:
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,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)重在澆注過程中,中間包擋渣墻就嚴(yán)重侵蝕了,破壞了中間包的流場,不利于夾雜的上浮,澆注結(jié)束后檢測發(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)部門對現(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)流場優(yōu)化多孔型檔渣墻高低壩鎂鈣涂料在高溫使用過程中,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)流場優(yōu)化研究,將后來的多孔型檔渣墻逐步變?yōu)楦叩蛪谓Y(jié)構(gòu),這對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37Mn、37Mn/1、37Mn/2、30CrMo、35CrMo、34Cr-Mo4等對B類夾雜物特別敏感的氣瓶鋼的脫氧工藝進(jìn)行了調(diào)整,采用了無鋁脫氧工藝。即分別在電爐出鋼和精煉處理過程中加入硅鈣鋇對鋼水進(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對鋼水進(jìn)行取樣分析,對比采用無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比圖(%)結(jié)果表明無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月份退廢平均值對比見表3。表3非金屬夾雜物超標(biāo)月平均對比時(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級范圍的情況見表4。表4不銹鋼管廠2005年1～5月份氣瓶鋼非金屬夾雜物評級范圍的情況夾雜類型A B C D級別范圍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級平均總級別下降了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)殇撍亩窝趸撍逆?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。