《國外管線鋼生產(chǎn)》PPT課件.ppt

劉建金與生態(tài)工程學(xué)院liujianhua 國外清潔管線鋼生產(chǎn) 1總述 1 1成分控制 1 較低的 C 和 Mn 含量減少產(chǎn)品的偏析程度 有利于防止氫致裂紋 HIC 2 較低的 P 含量同樣可以減少產(chǎn)品的偏析和防止HIC 通常的操作水平控制在0 015 以下 0 01 以下更有利 19家的平均P含量為120ppm 變化范圍為70 250ppm 3 添加Nb元素 目的是細化晶粒和沉淀硬化 4 S 必須控制得很低 尤其是對于耐酸侵蝕鋼種 要減少MnS的形成 19家的平均S含量為30ppm 變化范圍為4 150ppm 1總述 5 Ca將不規(guī)則的氧化鋁夾雜變?yōu)橐簯B(tài)球形夾雜 生成CaS來固定鋼水中的 S 可以增加抵抗HIC的能力 2 3廠家采用喂Ca工藝 一些廠家控制Ca S 尤其在生產(chǎn)高級別管線鋼時 九家廠家的Ca含量平均值為30ppm 變化范圍為10 50ppm 6 MnS是硬度很小的夾雜物 軋制后變形率很高 延伸的夾雜物末端形成尖角狀 是金屬基體中產(chǎn)生應(yīng)力集中的地方 溶解的氫擴散至這些應(yīng)力集中處 會引起冷裂 7 較大的氫含量的波動會造成抗HIC性能的波動 8 6家的總氧平均為15 3ppm 變化范圍為7 5 22 5ppm 9 降低 N 含量可以增強產(chǎn)品的低溫韌性 電爐生產(chǎn)的最終平均 N 含量為60ppm 高于轉(zhuǎn)爐冶煉的46ppm 2有害夾雜的界定 管線鋼的缺陷 主要問題是HIC 與其相似的內(nèi)部裂紋以及斷裂都有可能是HIC 只是名稱不同 圖2 1有害夾雜物造成的產(chǎn)品問題 2有害夾雜的界定 夾雜物對管線鋼產(chǎn)品的性能有害 要避免生成的夾雜物主要有MnS Al2O3 以及CaO Al2O3 X 其他如SiO2 CaS和CaO SiO2 X也被提及 但不太重要 圖2 2有害夾雜物的成分 2有害夾雜的界定 大多數(shù)情況下 造成危害的夾雜物臨界尺寸 被認為是大于30 m 但有4家認為小于30 m的夾雜同樣有害 1家認為夾雜物小于10 m時亦有危害 圖2 3有害夾雜物的尺寸范圍 2有害夾雜的界定 對于板坯 有害夾雜物通常位于表層 圖2 4有害夾雜物在鑄坯中的位置 2有害夾雜的界定 延伸性的夾雜物被認為危害特別嚴重 但是點狀 圓形以及簇狀夾雜物同樣有害 圖2 5有害夾雜物在產(chǎn)品中的形狀 2有害夾雜的界定 有害夾雜物主要是在煉鋼階段形成的 可以通過控制硫 總氧含量來控制夾雜物 以及通過喂鈣來固定硫和改變夾雜物形貌 二次氧化也是有害夾雜物形成的原因 有時結(jié)晶器保護渣的卷入也能帶來這個問題 圖2 6有害夾雜物的來源 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 3 1初煉所有轉(zhuǎn)爐冶煉工藝都采用鐵水預(yù)處理 主要是鐵水脫硫 也有少數(shù)的鋼廠 約33 采用的是脫Si 脫P和脫S的三脫預(yù)處理工藝 較低的硫含量是生產(chǎn)管線鋼的必要條件 圖3 1鐵水預(yù)處理 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 轉(zhuǎn)爐是初級冶煉設(shè)備 通常采用頂?shù)讖?fù)合吹煉 爐容量分為兩個容量相近的組 相對較小的在125 190t之間 相對較大的在250 325t之間 圖3 2轉(zhuǎn)爐吹煉方式 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 只有少數(shù)鋼廠 約33 采用的是各種類型的動態(tài)控制方式 圖3 3轉(zhuǎn)爐控制 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 一般情況下 各鋼廠均采用2座或3座轉(zhuǎn)爐 有個別鋼廠一個車間內(nèi)有5座轉(zhuǎn)爐 圖3 4轉(zhuǎn)爐數(shù)量 每個鋼廠 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 大多數(shù)鋼廠在轉(zhuǎn)爐出鋼時采取下渣控制措施 主要方法是投擲擋渣錐 或者擋渣球 有少數(shù)廠家使用氣動擋渣 沒有采用留鋼操作的 圖3 5下渣控制設(shè)備 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 約33 鋼廠在轉(zhuǎn)爐出鋼時有出鋼下渣檢測系統(tǒng)如紅外線 IR 或電磁等 圖3 6采用的下渣監(jiān)測系統(tǒng) 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 轉(zhuǎn)爐出鋼時的溶解氧含量變化范圍較大 從0 0210 到0 11 平均為0 0660 左右 較大范圍的變化可能是由于總體上缺乏吹煉控制造成的 對于電爐和轉(zhuǎn)爐兩種工藝來說 溶解氧的變化范圍相似 圖3 7出鋼時鋼水中溶解氧 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 鋼包渣層厚度總體來說變化比較大 范圍從1到70mm 平均62mm左右 約5 5 t 圖3 8下渣量 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 約70 的廠出鋼時加入了合成渣 圖3 9出鋼添加劑 造渣和合成渣 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 只有少數(shù)幾個鋼廠采用鋼包扒渣操作 工藝路線如圖3 10 圖3 10工藝路線 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 出鋼溫度的變化范圍也較大 從1600 至1725 是根據(jù)加熱時是否采用加熱升溫而定 平均出鋼溫度為1667 圖3 11轉(zhuǎn)爐出鋼溫度 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 對出鋼鋼渣的成分分析如圖3 12 平均含F(xiàn)eO23 圖3 12出鋼渣成分分析 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 出鋼渣中R比例 CaO SiO2 近似為3 5 圖3 13出鋼渣平均成分分析 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 3 2精煉精煉設(shè)備生產(chǎn)管線鋼的精煉設(shè)備種類很多 對于轉(zhuǎn)爐廠 多數(shù)使用鋼包爐進行加熱升溫 3家與RH脫氣 還可以使用VD脫氣 裝置聯(lián)合配置 3家電爐廠 均使用鋼包爐 2家用VAD來加熱升溫 其中一個VAD與RH裝置連用 有13個反饋廠家 62 進行脫氣 其中8家使用RH脫氣 5家使用VD脫氣 氫的控制是煉鋼生產(chǎn)的關(guān)鍵問題 鋼水潔凈度 總氧 也可以通過延長處理時間來改善 生產(chǎn)中總是先加熱升溫 然后再脫氣 耐材對于鋼包耐火材料 渣線只使用鎂碳質(zhì) MgO C 包身主要使用氧化鋁質(zhì) 有些廠使用鎂碳質(zhì)和白云石內(nèi)襯 包底主要也是氧化鋁質(zhì) 但有些廠家使用白云石 尖晶石和鎂碳磚襯包底 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 圖3 14鋼包耐火材料 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 合金化主要的合金在出鋼的時候加入 有各種不同組合 SiMn FeMn 高碳 FeMn 中碳 FeMn 低碳 電解錳 FeSi 碳 FeNb FeV Cu Ni 氧化鉬和Al 調(diào)整成分的合金在隨后的精煉步驟中加入 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 造渣一般來說 出鋼時的造渣劑在合金和脫氧劑加入之后再添加 造渣劑的種類和加入量各有不同 大多數(shù)廠添加石灰 螢石 或石灰 氧化鋁混合劑 或者預(yù)熔石灰 氧化鋁 白云石 輕燒 螢石 3家反饋廠在出鋼時沒有加造渣劑 而是先扒渣 然后加入合成渣 少數(shù)的廠在精煉過程中加入爐渣改性物質(zhì) 主要是經(jīng)過改質(zhì)的含鋁廢渣 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 精煉末期渣成分 如表3 1 表3 1精煉末期渣成分 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 接上 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 精煉渣成分 FeO MnO 通常小于3 0 MgO為7 8 接近飽和 SiO2小于10 CaO Al2O3接近最佳值 1 8 2 0 具有最大的S容量和最小的氧化鋁活度 圖3 14精煉結(jié)束CaO Al2O3比例 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 多數(shù)鋼包加蓋 采用滑動水口控制鋼水流量 鉻砂是主要的鋼包水口填充材料 其次是石英砂和鋯質(zhì)砂 圖3 15鋼包詳細資料 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 鋼包自由開啟性能如表3 2 表3 2鋼包自由開啟次數(shù) 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 從精煉結(jié)束到連鑄機的鋼包運輸時間 表3 3運輸時間圖3 16鋼包運輸時間 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 3 3連鑄3 3 1連鑄設(shè)備和生產(chǎn)能力大多數(shù)生產(chǎn)管線鋼的廠都配置立彎式連鑄機 垂直段長度范圍2300 3000mm 冶金長度范圍12 49m 平均29 6m 圖3 17連鑄機機型 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 圖3 18冶金長度 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 連鑄機的拉速平均為1 02m min 范圍0 5m min 1 5m min 每流產(chǎn)量平均2 9t min 范圍1 7 4 9t min 圖3 19拉速 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 圖3 20澆鑄產(chǎn)量 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 連澆爐數(shù)變化范圍較大 平均8 7 范圍從1到42 圖3 21連澆爐數(shù) 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 中間包連澆爐數(shù)為5 3 范圍從1到12 連澆爐數(shù)少的廠會出現(xiàn)較多的穩(wěn)定澆鑄 圖3 22中間包連澆爐數(shù) 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 3 3 2鋼包至中間包大多數(shù)鋼廠采用電磁探測裝置來控制鋼包至中間包的下渣 少數(shù)鋼廠采用留鋼操作 有1家采用振動控制方法 約有33 的廠使用目測或沒有采取任何措施 圖3 23鋼包下渣控制 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 中間包容量平均42 4t 范圍從28t至80t 圖3 24爐容和中間包容量 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 鋼水最小操作深度827mm 范圍200 1900mm 圖3 25中間包設(shè)計 鋼水深度 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 包內(nèi)液位控制大多數(shù)采用荷重傳感器來測量及控制 圖3 26中間包鋼水液位控制和中間包攪拌 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 中間包形狀多是箱形設(shè)計 將近一半的廠家配有密封包蓋 并且其中一半的廠家采用了充氬氣保護 約33 的廠家沒有采用中間包氣氛控制 圖3 27中間包形狀 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 圖3 28中間包氣氛控制 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 中間包覆蓋劑的種類 有50 的廠家使用的是CaO Al2O3 SiO2復(fù)合劑 3家使用炭化稻殼 4家使用含MgO的堿性覆蓋劑 3家使用充氬氣保護的廠家沒有使用中間包覆蓋劑 圖3 29中間包覆蓋劑 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 約50 的廠家的中間包安裝有特殊的鋁硅鎂質(zhì)沖擊板 圖3 30中間包沖擊墊板材質(zhì) 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 大多數(shù)中間包安裝了輔助的流場控制裝置 包括壩 堰 和拆流擋板 沒有安裝過慮器的 只有一個中間包使用了吹氣裝置 圖3 31中間包內(nèi)設(shè)置 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 絕大多數(shù)中間包耐火材料內(nèi)襯使用Al2O3 SiO2 MgO質(zhì) 但也有使用Al2O3 SiO2 Al2O3 噴涂橄欖石和噴涂堿性內(nèi)襯 圖3 32中間包耐火材料 工作層 中間包內(nèi)溫度監(jiān)測可以使用傳感器監(jiān)測 4家進行了連續(xù)溫度測量 1家用數(shù)學(xué)模型來預(yù)測溫度變化 沒有中間包采用加熱裝置的報道 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 3 3 3中間包至結(jié)晶器所有鋼廠均采用浸入式水口 SEN 使用塞棒或滑動水口控制中間包到結(jié)晶器的鋼流 極少數(shù)廠采用振動塞棒 圖3 33中間包流出控制 3需要控制的元素和工藝參數(shù) SEN耐火材料主要是Al2O3 C 但也有少數(shù)廠家使用ZrO2 Al2O3質(zhì)的水口 其渣線材料使用ZrO2 C 圖3 34浸入式水口耐火材料 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 中間包水口出口角度向下 平均為15 6 范圍5 30 圖3 35水口雙側(cè)出口設(shè)計 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 圖3 36水口出口設(shè)計 3需要控制的元素和工藝參數(shù) SEN壽命平均為4 8 范圍1 16 圖3 37水口壽命 爐數(shù) 個 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 1 3反饋資料報告了水口堵塞問題 約1 4的廠家采用快換水口裝置來解決這個問題 所以廠均提出在不同位置吹氬氣來減少水口堵塞 使二次氧化程度降至最小以及促進結(jié)晶器內(nèi)夾雜物上浮 圖3 38吹氬情況 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 絕大多數(shù)鋼廠通過中間包內(nèi)留鋼來控制中間包下渣 有極少數(shù)廠采用電磁監(jiān)測裝置 圖3 39中間包下渣控制 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 3 3 4結(jié)晶器結(jié)晶器液位波動的監(jiān)測主要是采用電磁監(jiān)測 有的廠也使用 射線裝置 圖3 40結(jié)晶器液位檢測 鋼水液面檢測 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 結(jié)晶器液面波動平均9 6mm 范圍3 25mm 波動數(shù)值大時 說明液位控制很差 圖3 41結(jié)晶器液位波動幅度 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 結(jié)晶器使用保護渣潤滑結(jié)晶器 大多數(shù)采用顆粒狀保護渣 圖3 42結(jié)晶器潤滑劑和保護渣類型 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 保護渣中C含量變化較大 平均5 1 變化范圍0 7 9 4 黏度變化也較大 1300 時平均1 7泊 范圍0 15 6 7泊 熔點平均1110 范圍895 1220 耗量平均0 47 t 范圍0 3 0 7 t 圖3 43保護渣性能 澆鑄 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 圖3 44保護渣性能 熔點 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 1 4廠家配置結(jié)晶器電磁攪拌 其中2廠家在整個鑄坯寬度上有電磁制動 該2廠中有1家還安裝了電磁加速裝置 各廠電磁裝置的位置在結(jié)晶器的正中部位 12個廠家沒有電磁裝置 圖3 45電磁攪拌 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 3 3 5板坯精整和運輸大多數(shù)廠都有不同形式的板坯精整 但其方式 火焰清理 熱坯 冷坯 自動 人工 和修磨 熱坯 冷坯 的程度各個廠之間差別很大 平均修理深度為2 4mm 標準差0 8mm 范圍1 5 4mm 約有一半的廠板坯全部冷精整 還有一部分廠家板坯熱送或者板坯直軋 圖3 46熱裝和冷裝比例 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 圖3 47鑄坯修整 3需要控制的元素和工藝參數(shù) 板坯入爐溫度平均為203 標準差197 范圍20 500 圖3 48平均熱裝溫度 4質(zhì)量評估 表面缺陷的檢測主要是靠眼睛觀察 一些廠采用自動圖像處理設(shè)備 個別廠使用超聲波探測儀 圖3 49鑄坯的表面缺陷檢測 約一半的反饋廠認為液位控制和結(jié)晶器熱流監(jiān)測是作為連鑄過程在線質(zhì)量評估最重要的應(yīng)用方法 其余的 有1 3的反饋廠將液位控制作為最重要的特征 澆鑄過程保持自動化作業(yè)也是在線控制的重要手段 4質(zhì)量評估 4質(zhì)量評估 工藝過程的控制 至今使用最普遍的常規(guī)取樣方法是棒糖狀餅樣 常規(guī)的或者厚的和薄的 鋼中總氧樣 TOS 和吸入式取樣器有時候會在中間包上使用 為了對整個工藝改進試驗效果進行評估 雖然餅樣仍是主要得取樣方法 但是TOS LUS和吸入式取樣方法使用更多了 對鋼水來說 主要的常規(guī)分析方法是總氧分析 也采用火花光譜儀 對半成品和最終成品有著廣泛的分析方法 包括 光學(xué)顯微鏡 火焰清理和修磨 磁場檢測儀 磁通機 機械測試 超聲波測試 圖像分析和光譜分析 還有額外的總氧分析 火花光譜分析微區(qū)探針分析 光學(xué)金相分析 圖像分析 掃描電子顯微鏡 X射線能譜分析 Midas和機械測試對整個工藝改進效果試驗鋼