管线钢冶炼过程夹杂物控制.doc

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1、冶金之家网站管线钢冶炼过程夹杂物控制贺庆，姚同路，杨利彬(钢铁研究总院)摘要：针对某钢厂采用“BOF→LF→RH”工艺流程生产的高级别管线钢，通过金相、扫描电镜、能谱等手段分析了钢中夹杂物，并从热力学角度进行了研究。结果表明，当钢中的ω(Als)=0．025％，若钙处理时钢中ω(CaO)>18×10-6，ω(S)<0．011％，可较易地将Al2O3夹杂变性为低熔点的C12A7。研究后提出一系列工艺优化措施：强化转炉顶底复合吹炼工艺、改善吹氩站和LF的吹氩制度、调整精炼渣系使ω(CaO)／ω(SiO2)控制在4．5～6．0，ω(CaO)／ω(Al2O3)控制在1．7～

2、1．9，最终钢水ω(S)可控制在0．0008％以下，氧化物和硫化物的夹杂物级别控制在1．0级以内。关键词：管线钢；夹杂物；钙处理；精炼高等级管线钢具有高强度、高韧性、良好焊接性和高韧性、止裂性能等优点，符合高输送压力对钢管强度、韧性增长的高标准要求。由于塑性和脆性夹杂物会对冲击韧性值、抗氢致裂纹(HIC)、抗硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)性能等产生影响，需满足高等级管线钢对钢水洁净度苛刻的要求，需通过工艺优化提高对夹杂物数量、尺寸及形态的控制水平，从而显著改善管材抗HIC和抗SS—CC能力。本文特针对某钢厂2011年生产X80钢中夹杂物进行了相关控制工艺研究。1生产

3、概况此钢厂生产高级别管线钢的工艺流程为：铁水预处理(脱硫)→复吹转炉→吹氩站(预成渣)→LF精炼(终脱氧及成渣)→RH(钙处理)→连铸。生产的X80钢种要求各类夹杂物级别均不大于2．0级。钢厂的优化工作开展于2011年3—6月。在开发X80管线钢的前期生产试验中发现有些炉次的夹杂物金相检验不合格，由于夹杂物存在大大影响了钢的止裂韧性，降低了管线钢的落锤性能，并引起冲击值波动，因此降低脱氧夹杂物和钢水硫含量成为关键技术。即通过降低冶炼终点氧含量、优化精炼脱氧、造渣和喂线工艺控制夹杂物的生成、去除及变性，同时控制硫含量，减少硫化物的生成。2工艺优化措施2．1“转炉→吹氩

4、站→LF”工艺控制为控制转炉冶炼终点钢水氧含量和炉渣氧化性，并控制钢水硫含量，转炉采用工艺措施要点为：采用动态控制模型，减少后吹比例，控制终点氧含量；采用精料方针，减少硫带入量，促进钢渣反应平衡，增大炉渣去硫能力，降低钢水硫含量。吹氩站和LF工位为提高脱硫和去除夹杂效果，确定采取以下措施：1)吹氩站大气量顶底氩气搅拌不少于6min，保证顶底吹氩比例1：1，促进LF快速成渣和大夹杂去除；2)钢包顶渣的ω(CaO)／ω(SiO2)控制在4．5～6．0，ω(CaO)／ω(Al2O3)控制在1．7～1．9，ω(FeO+MnO)<1．0％，保证渣成分在强脱硫区域，且具有较好的

5、吸收脱氧产物的能力；3)调整LF精炼过程吹氩量，既不卷渣又有利夹杂物聚集上浮。加热期间采用弱搅方式，合金加入后进行强搅，出站前进行8min以上弱搅。2．2夹杂物变性控制工艺生产管线钢时，RH钙处理前钢水已进行过铝脱氧，生成物为Al2O3，此时向钢水中喂入钙铁线会发生如下反应：3[CaO]+Al2O3(s)=3CaO(s)+2[Al]△G①=﹣733500+59．7TJ／mol(1)RH精炼温度平均1600℃，此时反应平衡常数为：K①=α3CaO·α2Al／αAl2O3·α3Ca=2．17×1017(2)冶金之家网站式(2)中：αCaO、αAl2O3代表以纯物质为标准

6、态时CaO、Al2O3的活度；αAl、αCa代表以1％质量分数为标准态时钢水中Ca、Al的活度。在CaO—Al2O3二元系中，不同研究者得出的CaO和Al2O3活度值有一定波动，计算时引用各研究者所得的平均值。ω(Al2O3)=35％～62％时，随着Al2O3夹杂变性程度不断深入，铝酸钙夹杂将按CA→C12A7→C3A顺序变化，三者熔点分别为1605、1455、1535℃。将Als、S、Ca等元素的活度系数及CaO和Al2O3的活度值代入式(2)中，计算钢中ω(Ca)／ω(Als)与钙铝酸盐组成的关系，由结果可作出1600℃下钢水ω(Ca)／ω(Als)与铝酸钙夹杂

7、变化的关系图，对1600℃下RH精炼钢水，当ω(Als)目标为0．025％时，钢水中的ω(Ca)／ω(Als)应高于0．073，亦即ω(Ca)必须高于18×10-6，才能生成低熔点的C12A7。在钙处理过程中，钙与硫还将进行如下反应：[Ca]+[S]=CaS(s)△G①=﹣530900+11．62T(3)3[CaO]+3[S]+2[Al]=Al2O3+3CaS△G①=﹣859200+288．9T(4)K1600℃=α3CaO·α2Al／αAl2O3·α3Ca=7．39×108(5)在Al2O3夹杂变性过程中，如钢中硫含量较高，将会转变为氧、硫争夺Ca元素的反应过