Способ производства кислотоустойчивой трубопроводной стали высокой чистоты
METHOD FOR PRODUCTION OF ACID-RESISTANT HIGH PURITY PIPELINE STEEL

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к области технологии металлургии, в частности, к способу плавки кислотоустойчивой трубопроводной стали высокой чистоты.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
2
Сера оказывает неблагоприятное воздействие на рабочие характеристики стали. Высокое содержание серы в стали будет ухудшать обрабатываемость стали в горячем состоянии, а именно, вызывая «горячеломкость» стали. С развитием науки и техники, общество имеет все более высокие требования к материалам стали. В частности, с учетом разработки HIC и HS коррозионностойкой стали, требуется, чтобы содержание серы в стали было в пределах 0,0015%. Сталкиваясь с жесткими требованиями в отношении содержания серы, традиционный способ плавки с десульфуризацией больше не может полностью удовлетворять потребностям крупномасштабного производства. В частности, некоторые типы стали требуют низкого содержания серы, и для обеспечения рабочих характеристик выпуска и пайки, содержание углерода необходимо контролировать, чтобы оно находилось в пределах низкого диапазона. Вследствие постоянного равновесия углерод-кислород в конвертере, глубокий углерод конвертера приведет к высокому содержанию кислорода в расплавленной стали, что будет оказывать серьезное воздействие на футеровку конвертера, последующую глубокую десульфуризацию и чистоту расплавленной стали. Таким образом, разработка способа плавки кислотоустойчивой трубопроводной стали стала ограничивающим фактором для разработки стали с повышенной добавленной стоимостью и точек роста прибыли.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для решения указанных выше технических проблем, в настоящем изобретении представлен способ плавки кислотоустойчивой трубопроводной стали высокой чистоты, включающий:
процесс плавки в конвертере
предварительное нагревание железа: расплавленное железо, попадающее в печь, предварительно нагревают для десульфуризации и удаления шлака, при этом требуется S≤0.002%;
блокировка шлака: контролируют количество шлака, чтобы оно было ≤ 2 кг/т в ходе выпуска;
контроль температуры и содержания углерода: температура в конце дутья составляет выше 1680°C, а содержание C в конце составляет ≥ 0.040%;
выпуск и шлакование: известь и предварительно расплавленный рафинировочный шлак добавляют в ходе выпуска для верхнего шлака ковша, предварительно расплавленный рафинировочный шлак добавляют со скоростью 3 кг/тонну стали, а известь добавляют со скоростью 5 кг/тонну стали;
удержание кислорода в ходе выпуска: в ходе выпуска добавляют только сплав металлического марганца, а алюминий используют для слабой дезоксидации в процессе, алюминиевый блок добавляют в соответствии с содержанием кислорода в конце дутья в конвертере, а именно, значением TSO в измерительной фурме, а после добавления алюминиевого блока, содержание кислорода в расплавленной стали контролируют, чтобы оно было от 450 частей на миллион до 550 частей на миллион;
контроль дутья аргона в днище ковша: поток нижнего газа дутья в ходе выпуска составляет 800 нл/мин, а время выпуска контролируют, чтобы оно было от 5 мин до 8 мин;
процесс плавки в рафинировочной ковшовой печи
обработка обезуглероживанием в циркуляционном вакууме: после достижения расплавленной сталью станции обработки в циркуляционной печи, измеряют температуру и берут образцы для определения кислорода, выполняют вакуумное обезуглероживание, когда температура составляет выше 1580°C, добавляют частицы алюминия со скоростью 1,5 кг/тонну расплавленной стали после завершения реакции между углеродом и кислородом для глубокой дезоксидации, поддерживают вакуум в течение 3 минут и добавляют феррокремний и сплав металлического марганца для сплавления в соответствии с требованиями к компоненту стали;
обработка дегазацией в циркуляционном вакууме: выполняют обработку дегазацией в вакууме после циркуляционного сплавления при степени вакуумирования ≤85 Па, поддерживают в течение более чем 20 мин в ходе всего процесса циркуляции, контролируют поток дутья аргона к днищу ковша на уровне от 5 нл/мин до 10 нл/мин, и поднимают расплавленную сталь в ковшовую печь для продолжения рафинировочной обработки после завершения работы в вакууме;
предварительное управление ковшовой печью: после достижения расплавленной сталью станции обработки, регулируют скорость потока дутья к днищу ковша на уровне от 300 нл/мин до 400 нл/мин, добавляют известь со скоростью 2 кг/тонну стали и алюминиевую проволоку со скоростью 0,2 кг/тонну стали после шлакования в течение от 2 мин до 3 мин, отбирают образцы и анализируют, опускают электрод и нагревают;
промежуточный контроль процесса в ковшовой печи: в соответствии с компонентами первого образца стали и состоянием шлака, а также вязкостью ковшовой печи, добавляют известь и алюминиевую проволоку для шлакования и десульфуризации, причем количество добавляемой извести составляет менее 3 кг/тонну стали, а количество добавляемой алюминиевой проволоки составляет 0,2 кг/тонну стали; поток аргона в ходе десульфуризации контролируют так, чтобы он был от 200 нл/мин до 300 нл/мин, подают алюминиевую проволоку для регулирования содержания алюминия в расплавленной стали, подают алюминиевую проволоку для контроля потока аргона, чтобы он был от 30 нл/мин до 50 нл/мин, выполняют сплавление в соответствии с целевыми компонентами стали, нагревают в течение от 6 мин до 8 мин, отбирают образцы и анализируют, опускают электрод и продолжают нагревать для десульфуризации;
поздний контроль процесса в ковшовой печи: в соответствии с компонентами второго образца стали и вязкостью шлака в ковшовой печи, добавляют известь и алюминиевую проволоку для шлакования и десульфуризации, причем количество добавляемой извести составляет менее 1 кг/тонну стали, а количество добавляемой алюминиевой проволоки составляет 0,3 кг/тонну стали; когда цвет шлака становится белым, а именно, FeO+MnO≤1,0%, расплавленную сталь нагревают до температуры 1600-1610°C, поднимают электрод, накрывают кожух рафинировочной печи, регулируют дутье аргона к днищу ковша до 800 нл/мин, выполняют перемешивание аргона для глубокой десульфуризации в течение от 4 мин до 5 мин, отбирают образцы и анализируют, а также выполняют промежуточный контроль процесса в ковшовой печи в соответствии с результатом анализа; и
кальциевая обработка, а именно, плавное перемешивание: после приведения компонентов и температуры расплавленной стали в соответствие условиям, подают расплавленную сталь с проволокой и чистого кальция со скоростью 1,6 м/тонну стали; после завершения кальциевой обработки, выполняют плавное перемешивание в течение более чем 8 мин и контролируют скорость нижнего потока дутья при плавном перемешивании на уровне от 20 нл/мин до 30 нл/мин.
Технические результаты: Настоящее изобретение относится к способу плавки кислотоустойчивой трубопроводной стали с контролем содержания углерода в конвертере, содержания кислорода, содержания углерода при циркуляционном вакуумировании и содержания серы в рафинировочной ковшовой печи. Благодаря предварительной обработке с десульфуризацией и вдуванием порошка расплавленного железа, оптимизации системы дезоксидации выпуска конвертера, сплавлению с циркуляционным глубоким обезуглероживанием, дегазации, системе дезоксидации рафинировочной ковшовой печи и оптимизации системы шлакования, выполняют полную глубокую десульфуризацию, что снижает время нагревания и обеспечивает повышение электродного угля.
Техническое решение в настоящем изобретении дополнительно ограничивается следующим образом:
2
3
2
2
3
2
Указанный выше способ плавки кислотоустойчивой трубопроводной стали высокой чистоты, в котором предварительно расплавленный рафинировочный шлак в ходе выпуска и шлакования содержит: CaO: 45,0%-55,0%, AlО: 27,0%-35,0%, SiO: ≤6,0%, MgO: ≤8,0%, FeO: ≤1,5% и HO: ≤0,5%.
Указанный выше способ плавки кислотоустойчивой трубопроводной стали высокой чистоты, в котором в процессе удержания кислорода в ходе выпуска сплав металлического марганца является следующим: 0,04%≤Mn≤0,60%.
Указанный выше способ плавки кислотоустойчивой трубопроводной стали высокой чистоты, в котором в процессе удержания кислорода в ходе выпуска, когда TSO содержание кислорода составляет менее чем 550 частей на миллион, алюминиевый блок не добавляют; на момент, когда 550 частей на миллион≤TSO содержание кислорода<650 частей на миллион, добавляют алюминиевый блок 30 кг; на момент, когда 650 частей на миллион≤TSO содержание кислорода <750 частей на миллион, добавляют алюминиевый блок 60 кг; на момент, когда 750 частей на миллион≤TSO содержание кислорода <850 частей на миллион, добавляют алюминиевый блок 90 кг; и на момент, когда TSO содержание кислорода>850 частей на миллион, добавляют алюминиевый блок 120 кг.
Указанный выше способ плавки кислотоустойчивой трубопроводной стали высокой чистоты, в котором в процессе удержания кислорода в ходе выпуска время добавления алюминиевого блока является следующим: начало выпуска → добавление шлакообразующего материала в течение 30 секунд → добавление алюминиевого блока после выпуска до 1/3 → сплав марганца → конец выпуска.
Указанный выше способ плавки кислотоустойчивой трубопроводной стали высокой чистоты, в котором в ходе обработки обезуглероживанием в циркуляционном вакууме, когда температура составляет ≤1580°C, ковшовая печь должна быть нагрета до 1620°C или выше перед возвратом к циркуляционной обработке.
Указанный выше способ плавки кислотоустойчивой трубопроводной стали высокой чистоты, в котором в ходе обработки обезуглероживанием в циркуляционном вакууме, по мере того, как степень циркуляционного вакуумирования начинает снижаться с нормального атмосферного давления, начинается обезуглероживание расплавленной стали, а когда вакуум снизился до порядка 500 Па, реакция углерод-кислород завершается, при этом время составляет от 6 мин до 9 мин.
Указанный выше способ плавки кислотоустойчивой трубопроводной стали высокой чистоты, в котором в процессе удержания кислорода в ходе выпуска количество феррокремния и металлического марганца добавляют в соответствии с нижним пределом компонентов стали.
Указанный выше способ плавки кислотоустойчивой трубопроводной стали высокой чистоты, в котором в ходе промежуточного контроля процесса в ковшовой печи время обработки первого образца стали составляет 10 минут; а в ходе позднего контроля процесса в ковшовой печи время обработки второго образца стали составляет 25 минут.
Указанный выше способ плавки кислотоустойчивой трубопроводной стали высокой чистоты, в котором в ходе промежуточного контроля процесса в ковшовой печи скорость подачи алюминиевой проволоки контролируют для поддержания содержания алюминия от 0,035% до 0,045% в ходе плавки.
Полезными эффектами настоящего изобретения являются следующие:
(1) Конвертерный выпуск, в соответствии с настоящим изобретением, имеет стабильное удержание кислорода, а углерод в циркуляции снижен до менее чем 0,020% за счет реакции углерод-кислород;
(2) Настоящее изобретение обладает очевидным эффектом шлакования и десульфуризации в ковшовой печи при хорошем качестве литейных заготовок и хорошем контроле включений стального листа, а также может гарантировать производство кислотоустойчивой трубопроводной стали с повышенной добавленной стоимостью;
(3) Настоящее изобретение успешно решает несоответствие высококислородного выпуска, вызываемое глубоким обезуглероживанием в конвертере в ходе получения кислотоустойчивой трубопроводной стали (0,025%≤C≤0,050%, S≤0,0015%). В нем используется предварительная обработка расплавленного железа, а также десульфуризация с вдуванием порошка и удаление шлака. Высокоуглеродистый выпуск достигается в ходе обработки в конвертере. Для удержания кислорода выполняют слабую дезоксидацию. Выполняют циркуляционное глубокое обезуглероживание и дегазацию. Выполняют быстрое образование белого шлака в ковше и десульфуризацию. В комбинации с рациональным контролем нижним дутьем аргона в ходе процесса плавки в ковшовой печи и работой погруженной дуги, полностью используется металлургическая термодинамика и кинетические условия десульфуризации, а также предотвращается повышение углерода в электроде;
(4) Содержание углерода и серы в расплавленной стали в производственном процессе, согласно настоящему изобретению, является устойчивым, что снижает коррозию от высокой оксидации конвертера в ходе глубокой дезоксидации футеровки печи, а также уменьшает включения в расплавленной стали.  Литейные заготовки имеют хорошее качество. Количество включений в диапазоне 1,5 контролируют на уровне 99%, что полностью удовлетворяет производственным требованиям в отношении первоклассной кислотоустойчивой трубопроводной стали и гарантирует эффективность производства плавкой, а также количество непрерывных литейных разливочных печей.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 представляет собой схему способа, в соответствии с настоящим изобретением.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
В настоящем варианте реализации представлен способ плавки кислотоустойчивой трубопроводной стали высокой чистоты, включающий:
процесс плавки в конвертере
предварительное нагревание железа: расплавленное железо, попадающее в печь, предварительно нагревают для десульфуризации и удаления шлака, при этом требуется S≤0.002%;
блокировка шлака: контролируют количество шлака, чтобы оно было ≤ 2 кг/т в ходе выпуска;
контроль температуры и содержания углерода: температура в конце дутья составляет выше 1680°C, а содержание C в конце составляет ≥ 0.040%;
выпуск и шлакование: известь и предварительно расплавленный рафинировочный шлак добавляют в ходе выпуска для верхнего шлака ковша, предварительно расплавленный рафинировочный шлак добавляют со скоростью 3 кг/тонну стали, а известь добавляют со скоростью 5 кг/тонну стали;
удержание кислорода в ходе выпуска: в ходе выпуска добавляют только сплав металлического марганца, а алюминий используют для слабой дезоксидации в процессе, алюминиевый блок добавляют в соответствии с содержанием кислорода в конце дутья в конвертере, а именно, значением TSO в измерительной фурме, а после добавления алюминиевого блока, содержание кислорода в расплавленной стали контролируют, чтобы оно было от 450 частей на миллион до 550 частей на миллион;
контроль дутья аргона в днище ковша: поток нижнего дутья в ходе выпуска составляет 800 нл/мин, а время выпуска контролируют, чтобы оно было от 5 мин до 8 мин;
процесс плавки в рафинировочной ковшовой печи
обработка обезуглероживанием в циркуляционном вакууме: после достижения расплавленной сталью станции обработки в циркуляционной печи, измеряют температуру и берут образцы для определения кислорода, выполняют вакуумное обезуглероживание, когда температура составляет выше 1580°C, добавляют частицы алюминия со скоростью 1,5 кг/тонну расплавленной стали после завершения реакции между углеродом и кислородом для глубокой дезоксидации, поддерживают вакуум в течение 3 минут и добавляют феррокремний и сплав металлического марганца для сплавления в соответствии с требованиями к компоненту стали;
обработка дегазацией в циркуляционном вакууме: выполняют обработку дегазацией в вакууме после циркуляционного сплавления при степени вакуумирования ≤85 Па, поддерживают в течение более чем 20 мин в ходе всего процесса циркуляции, контролируют поток дутья аргона к днищу ковша на уровне от 5 нл/мин до 10 нл/мин, и поднимают расплавленную сталь в ковшовую печь для продолжения рафинировочной обработки после завершения работы в вакууме;
предварительное управление ковшовой печью: после достижения расплавленной сталью станции обработки, регулируют скорость потока дутья к днищу ковша на уровне от 300 нл/мин до 400 нл/мин, добавляют известь со скоростью 2 кг/тонну стали и алюминиевую проволоку со скоростью 0,2 кг/тонну стали после шлакования в течение от 2 мин до 3 мин, отбирают образцы и анализируют, опускают электрод и нагревают;
промежуточный контроль процесса в ковшовой печи: в соответствии с компонентами первого образца стали и состоянием шлака, а также вязкостью ковшовой печи, добавляют известь и алюминиевую проволоку для шлакования и десульфуризации, причем количество добавляемой извести составляет менее 3 кг/тонну стали, а количество добавляемой алюминиевой проволоки составляет 0,2 кг/тонну стали; поток аргона в ходе десульфуризации контролируют так, чтобы он был от 200 нл/мин до 300 нл/мин, подают алюминиевую проволоку для регулирования содержания алюминия в расплавленной стали, подают алюминиевую проволоку для контроля потока аргона, чтобы он был от 30 нл/мин до 50 нл/мин, выполняют сплавление в соответствии с целевыми компонентами стали, нагревают в течение от 6 мин до 8 мин, отбирают образцы и анализируют, опускают электрод и продолжают нагревать для десульфуризации;
поздний контроль процесса в ковшовой печи: в соответствии с компонентами второго образца стали и вязкостью шлака в ковшовой печи, добавляют известь и алюминиевую проволоку для шлакования и десульфуризации, причем количество добавляемой извести составляет менее 1 кг/тонну стали, а количество добавляемой алюминиевой проволоки составляет 0,3 кг/тонну стали; когда цвет шлака становится белым, а именно, FeO+MnO≤1,0%, расплавленную сталь нагревают до температуры 1600-1610°C, поднимают электрод, накрывают кожух рафинировочной печи, регулируют дутье аргона к днищу ковша до 800 нл/мин, выполняют перемешивание аргона для глубокой десульфуризации в течение от 4 мин до 5 мин, отбирают образцы и анализируют, а также выполняют промежуточный контроль процесса в ковшовой печи в соответствии с результатом анализа; и
кальциевая обработка, а именно, плавное перемешивание: после приведения компонентов и температуры расплавленной стали в соответствие условиям, подают расплавленную сталь с проволокой и чистого кальция со скоростью 1,6 м/тонну стали; после завершения кальциевой обработки, выполняют плавное перемешивание в течение более чем 8 мин и контролируют скорость нижнего потока дутья при плавном перемешивании на уровне от 20 нл/мин до 30 нл/мин.
Взяв кислотоустойчивую трубопроводную сталь X70MS в качестве примера, ее плавили в 150-тонном конвертере и 150-тонной ковшовой печи. Химические компоненты трубопроводной стали X70MS представлены в Таблице 1. Весь процесс плавки контролируют следующим образом:
Таблица 1. Основные химические компоненты X70MS (%)
Компонент
С
Mn
Si
P
S
Alt
Внутренний контроль
0,020-0,032
1,60-1,70
0,20-0,30
≤0,010
≤0,0010
0,02-0,050
целевые значения
0,027
1,25
0,25
≤0,008
≤0,0008
0,040
Таблица 2. Компоненты в конце конвертера (%)
Номер печи
Температура
O
С
P
Сера
01
1671°C
0,0637%
0,043%
0,0069%
0,0076%
02
1 688°C
0,0519%
0,056%
0,0077%
0,0090%
Таблица 3. Компоненты после печи
Номер печи
Рафинировочный шлак
Известь
Алюминиевый блок
С
P
Сера
01
0,045%
0,0081%
0,0071%
02
0,060%
0,0083%
0,0084%
Таблица 4. Температура при поступлении в ходе циркуляции и состояние сплавления
Номер печи
Температура (°C)
Содержание кислорода (%)
Mn, кг
Алюминиевая пеллета, кг
Феррокремний, кг
Степень вакуумирования, Па
01
1593
0,0517
1414
235
214
76
2
1606
0,0498
1396
227
207
73
Таблица 5. Компоненты в конце циркуляции (%)
Номер печи
С
Mn
P
S
Si
Alt
01
0,0066
0,91
0,0086
0,00066
0,15
0,034
02
0,0059
0,86
0,0085
0,00081
0,13
0,031
Таблица 6. Основные компоненты расплавленной стали в конце рафинировочной печи (%)
Номер печи
С
Mn
P
S
Si
Alt
Ca
01
0,026
1,64
0,0088
0,00048
0,24
0,039
0,0029
02
0,028
1,66
0,0091
0,00041
0,23
0,044
0,0026
Таблица 7. Окончательные компоненты шлака в рафинировочной печи (%)
Номер печи
TFe
SiO<sub>2</sub>
CaO
MgO
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
S
MnO
К
Цвет шлака
01
0,37
9,34
58,68
5,48
28,62
0,46
0,08
6,28
Белый
02
0,45
9,13
58,86
5,53
28,93
0,47
0,14
6,45
Белый
GBT 10516-2005 Steel-Determination of Content of Nonmetallic Inclusions
В отношении прокатки стальных листов 21,5 мм делается ссылка на , а включения в диапазоне 1,5 добавляют до 100%. Конкретные оценки являются следующими:
Номер образца
Тип-A сульфидная серия, тонкая
Тип-A сульфидная серия, грубая
Тип-В алюминиевая серия, тонкая
Тип-В алюминиевая серия, грубая
Тип-С силикатная серия, тонкая
Тип-С силикатная серия, грубая
Тип-D серия со сферическим оксидом, тонкая
Тип-D серия со сферическим оксидом, грубая
Тип-DS сферический класс с одной частицей
1
0,5
0
0
0
0
0
0,5
0,5
0
2
0
0
0,5
0
0
0
0
0,5
0
3
0
0
0,5
0
0
0
0,5
0,5
0
4
0
0
0
0
0
0
0,5
0,5
0
5
0
0
0,5
1
0
0
0,5
0,5
0
6
0
0
0
0
0
0
0,5
0,5
0
7
0
0
0
0
0
0
0
0,5
0
8
0
0
0
0,5
0
0
0
0,5
0
9
0
0
0
0
0
0
0,5
0,5
0
Резюмируя, способ, согласно настоящему изобретению, включает следующие этапы, на которых: инвертируют расплавленное железо, предварительно нагревают расплавленное железо, удерживают кислород в конвертере в состоянии высокого содержания углерода и низкого содержания кислорода, выполняют обезуглероживание в печи с циркуляционным вакуумом, сплавление в циркуляционной печи и вакуумную дегазацию, предотвращение повышения содержания углерода и процесс быстрой десульфуризации в рафинировочной ковшовой печи и CCM процесса. Благодаря десульфуризации и шлакованию расплавленного железа, оптимизации системы удержания кислорода и системы шлакования в ходе выпуска в конвертере, процесса обезуглероживания и сплавления в печи с циркуляционным вакуумированием, шлакованию диффузной дезоксидацией в ковшовой печи и дезоксидации осадка, а также рациональному контролю дутья аргона к днищу ковша в ходе процесса плавки, обеспечивается полное использование контроля содержания углерода, а также металлургической термодинамики и кинетических условий для десульфуризации. Благодаря процессу быстрой сульфуризации с защитой от науглероживания, эффект десульфуризации шлакования в ковшовой печи является очевидным, достигается технология с 0,020%≤C≤0,050% и S≤0,0015% в расплавленной стали, расплавленная сталь имеет высокую степень чистоты, а литейные заготовки имеют хорошее качество. Содержание включений в стальном листе в диапазоне 1,5 контролируют, чтобы оно было выше 99%.
Помимо описанных выше вариантов реализации настоящее изобретение может включать в себя другие варианты реализации. Любое техническое решение, образованное путем эквивалентной замены или эквивалентного преобразования, подпадает под объем защиты настоящего изобретения.