改善T91鋼潔凈度的生產(chǎn)實踐

陳秀強，白效睿，安 杰

(撫順特殊鋼股份有限公司，遼寧 撫順 113001)

T91(10Cr9Mo1VNbN)是重要的高壓鍋爐管材用鋼，被廣泛應(yīng)用于制造火力發(fā)電廠鍋爐的過熱器、再熱器等[1]。當(dāng)前，冶金行業(yè)已經(jīng)認(rèn)識到潔凈度對鋼材服役壽命的重要性，下游用戶對其潔凈度要求也日趨苛刻，所以必須通過冶煉工藝技術(shù)的改進，不斷提升T91鋼的潔凈度，尤其是夾雜物控制水平。

1 T91鋼生產(chǎn)工藝流程

T91是撫順特鋼生產(chǎn)的不銹鋼管坯之一，其化學(xué)成分要求見表1。

表1 T91鋼的化學(xué)成分 %

B類非金屬夾雜物評級標(biāo)準(zhǔn)為B細(xì)≤2.0級、B粗≤1.0級。

撫鋼二煉鋼廠生產(chǎn)不銹鋼管坯T91的工藝流程為：30 t非真空感應(yīng)爐→VOD→LF→IC。

非真空感應(yīng)爐的優(yōu)勢在于采用本鋼種或近似鋼種的返回鋼(注余、切頭、切尾等)、鐵合金作為原材料，能夠最大限度地回收合金元素，降低金屬料消耗，從而降低冶煉成本。T91鋼配料目標(biāo)w(c)=0.60%～0.65%、w(Si)≤0.30%，除S、N外的其他元素要求配入標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。非真空感應(yīng)爐負(fù)責(zé)鋼鐵料的熔化，出鋼鋼水溫度≥1 670 ℃，扒凈渣后入VOD精煉。VOD真空吹氧脫碳工藝是通過真空操作降低脫碳反應(yīng)的CO分壓，從而達(dá)到脫碳目的的爐外精煉技術(shù)，其工藝包括吹氧脫碳和還原脫氣兩個階段。VOD在吹氧脫碳后，向鋼中加入白灰、螢石等渣料和硅鐵、Al粒等脫氧劑，并在真空狀態(tài)下促使渣鋼充分混沖，從而達(dá)到鋼液脫氧、脫硫的精煉目的，夾雜物即在此階段產(chǎn)生。VOD還原脫氣后采用底吹氮氣的方式進行氮合金化操作。為提高氧含量控制水平，原工藝扒出部分鋼包頂渣，入LF爐補加等量的白灰、螢石重新造渣，之后軟吹澆鑄。

2 軋材的夾雜物分析

B類(氧化鋁類)夾雜物是影響撫鋼T91產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素，T91鋼中典型B類夾雜物形貌，見圖1。

圖1 T91軋材中典型B類夾雜物形貌

通過掃描電鏡分析圖1所示夾雜物的化學(xué)成分，結(jié)果見圖2和表2。

圖2 T91軋材中典型B類夾雜物掃描電鏡分析

如表2所示，撫鋼二煉鋼生產(chǎn)的T91軋材的B類夾雜物成分為Al-Mg-Ca-O或Al-Ca-O類。VOD冶煉T91鋼屬于鋁脫氧鋼，VOD吹氧脫碳后加入Al粒和硅鐵作為還原劑，在鋼水中產(chǎn)生大量的脫氧產(chǎn)物Al2O3夾雜。脫氧產(chǎn)物逐漸與鋼包頂渣或鋼包耐材中的Mg、Ca反應(yīng)，同時在后續(xù)冶煉過程中碰撞長大，但未及時上浮去除，便會形成非金屬夾雜物殘留在鋼中，最終導(dǎo)致軋材形成如圖1所示的B類夾雜物。

表2 T91軋材中典型B類夾雜物掃描電鏡分析 %

采用Al脫氧時，夾雜物演變過程：初始形成氧化鋁夾雜，隨著冶煉繼續(xù)進行，氧化鋁夾雜與鋼包中的Mg發(fā)生置換反應(yīng)生成鎂鋁尖晶石，而后再與爐渣中的鈣反應(yīng)，最終形成表2所示的化學(xué)成分。夾雜物演變過程中出現(xiàn)的Al-O、Al-Mg-O、Al-Mg-Ca-O、Al-Ca-O四類夾雜物中，Al-O(氧化鋁)和Al-Mg-O(鎂鋁尖晶石)的熔點高、形狀不規(guī)則，相對容易上浮去除。一旦爐渣中的Ca元素參與進來使夾雜物的成分轉(zhuǎn)變?yōu)锳l-Mg-Ca-O或Al -Ca-O之后，夾雜物形將變成低熔點的圓球形，其上浮去除的難度顯著增大。

3 改善T91鋼B類夾雜物的措施

3.1 優(yōu)化造渣工藝，提高爐渣對夾雜物的吸附能力

依據(jù)T91鋼的冶煉工藝流程，B類夾雜物(氧化鋁類夾雜物)來源于VOD還原脫氣階段的鋁脫氧反應(yīng)，所以說優(yōu)化VOD還原開始至LF爐的鋼包精煉渣成分，使其對夾雜物有良好的吸附能力，是改善T91鋼B類夾雜物的關(guān)鍵所在。分析原工藝鋼包頂渣的化學(xué)成分，見表3。

表3 原工藝爐渣成分 %

表3所示，VD結(jié)束的爐渣二元堿度為4～5，LF爐重新造渣后的爐渣二元堿度為6～8，另外爐渣中存在大量的CaF2，使渣中存在高含量的鈣離子，為冶煉過程中夾雜物加速向Al-Mg-Ca-O、Al-Ca-O形貌轉(zhuǎn)變提供了條件，同時VD結(jié)束時的爐渣經(jīng)常出現(xiàn)偏稠的現(xiàn)象，實際生產(chǎn)中還需要補加螢石調(diào)整爐渣的流動性，同時扒渣補加白灰螢石工藝，更進一步增加了爐渣中的鈣離子含量。原工藝采用的高堿度和大渣量精煉方式，雖然對降低鋼水氧含量具有顯著作用，檢驗鋼水氧含量可達(dá)(15～20)×10-6，但促進生成了難以上浮去除的高鈣含量的Al-Mg-Ca-O、Al-Ca-O類夾雜物，惡化了軋材上B類夾雜物的控制水平。

生產(chǎn)實踐證明，精煉爐渣具有良好的流動性方能保證夾雜物的上浮去除效果。精煉爐渣優(yōu)化的方向是通過減少VOD還原渣料中的白灰和螢石用量，降低爐渣二元堿度，提高爐渣流動性，來提高氧化鋁形成初期爐渣吸附夾雜物的能力。生產(chǎn)中，將白灰螢石配比由白灰20 kg/t、螢石12 kg/t下調(diào)至白灰16 kg/t、螢石9 kg/t 之后，爐渣流動性明顯改善，同時保證了白渣狀態(tài)，分析優(yōu)化后的VD結(jié)束爐渣化學(xué)成分，見表4。

表4 優(yōu)化后VD結(jié)束爐渣成分 %

對于當(dāng)前T91鋼的潔凈度要求來說，VOD還原脫氣之后，即真空狀態(tài)渣鋼混沖15～20 min，直接軟吹出鋼澆鑄，此時精煉時間較短，鋼水還很難完全滿足B類夾雜物苛刻的標(biāo)準(zhǔn)要求，鋼水氧含量檢驗亦偏高(30～35)×10-6。依據(jù)表4的氧化硅和氧化鋁成分可知，精煉爐渣成分也沒有達(dá)到理想狀態(tài)，吸附夾雜物的能力有限。所以，工藝優(yōu)化后保留了VD結(jié)束至LF爐的扒渣重新造渣工藝，將補加白灰螢石修改為補加等量氧化鋁含量35%的合成渣，用以優(yōu)化精煉爐渣成分。優(yōu)化后LF爐精煉爐渣成分，見表5。

表5 優(yōu)化后LF爐渣成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

3.2 降低VOD吹氧脫碳的鋼水氧化性

T91屬低碳不銹鋼，碳含量為0.08%～0.12%，原工藝是通過VOD吹氧脫碳階段的強氧化性氣氛，在真空下將鋼水碳含量脫至w(C)≤0.03%，隨著鋼水碳含量降低，鋼水氧化程度逐漸增加。此危害除鋼水嚴(yán)重?zé)龘p造成成本損失外，后續(xù)采用鋁粒脫氧會產(chǎn)生大量脫氧產(chǎn)物Al2O3(非金屬夾雜物)污染鋼液，增加夾雜物超標(biāo)的風(fēng)險。所以，優(yōu)化后將VOD吹氧脫碳后的鋼水目標(biāo)碳含量由≤0.03%修正為0.06%～0.07%，用以緩解鋼水氧化程度，減少氧化鋁夾雜物產(chǎn)生量。

4 改善后T91鋼潔凈度控制水平

通過以上措施，撫鋼二煉鋼生產(chǎn)T91鋼軋材的平均氧含量25.2×10-6。B類夾雜物控制可滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，實物水平，見表6。

表6 B類夾雜物控制水平

5 結(jié) 論

(1)T91軋材中的B類夾雜物成分為Al-Mg-Ca-O或Al-Ca-O類，是由脫氧產(chǎn)生的氧化鋁夾雜與鋼包耐材和鋼包頂渣逐漸反應(yīng)演變而來；

(2)優(yōu)化了VOD還原階段的渣料配比，降低了渣料用量，同時改進了LF爐精煉爐渣成分，使T91鋼軋材的平均氧含量達(dá)到25.2×10-6，同時可穩(wěn)定滿足B細(xì)≤2.0級、B粗≤1.0級的標(biāo)準(zhǔn)要求。