高壓鍋爐管P22電爐開發生產實踐

吳明洋

高壓鍋爐管是鍋爐管的一種，屬于無縫鋼管類別，制造方法與無縫管相同，但對制造鋼管所用的鋼種有嚴格的要求［1］。高壓鍋爐管主要用來制造高壓和超高壓鍋爐的過熱器管、再熱器管、導氣管、主蒸汽管等。高壓鍋爐管使用時經常處于高溫和高壓狀態，管子在高溫煙氣和水蒸氣的作用下，會發生氧化和腐蝕，要求鋼管具有高的持久強度，高的抗氧化腐蝕性能，并有良好的組織穩定性。P22是高壓鍋爐管的一種材質，山鋼股份萊蕪分公司特鋼事業部結合自身設備實際進行了高壓鍋爐管P22的生產工藝開發，成功與否將決定100 t電爐產品能否進入鍋爐管行業。

1 設備概況

600 mm，電極心圓1 250 mm，平均出鋼量115 t，余鋼量～22 t，爐壁氧槍流量10 800 Nm3/h。

2）LF主要技術參數：鋼包容量120 t，鋼包直徑3 750 mm，自由空間800～1 000 mm，變壓器額定功率25 MVA，電極直徑450 mm，電極心圓750 mm，升溫速度3～4℃/min。

3）五機五流全弧形連鑄機主要技術參數：中間包容量40 t；鑄坯斷面Φ500/Φ650/Φ800 mm；弧形半徑（MVA）16.5 m，流間距2 250 mm；結晶器為管式，采用液壓振動方式，銅管長度780 mm，振幅2 mm；水縫寬度3～4 mm；二冷方式為氣-霧冷卻；配備結晶器電磁攪拌/末端電磁攪拌；矯直方式為9架拉矯機多點矯直；鑄坯定尺長度4.0～9.0 m。

高壓鍋爐管P22生產工藝流程為：100 t UHP交流電弧爐-120 t LF精煉-120 t VD爐-R16.5 m合金鋼連鑄機-入坑緩冷/熱送-軋制-檢驗-判定-計量-入庫。

1）電弧爐主要技術參數：公稱容量100 t，爐殼直徑6 800 mm，變壓器額定功率90 MVA，電極直徑

2 技術要求及控制難點

2.1 化學成分

高壓鍋爐管P22對化學成分要求嚴格［2］，該鋼屬于低合金鋼種，其化學成分見表1；同時，鋼種對鋼中殘余元素進行了嚴格要求，鋼中殘余元素含量要求見表2。

表1 P22鋼的化學成分 %

表2 P22鋼微量元素（質量分數）%

2.2 氣體含量及低倍組織

從鋼材上取樣分析，要求氮含量≤90×10-6，氧含量≤25×10-6，氫含量≤2×10-6。在鋼材橫截面酸浸低倍組織試片上不得有肉眼可見的白點、縮孔、分層、裂紋、氣泡、夾雜、翻皮和皮下氣泡。酸浸低倍組織和高倍（非金屬夾雜物級別、奧氏體晶粒度）檢驗合格級別符合表3規定。奧氏體晶粒度按照GB/T 6394標準要求進行測定，晶粒度級別應≥8級，實測晶粒度8級。

表3 P22鋼的低倍組織及非金屬夾雜物 級

3 生產工藝及控制要點

3.1 電弧爐冶煉

電弧爐冶煉采取爐料結構配比優化，強化供氧，強化泡沫渣技術，終點C、P、溫度同時命中等多項現代電弧爐冶煉技術，在鐵水比例穩定在60%的情況下，合理用氧，控制廢鋼熔清一次取樣碳含量≥0.60%；同時確保熔池攪拌，促進C-O反應，控制好泡面渣厚度，提高傳熱效率，減少輻射熱損失，避免鋼液裸露，減少氣體吸入。出鋼過程加強預脫氧操作，降低鋼水初始氧含量。

具體控制要點：廢鋼+60%鐵水，熔清樣分析溫度≥1 540℃，熔清碳、熔清磷≤0.025%；終點碳≤0.04%，終點磷≤0.006%。為確保殘余元素符合要求，廢鋼配料過程中減少社會廢鋼破碎料配加量，終點加強殘余Sn元素的控制，同時確保其他殘余元素符合標準要求；出鋼溫度1 620～1 640℃；出鋼過程加入1.0～2.0 kg/t復合脫氧劑塊及相應數量低碳、低磷合金，將主要成分調整至標準下限。注意合金增碳的控制。渣量按15 kg/t加入。

3.2 精煉（LF+VD）工藝

鋼包達到精煉爐后，采用碳粉和碳化硅配合進行擴撒脫氧，同時采用大流量吹氬，促進鋼渣反應［2-3］；中期向鋼包內喂入1.0～1.5 kg/t鋁線進行沉淀脫氧，控制渣中（FeO+MnO）≤1.0%，控制爐渣堿度＞3.5［4］。精煉爐渣成分如表4所示。

表4 精煉爐渣主要組成 %

強化脫氧白渣保持時間≥20 min后取樣分析調整成分至內控標準，精煉在進行成分微調過程中，注意滿足J系數及CEF系數的要求。出鋼前喂入鋁線調整［Al］s含量≤0.020%，之后按1.0～1.5 kg/t喂入純鈣線進行夾雜物變性處理。

根據生產節奏及VD溫降情況控制好精煉出鋼溫度，確保鋼液符合連鑄溫度要求。精煉出鋼后扒渣1/3～1/2入VD真空處理，鋼水的真空處理參數為：氬氣流量70×2 L/min，真空度≤67 Pa，真空保持時間≥15 min，破空后軟吹時間≥15 min。

3.3 連鑄工藝

連鑄實行“三恒”操作，即恒拉速、恒液面、恒溫度；全過程保護澆注［5］，結晶器電磁攪拌+末端電磁攪拌組合，采用低過熱度、弱冷二冷水強度，確保進拉矯機溫度≥900℃，鑄坯入坑緩冷。

具體控制參數：中間包過熱度控制在（25±5）℃；中間包采用中包專用覆蓋劑，結晶器采用專用保護渣，液渣層厚度在35～40 mm；結晶器液面自動控制波動范圍±2 mm；結晶器電磁攪拌為290 A、1.2 Hz，末端電磁攪拌為150 A、6.0 Hz；各規格斷面拉速及比水量見表5；鑄坯入緩冷坑緩冷，緩冷時間≥72 h，出坑時鑄坯表面溫度≤200℃。

表5 各規格斷面拉速及比水量

3.4 軋制與精整

鑄坯加熱參數：預熱段溫度600～850℃，保溫時間≥2.5 h；加熱段溫度1 180～1 250℃，均熱段溫度1 200～1 240℃，允許溫差≤30℃。采用Φ500、Φ650 mm規格連鑄圓坯，可軋制Φ120～Φ280 mm規格圓鋼。

軋前檢查軋輥、導衛、輥道等，避免鋼材表面出現劃傷、麻面等缺陷；加強對軋制節奏的控制，保證終軋溫度在950～1 000℃；軋制過程嚴格控制鋼材的外形尺寸及彎曲度。熱軋圓鋼的尺寸、外形、重量及允許偏差符合GB/T 702—2008標準中Ⅰ組精度規定。圓鋼鋸切后應及時入坑緩冷，入緩冷坑溫度＞560℃，緩冷時間＞48 h，且出緩冷坑溫度≤200℃。緩冷后出坑精整修磨，鋼材表面不允許有裂紋、折疊、耳子、結巴等缺陷；鋼材端部整齊，無毛刺飛邊等缺陷。

4 產品實物質量檢驗分析

高壓鍋爐管用鋼P22化學成分（見表1）控制理想，C、P、S均控制較好，保證了高壓鍋爐管良好的力學性能［4，6］。鋼的化學成分及微量元素含量滿足用戶協議要求。通過對P22軋材取樣分析，氧、氮、氫含量分別為（12～15）×10-6、（72～83）×10-6、（0.5～1.0）×10-6，氣體含量控制比較理想。

隨機抽取鑄坯，車削酸洗后高壓鍋爐管用鋼P22連鑄坯低倍組織檢驗良好，未發現縮孔、中心疏松、夾渣、皮下氣泡、裂紋等缺陷。連鑄圓坯心部質量良好，整體組織致密，P22鋼Φ500 mm連鑄坯低倍組織形貌如圖1所示。高壓鍋爐管用鋼P22 Φ 150 mm軋材的金相組織如圖2所示。

圖1 P22鋼Φ500 mm連鑄坯低倍形貌

圖2 P22鋼Φ150 mm軋材金相組織

檢驗Φ130 mm、Φ150 mm、Φ180 mm規格軋材的低倍組織及夾雜物（見表3），可知圓鋼低倍組織檢驗均符合標準要求；A類、B類、D類細系夾雜物均為0～1.0級，A類、C類、D類粗系夾雜物均為0級，B類粗系夾雜物為0.5級，A類、B類、C類、D類夾雜物合計為0.5～2.5級。鋼的晶粒度均為8級。

5 結 語

經實際檢驗，山鋼股份萊蕪分公司特鋼事業部采用Φ500 mm連鑄圓坯試制的高壓鍋爐管P22，各項性能指標完全滿足協議要求，鋼的成分均勻，各類夾雜物級別低，A類、B類、C類、D類夾雜物均為0～1.0，合計為0.5～2.5級。低倍組織及表面質量控制良好，工藝及各項參數合理。目前高壓鍋爐管P22已進行批量生產，累計生產銷售6 000余t。合格產品連鑄圓坯及鋼材已通過東鍋、哈鍋等認可，制得的鋼管滿足用戶標準和裝機使用要求。

參考文獻：

［1］ 章燕謀.鍋爐與壓力容器用鋼［M］.西安：西安交通大學出版社，1996：269-274．

［2］ 趙秉軍，王繼堯，楊樹桂，等.鋼中殘余有害元素的影響與控制［J］.特殊鋼，1994，15（3）：17-20.

［3］ 陽燕，劉建華，包燕平，等.高壓鍋爐管用鋼P12的潔凈度分析［J］.鋼鐵釩鈦，2010，31（4）：62-65.

［4］ 官常忠.電站鍋爐管用鋼T91脫磷、去硫研究［J］.特鋼技術，2002（2）：35-39.

［5］ 董履仁，王志強.澆注過程中鋼液的吸氧量［J］.北京科技大學學報，1987，9（4）：8-15．

［6］ 寄海明.電站鍋爐管用鋼15CrMoG的生產實踐［J］.特殊鋼，2012，33（5）：32-34.