低溫壓力容器06Ni9DR鋼轉爐生產實踐

2015-12-04 07:15:24徐延浩王宏明王曉峰高學中

鞍鋼技術 2015年4期

徐延浩，王宏明，王曉峰，高學中

（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧鞍山 114021）

國際上普遍使用06Ni9鋼（即國產9Ni鋼）作為液化天然氣（即LNG）儲存和運輸設備的結構材料［1-2］。國內對LNG儲存設備的需求逐年增加，9Ni鋼是唯一可以在-l96℃使用的鐵素體用鋼，憑借其合金含量少、經濟性高的優點受到重視。太鋼、鞍鋼曾對此鋼種做過生產研究，但在鑄坯表面裂紋、內部疏松和夾雜物控制等方面存在問題。鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠自2007年首罐06Ni9鋼工業試驗以來，已逐步形成了以06Ni9DR為代表的高鎳低溫LNG用鋼的生產工藝，2011～2014年進入了大規模生產階段，緩解了部分進口需求的壓力。本文對該鋼種的轉爐生產實踐作一介紹。

1 06Ni9DR鋼的轉爐生產工藝流程

1.1 工藝流程

06Ni9DR鋼轉爐工序主要生產工藝流程如下：鐵水預處理（脫硫）→鐵水扒渣→轉爐脫磷→轉爐脫碳→擋渣出鋼→鋼水扒渣。轉爐各主要工藝流程特點如表1所示。

表1 轉爐主要工藝流程

1.2 化學成分

06Ni9DR鋼對性能要求高，因此對鋼種成分，特別是對磷含量、鎳含量有嚴格的要求。06Ni9DR鋼主要成分控制要求如表2所示。

表2 06Ni9DR鋼化學成分 %

2 06Ni9DR鋼生產研究

2.1 鐵水選擇

轉爐采用前、后半鋼雙聯冶煉法分別對鐵水進行前期初步脫磷和后期的脫碳與深脫磷。轉爐冶煉過程脫硫能力有限，因此需要進行鐵水脫硫預處理。為降低轉爐冶煉去除磷、硫負擔，同時考慮到8～9 t電解鎳合金用量對冶煉過程溫度的影響，選用磷含量不大于0.070%的鐵水進行冶煉。鐵水選擇條件如表3所示。

表3 06Ni9DR鋼冶煉鐵水條件

選定的鐵水經過脫硫預處理、鐵水扒渣后，再兌入轉爐。脫硫扒渣過程鐵水成分、溫度變化明顯，前后對比如表4所示。從表4可以計算出，經鐵水預處理后，鐵水脫硫率達到90.0%～97.5%。

表4 鐵水脫硫扒渣處理前后硫含量、溫度對比

06Ni9DR鋼冶煉前進行的鐵水深脫硫、扒渣作業對鐵水溫度影響較大。統計數據表明，脫硫預處理鐵水溫降1.8～2.2℃/min。實際操作過程中，由于鐵水罐殘鐵多等影響，脫硫過程多次抬槍重復下槍造成的鐵水溫度損失會增加。鐵水脫硫扒渣預處理過程溫度損失與時間關系如圖1所示。

從圖1可以看出，鐵水預處理時間越長，鐵水溫度損失越大。這與鐵水罐況、初始硫含量、扒渣時間等有關。06Ni9DR鋼爐次預處理15～20 min后鐵水溫度為1 260～1 290℃，保證了轉爐冶煉熱源充足。

2.2 半鋼控制

06Ni9DR鋼采用轉爐雙聯法冶煉，由前半鋼脫磷和后半鋼脫碳控制聯合完成。需要考慮鋼水溫度、熔渣堿度、終點碳含量對磷含量的影響。除此之外，由于冶煉前轉爐加入電解鎳合金8～9 t，該鋼種轉爐冶煉造渣材料與一般低合金超低磷鋼的使用有所不同。造渣材料加入過多，不但影響電解鎳熔化，也影響冶金石灰的有效利用，達不到半鋼脫磷的效果。

2.2.1 前半鋼脫磷控制

在選定的鐵水范圍內，前半鋼脫磷冶煉以獲得較低的半鋼磷含量，一般控制半鋼終點磷含量不大于0.025%。

轉爐脫磷反應受熔池溫度、熔渣堿度、爐渣氧化性等因素影響。熔池溫度降低，脫磷反應平衡常數KP增大，有利于鋼液脫磷。但熔池溫度過低不利于熔劑熔化，影響爐渣堿度。而堿度增加，渣中CaO的有效濃度越高的情況下，脫磷反應越完全。熔池溫度過高、堿度過高時，爐渣易變黏，影響流動性，對脫磷反應不利。冶煉初期鐵水碳含量較高，硅、錳等元素未完全氧化，不利于脫磷反應進行。隨著熔池內脫碳反應進行，鋼液中硅、錳含量逐步降低，渣中（FeO）增加，脫磷反應順利進行。

實際生產中，轉爐加入冶金石灰2.5～3.5 t、白云石1.5～2.0 t、稀渣劑200～300 kg。圖2為熔渣堿度與前半鋼終點溫度的關系。由圖2可以看出，前半鋼脫磷冶煉熔池溫度為1 430～1 530℃時，堿度可以穩定控制在2.2～3.5。

由圖3可以看出，按照上述工藝控制，前半鋼脫磷冶煉終點磷含量變化范圍為0.010%～0.025%，最低可以達到0.010%，脫磷率64%～85%，達到控制目標。

圖4為前半鋼終點磷含量與前半鋼終點碳含量的關系。由圖4可以看出，實際生產中一般控制終點碳含量小于2.6%，終點硅、錳含量小于0.01%時，磷含量可以小于0.025%。終點碳含量小于1.6%時可以進一步獲得較低的終點磷含量，但考慮到后半鋼脫碳冶煉溫度，一般前半鋼脫磷冶煉終點碳含量控制在1.6%～2.6%。

2.2.2 后半鋼脫碳控制

為了滿足成品碳含量的要求，防止后半鋼冶煉加入合金增碳，脫碳冶煉終點碳含量一般控制在0.023%～0.035%；同時，鋼水磷含量控制在0.005%以內，終點鋼水溫度控制在1 585～1 635℃。

當轉爐熔池溫度升至約1 480℃以上時，脫碳反應開始劇烈進行。隨著冶煉過程熔池溫度逐步升高，鋼液碳含量逐步降低。冶煉后期脫碳速度逐漸降低，產生的CO氣體顯著減少，熔池溫度過高，易發生回磷現象。增加渣中（CaO）、（FeO）含量、避免過高的熔池溫度，有利于進一步脫磷。

實際生產中，轉爐后半鋼調整熔池溫度以實現脫碳和磷含量的穩定控制。后半鋼轉爐加入冶金石灰 2.0～2.5 t、白云石 1.2～1.8 t、稀渣劑 200～300 kg再次造渣，使用連軋廢鋼進行溫度調節。冶煉過程及終點通過觀察爐口火焰等方法判斷爐內溫度及碳含量變化。圖5為后半鋼終點碳含量與終點溫度的關系。由圖5可以看出，按照上述工藝控制，后半鋼脫碳冶煉終點溫度控制為1 585～1 635℃，終點碳含量可以達到0.023%～0.035%。此時磷含量不大于0.004 5%。

一般終點溫度高于1 620℃時，碳含量不大于0.026%。終點碳含量過低狀態下，爐渣較稀，鋼渣混出容易造成鋼水增磷。因此當后半鋼脫碳冶煉終點碳含量低于0.026%時，出鋼結束后對鋼水進行扒渣作業，可以有效控制鋼水回磷。

2.3 前、后半鋼供氧控制

前半鋼脫磷與后半鋼脫碳冶煉過程氧壓一般控制在0.65～0.75 MPa、供氧流量為17 500～18 500 m3/h，達到過程不返干、過程倒爐放渣順暢。

頂吹轉爐常規工作氧壓為0.8～0.9 MPa，供氧流量為19 500～20 500 m3/h，煉鋼過程時間短不利于前、后半鋼冶煉控制。工作氧壓、供氧流量較低可以適當延長冶煉處理時間，便于調整爐渣獲得適當的堿度、氧化性和流動性。調整工作氧壓和供氧流量有利于避免冶煉過程中返干和爆發性的金屬噴濺的發生，并穩定控制放渣前的渣面狀態。

冶煉過程保持1.4～1.8 m的低槍位操作，或者終點前0.5～1.5 min內進行常規供氧操作。按照上述工藝控制，可以實現冶煉過程化渣迅速、渣面活躍，鋼液成分均勻等冶煉效果，在前、后半鋼終點可以順利的去除高磷爐渣，達到溫度和成分的控制目標。

2.4 高鎳含量控制

采用轉爐內電解鎳合金化和鋼水罐內補加鎳的方式實現06Ni9DR鋼的鎳元素合金化。一般控制鋼水鎳含量8.8%～9.3%。

金屬鎳熔點為1 455℃，冶煉過程中前、后半鋼局部熔池溫度遠遠高于其熔點溫度，加上吹煉過程的強攪拌作用，使加入的電解鎳合金順利熔化。一般情況，隨著熔池溫度的升高，轉爐內電解鎳熔化效果明顯，鋼水鎳含量變化顯著。

實際生產中，前半鋼脫磷冶煉前加入轉爐電解鎳合金8.46～8.70 t，后半鋼脫碳冶煉終點根據鋼水鎳含量情況，向鋼水罐內加入電解鎳合金0.1～0.2 t。前、后半鋼累計加入電解鎳8.56～8.80 t。前半鋼脫磷冶煉裝入量106～110 t，吹損約4.5%～4.7%，后半鋼脫碳冶煉裝入量101～105 t，吹損約9%～11%。圖6為前半鋼脫磷冶煉終點鎳含量與終點溫度的關系。由圖6可以看出，按照上述工藝控制，可以獲得前半鋼脫磷冶煉終點鋼水鎳含量8.28%～8.70%。

圖7為后半鋼脫碳冶煉終點鎳含量與終點溫度的關系。由圖7可以看出，后半鋼脫碳冶煉終點鎳含量可以達到8.8%～9.3%，達到了控制目標。

生產實踐表明，后半鋼脫碳冶煉增加點吹時，隨著吹損的增加，鋼水鎳含量增加0.10%～0.15%，極易造成鋼水鎳含量超過控制上限。一般根據鋼水化驗成分預留100～200 kg的電解鎳進行鋼水罐內補加。表5為一次補吹命中爐次終點點吹前后鎳含量的變化情況。