一种减少管线钢中夹杂物的生产方法.pdf

本发明公开了一种减少管线钢中夹杂物的生产方法，包括转炉终点氧含量和炉渣氧化性的控制工艺：转炉开吹10min以内强化脱磷，顶底复吹吹氧，吹炼末期降低顶吹氧流量至55000Nm3/h并用底吹气体搅拌，动态吹炼控制模型吹炼，采用气动挡渣出钢；精炼过程中夹杂物去除工艺：控制合理的钢包顶渣渣系，搅拌强度降低到50W/t钢以下；精炼过程中夹杂物变性工艺：钙30-50ppm，铝0.025％-0.045％，[Ca]/[S]2-5，[Ca]/[Al]0.12-0.8；连铸过程中夹杂物的控制工艺：采用保护浇铸，采用钢包下渣检测装置，采用大容量中间包且中间包采用梯形档渣墙，采用FC结晶器浇注。

1、  一种减少X80管线钢中夹杂物的生产方法，包括转炉终点氧含量和炉渣氧化性的控制工艺、精炼过程中夹杂物的去除工艺、精炼过程中夹杂物的变性工艺、连铸过程中夹杂物的控制工艺，其特征在于：
所述的转炉终点氧含量和炉渣氧化性的控制工艺为：转炉吹炼开吹10min以内强化脱磷，采用顶底复吹技术吹氧，吹炼末期降低顶吹氧流量至55000Nm³/h，并利用底吹气体进行搅拌，采用动态吹炼控制模型吹炼，采用气动挡渣法出钢；所述的精炼过程中夹杂物的去除工艺为：控制合理的钢包顶渣渣系，使CaO在50％～60％，Al₂O₃在25％～35％，SiO₂在15％，FeO+MnO小于1.5％范围以内，把搅拌强度降低到50W/t钢以下；所述的精炼过程中夹杂物的变性工艺为：钙含量控制在30-50ppm，铝含量在0.025％-0.045％，[Ca]/[S]控制在2-5之间，[Ca]/[Al]在0.12-0.8之间；所述的连铸过程中夹杂物的控制工艺为：采用保护浇铸，采用钢包下渣检测装置控制下渣量，采用大容量中间包且中间包采用梯形档渣墙，采用FC结晶器浇注。

2、  根据权利要求1所述减少X80管线钢中夹杂物的生产方法，其特征在于，所述的保护浇铸为：在钢包与中间包之间采用氩气密封，中间包加入保温、融化性能良好的中间包覆盖剂且采用双层覆盖工艺，同时浇铸过程中向中间包充入氩气。

3、  根据权利要求1所述减少X80管线钢中夹杂物的组合控制工艺，其特征在于，所述钢包下渣检测装置为振动式钢包下渣检测装置，该检测装置可与塞棒或滑动水口的控制装置形成闭环控制，当检测到下渣信号自动关闭水口，防止钢包顶渣进入中间包或结晶器。

4、  根据权利要求2所述减少X80管线钢中夹杂物的组合控制工艺，其特征在于，所述中间包覆盖剂双层覆盖工艺为与钢液接触的一层为以Al₂O₃-CaO为主的碱性覆盖剂，在此碱性覆盖剂上再覆盖一层以SiO₂为主酸性覆盖剂。

一种减少管线钢中夹杂物的生产方法
技术领域
本发明涉及一种X80管线钢的冶炼工艺，特别涉及一种减少X80管线钢中夹杂物的生产方法。
背景技术
管线运输是长距离输送石油、天然气最经济、合理的运输方式。为了提高输送效益、降低能耗、减少投资，长输管线用钢材向高强度、高韧性和优良焊接性能的高钢级管线钢发展已成为趋势。为了更安全经济的运输石油天然气，世界各国纷纷采用更高等级的管线钢。目前，世界上已建成的X80管线钢达2500km。
由于X80管线钢的服役环境非常恶劣，钢中非金属氧化物夹杂含量偏高，会导致产生各种缺陷，同时对钢管的韧性、塑性、耐蚀性、焊接性、抗HIC等产生负面影响。
为了获得高强度、高韧性、良好的焊接性和良好的耐蚀性，X80管线钢的化学成分设计以低碳、高锰、铌钛微合金化为基础，再添加适量的铜、镍、钼等合金元素。较多合金元素的加入，使得X80管线钢在冶炼和连铸过程中对夹杂物的控制具有很大的困难。
在浇注X80管线钢的过程中，钢水中的铝、钛等合金元素，部分氧化并溶解在结晶器保护渣中，改变融化及流动性能等物理化学性能，导致结晶器保护渣被流动的钢水卷入熔钢而被凝固的钢水所捕集，形成成品中的夹杂物，进而造成钢中夹杂物的增加，降低了钢的耐蚀性和其它力学性能。
基于以上原因，X80管线钢对钢的纯净度有很高的要求，必须严格控制钢中的夹杂物。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种减少X80管线钢中夹杂物的生产方法，本方法能大幅度地减少钢中的夹杂物含量，钢包钢水的T.O(T.O的大小来衡量夹杂物的多与少。T.O的大表示夹杂物数量多，T.O的小表示夹杂物少)稳定地达到20ppm以下。
为解决上述技术问题，本发明一种减少X80管线钢中夹杂物的生产方法，包括转炉终点氧含量和炉渣氧化性的控制工艺、精炼过程中夹杂物的去除工艺、精炼过程中夹杂物的变性工艺、连铸过程中夹杂物的控制工艺，其中：
所述的转炉终点氧含量和炉渣氧化性的控制工艺为：转炉吹炼开吹10min以内强化脱磷，采用顶底复吹技术吹氧，吹炼末期降低顶吹氧流量至55000Nm³/h，并利用底吹气体进行搅拌，采用动态吹炼控制模型吹炼，采用气动挡渣法出钢；所述的精炼过程中夹杂物的去除工艺为：控制合理的钢包顶渣渣系，使CaO在50％～60％，Al₂O₃在25％～35％，SiO₂在15％，FeO+MnO小于1.5％范围以内，把搅拌强度降低到50W/t钢以下；所述的精炼过程中夹杂物的变性工艺为：钙含量控制在30-50ppm，铝含量在0.025％-0.045％，[Ca]/[S]控制在2-5之间，[Ca]/[Al]在0.12-0.8之间；所述的连铸过程中夹杂物的控制工艺为：采用保护浇铸，采用钢包下渣检测装置控制下渣量，采用大容量中间包且中间包采用梯形档渣墙，采用FC结晶器浇注。
本发明技术方案的原理为：
1.转炉冶炼过程中终点钢水的氧含量和炉渣的氧化性控制工艺，主要采用以下方法：
(1)强化转炉吹炼前期(开吹10min以内)脱磷，减轻了冶炼后期脱磷的负担，因而不需通过提高炉渣的氧化性来提高炉渣的脱磷能力，炉渣的氧化性的降低可减少夹杂的生成。
(2)采用顶底复吹有利于熔池中钢-渣反应接近平衡状态，同时吹炼末期降低顶吹氧流量至55000Nm³/h，并利用底吹气体进行搅拌，也有利于降低终渣的氧化性。
(3)采用动态吹炼控制模型可以减少甚至取消补吹，降低终点氧。
(4)在生产X80中采用气动挡渣法，来防止出钢过程的下渣。目前转炉下渣量可达到小于3g/t钢，(FeO％+MnO％)小于25％的水平。
2.精炼过程去夹杂物工艺
精炼过程不仅要实现对钢水和钢包顶渣的脱氧，更重要的要实现对脱氧产物的去除。选择合适的钢包顶渣可以吸收脱氧产物，使脱氧产物容易从钢液中排除，达到降低钢水中全氧含量的目的。合理的吹氩搅拌有助于加快钢水中的夹杂物的去除。在X80的生产中，控制合理的钢包顶渣渣系，使CaO在50％～60％，Al₂O₃在25％～35％，SiO₂在15％，FeO+MnO小于1.5％范围以内，调整精炼过程的吹氩量的，把搅拌强度降低到50W/t钢以下，既不卷渣，又有利于夹杂物聚集上浮，钢包钢水的T.O(T.O的大小来衡量夹杂物的多与少。T.O的大表示夹杂物数量多，T.O的小表示夹杂物少)稳定地达到20ppm以下。
3、精炼过程夹杂物的变性工艺
在管线钢中，MnS和Al₂O₃夹杂对管线钢的韧性、强度及抗HIC和抗SSCC的危害性最大，在管线钢的冶金过程中，采用钙处理对MnS和Al₂O₃夹杂物的形态进行控制已成为获取优质管线钢的关键技术。其作用是使钢中硫化物球化并生成高熔点CaS，以提高管线钢抗裂纹性能。而且钙处理可以脱氧、脱硫，改变氧化物的组成、形貌、能够减少钢中夹杂物特别是铝镇静钢中有害的簇状Al₂O₃夹杂的数量及其形态，并化合成低熔点的铝酸盐(xCaO-yAl₂O₃)其形状系数最小，有利于钢的各向异性。
精炼后，钢中的硫含量可稳定达到10ppm以下，总氧量小于20ppm，钙含量一般在30-50ppm，铝含量在0.025％-0.045％，[Ca]/[S]控制在2-5之间，[Ca]/[Al]在0.12-0.8之间，这表明硫化物和氧化物球化和无害化程度都较高，满足X80对夹杂物的要求。
4、连铸过程中夹杂物的控制工艺主要包括以下工艺：
(1)保护浇铸工艺
在钢包与中间包之间采用氩气密封，中间包加入保温、融化性能良好的中间包覆盖剂，保证钢包水口系统处于良好状态，同时浇铸过程中向中间包充入氩气等手段使钢水的二次氧化得到了很好的控制，目前钢水从钢包到中间包的增氮小于6ppm，从中间包到结晶的增氮小于1.5ppm。
(2)钢包下渣检测工艺
采用振动式钢包下渣检测装置，该检测装置可与塞棒或滑动水口的控制装置形成闭环控制，当检测到下渣信号自动关闭水口，防止钢包顶渣进入中间包或结晶器。
(3)中间包冶金工艺
连铸中间包是钢水注入结晶器的最后一个反应器，它对夹杂物控制起着至关重要的作用。为发挥中间包去除夹杂物的功能，采用了工作钢水重65t的大容量中间包，同时通过数模和水模的研究，安装梯形挡墙、坝来优化中间包的内腔型状后，，钢液的湍流减少了20％，钢水在中间包内的停留时间增大了15％，钢水流动形态得到改善。
(4)FC结晶器
FC结晶器的上部磁场使结晶器弯月面钢水的平均水平流速降低，而且流速的波动显著减少，降低结晶器保护渣的卷入；使弯月面的钢水温度可上升5-10℃，改善结晶器保护渣的熔化状态，提高对夹杂物的吸收。FC结晶器的下部磁场使钢水的冲击深度变小，有利于夹杂物的上浮。所以采用FC结晶器能控制结晶器内钢水的流场，形成有力夹杂物上浮和夹杂物吸收的有利条件，提高板坯的洁净度。
本发明通过强化转炉吹炼前期脱磷、顶底复吹、底吹气体进行搅拌、保护浇注、动态吹炼等技术手段降低渣的氧化性或氧含量从而减少夹杂物的生成；通过气动挡渣法、振动式钢包下渣检测装置等技术手段减少了渣的卷入；通过把搅拌强度降低到50W/t钢以下、采用大容量中间包并设置梯形挡渣墙、采用FC结晶器等技术手段促进渣的上浮；通过夹杂物的变性溶化夹杂物；通过合适的钢包顶渣、双层中包覆盖剂的覆盖工艺等技术手段吸附夹杂物。经过以上组合工艺，本发明可控制中间包钢水平均T.O为9.7ppm，平均N含量为31.4ppm。
具体实施方式
实施例1
在300吨转炉采用本发明方法试生产5炉X80管线钢。钢水的P、S、H、N控制均很好，T.O平均为15ppm，详见表2：
表1 5炉X80的P、S、H、N、O元素控制％