精煉高級(jí)別管線鋼超低硫控制的工藝條件

精煉高級(jí)別管線鋼超低硫控制的工藝條件

姆斯將i級(jí)硝酸鹽分為三種類型：i級(jí)硝酸鹽，球形，無(wú)規(guī)則分布，通常與氧化物結(jié)合。這類夾雜物存在于只用硅脫氧或者是鋁不完全脫氧的鋼中,對(duì)鋼的力學(xué)性能沒(méi)有多大影響;Ⅱ類硫化物,細(xì)小球狀,呈小鏈狀分布在鋼的晶界上,稱為晶界硫化物。這種夾雜存在于用鋁完全脫氧而無(wú)殘鋁的鋼中,對(duì)鋼的力學(xué)性能產(chǎn)生有害的影響;Ⅲ類硫化物,形狀不規(guī)則、帶角的大型夾雜物,在鋼中分布也不規(guī)則,存在于有殘鋁的脫氧鋼中,其對(duì)鋼的有害影響比Ⅱ類硫化物要小些,但仍比I類硫化物大。管線鋼中硫?qū)︿摪宓臋M向沖擊韌性影響顯著,而且硫化物是裂紋源,易導(dǎo)致氫致裂紋(HIC),高級(jí)別管線鋼不僅要求硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于50×10-6、20×10-6甚至10×10-6,而且在精煉過(guò)程對(duì)夾雜物進(jìn)行變性,使線性硫化錳夾雜為球形CaS或CaO-Al2O3-CaS復(fù)合夾雜,提高管線鋼的抗HIC性能。1熔渣與金屬間硫的關(guān)系硫容量(CS)是溫度和渣成分的函數(shù),反映液態(tài)爐渣潛在的脫硫能力,可用來(lái)比較不同爐渣的脫硫能力的大小。Fineham和Riehardson通過(guò)氣渣間硫的反應(yīng)平衡用式(1)定義了硫容量(CS)的概念:CS=Κ1aΟ2-fS2-=w((S))√pΟ2pS2(1)CS=K1aO2?fS2?=w((S))pO2pS2???√(1)式中,K1是氣渣反應(yīng)平衡常數(shù);pO2和pS2是O2(g)和S2(g)的分壓;fS2-是渣相中硫的活度系數(shù);w((S))是渣中硫含量。后來(lái)為了運(yùn)用和計(jì)算方便,又根據(jù)渣與鋼液的平衡定義出另一種硫容量,即:CS′=w((S))aΟaS(2)aS和aO是鋼渣平衡時(shí)鋼液中S和O的活度,CS′與CS的關(guān)系如式(3)所示:lgCS′=lgCS-935Τ+1.375(3)RWYoung等對(duì)渣與金屬間硫分配平衡時(shí)的大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)處理,得出硫容量與熔渣光學(xué)堿度的關(guān)系式為:當(dāng)Λ<0.8時(shí)lgCS=-13.913+42.84Λ-23.82Λ2-11710Τ-0.02223w(SiΟ2)-0.02275w(Al2Ο3)(4)式中,Λ為熔渣的光學(xué)堿度。利用式(4)和式(2)就可以計(jì)算渣系的硫容量CS′。利用硫容量的計(jì)算公式,計(jì)算了1873K時(shí)CaO-SiO2-Al2O3-MgO(10%)渣系的等硫容量如圖1和等曼內(nèi)斯曼指數(shù)如圖2所示。管線鋼精煉過(guò)程精煉渣應(yīng)該控制在硫容量與曼內(nèi)斯曼指數(shù)高的區(qū)域,有利于進(jìn)行硫的去除與控制。從圖中可以看出當(dāng)精煉渣的Al2O3相同時(shí),堿度越大(此時(shí)曼內(nèi)斯曼指數(shù)也越大),精煉渣的硫容量越大。堿度相同時(shí),隨著渣中Al2O3減少(此時(shí)曼內(nèi)斯曼指數(shù)也相應(yīng)增大),精煉渣的硫容量增大。在曼內(nèi)斯曼指數(shù)相等時(shí),硫容量隨著CaO增大而增大。根據(jù)高級(jí)別管線鋼的成分計(jì)算出fO=0.41,fS=0.92,利用式(2)可以得出硫容量、渣中硫及鋼中溶解氧與鋼中硫的關(guān)系,如圖3、4所示。圖3中可以看出當(dāng)鋼中溶解氧一定時(shí)精煉渣硫容量越高,鋼中硫越低。鋼中的溶解氧控制在5×10-6時(shí),渣的硫容量大于0.018,鋼中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于20×10-6,渣的硫容量大于0.036,鋼中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10×10-6;鋼中的溶解氧控制在3×10-6時(shí),渣的硫容量大于0.011,鋼中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于20×10-6,渣的硫容量大于0.02,鋼中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10×10-6。因此鋼中溶解氧為(3～5)×10-6時(shí),硫容量為0.011～0.018,鋼中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于20×10-6,硫容量為0.020～0.036,鋼中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10×10-6。從圖4看出,鋼中溶解氧一定時(shí)渣中硫越高與之平衡的鋼中硫也越高。當(dāng)爐渣硫容量為0.022且鋼中溶解氧為(3～5)×10-6時(shí),渣中w((S))為0.2%～0.34%,鋼中w([S])小于20×10-6,渣中w((S))為0.1%～0.15%,鋼中w([S])小于10×10-6。2頂渣對(duì)鋼中硫的控制某鋼廠應(yīng)用LF-VD工藝生產(chǎn)管線鋼,精煉各工序頂渣成分見(jiàn)表1。此工藝下鋼中酸溶鋁在精煉過(guò)程維持在0.035%左右,由高級(jí)別管線鋼成分計(jì)算fO=0.41,fAl=0.98,由式(5)鋁氧平衡可得鋼中w([O])=1.76×10-6。由圖3可知,在本工藝下鋼中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)很容易控制在20×10-6甚至10×10-6以下。在此工藝下,鋼中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從LF1的80×10-6,降低到LF2的(20～30)×10-6,并穩(wěn)定在VD未期的20×10-6以下,與理論計(jì)算相符。2[Al]+3[Ο]=Al2Ο3(S)ΔGΘ=-1202000+386.3Τ(5)根據(jù)表1做出精煉過(guò)程頂渣對(duì)鋼中硫的影響如圖5,可看出LF1、LF2、VD精煉渣的w((MnO+FeO))分別為11.92%、2.00%和1.10%,滿足管線鋼超低硫、超低氧的控制要求,精煉渣的堿度分別為3.195、6.250和7.600,LF精煉渣的堿度一般在5～7之間,此堿度符合高級(jí)別管線鋼所要求的堿度范圍,M值分別為0.09、0.17和0.18,管線鋼中M值一般為0.25～0.35,M值低的原因是渣中Al2O3控制偏高,爐渣CS′分別為0.010、0.022和0.023,此精煉工藝深脫硫的特點(diǎn)是利用鋼中高的酸溶鋁含量充分脫去鋼中的氧,使精煉渣不需要很高的硫容量就可以得到較低的硫,這種方法雖然可以得到較低的溶解氧和鋼中硫,但沒(méi)有充分發(fā)揮頂渣的脫硫能力,同時(shí)鋼中較高的酸溶鋁給連鑄保護(hù)澆鑄提出了較高要求。改進(jìn)的方法就是在保持現(xiàn)有堿度大體不變的情況下,適當(dāng)減少精煉渣中的Al2O3含量,如使其質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在28%～33%,則M值在0.18～0.25,硫容量在0.04～0.07,由圖3可知,當(dāng)溶解氧為(3～5)×10-6,硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可控制在8×10-6以下;如使其控制在15%～28%,則M值為0.21～0.35,硫容量為0.07～0.19,由圖3可知,當(dāng)溶解氧為(3～5)×10-6,硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可控制在5×10-6以下。3渣中硫和鐵中硫(1)鋼中溶解氧一定時(shí)精煉渣硫容量越高,鋼中硫越低。當(dāng)鋼中溶解氧為(3～5)×10-6時(shí),硫容量在0.011～0.018,鋼中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于20×10-6,硫容量在0.02～0.036,鋼中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10×10-6。(2)鋼中溶解氧一定時(shí)渣中硫越高鋼中硫也越高。當(dāng)鋼中溶解氧為(3～5)×10-6時(shí),渣中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%～0.34%,鋼中硫小于20×10-6,渣中硫?yàn)?.10%～0.15%,鋼中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10×10-6。(3)某廠應(yīng)用LF-VD工藝生產(chǎn)高級(jí)別管線鋼,LF1、LF2、VD精煉渣中w((MnO+FeO))分別為11.92%、2.00%和1.10%,精煉渣堿度分別為3.195、6.25和7.6,M值分別為0.09、0.17和0.18,爐渣