超低硫管線鋼冶煉技術基礎研究.pdf

1、隨著我國石油、天然氣資源的開發(fā)和利用，用于制造石油、天然氣輸送管線用的寬厚鋼板的需求量將不斷增加。具有高強度、高韌性、良好的可焊性、低溫下的斷裂抗力和抗H2S侵蝕能力，低合金高強度、高韌性的超純凈高級別管線鋼將成為21世紀國民經濟需求量較大的一類鋼種。降低管線鋼中有害元素特別是硫含量以及控制硫化物央雜物的形態(tài)和分布是冶金工作者一直探索的重要研究課題之一。 本課題以管線鋼硫含量的控制技術為核心，對本鋼生產條件下從鐵水預處理到精煉過

2、程的鋼中硫含量控制技術進行了理論計算與分析，探索了各工藝的脫硫條件，分別建立了基于人工神經網絡的鐵水預處理終點硫含量預報模型、渣鋼脫硫熱力學模型及夾雜物預報模型，采用上述模型指導生產實踐或對生產結果進行預報。在理論分析計算的基礎上，利用二次正交設計實驗方法，采用MoSi2電阻爐在1873K下開展了渣鋼脫氧脫硫實驗研究，分別得到了全氧含量及脫硫率與各影響因素間的回歸方程，并分析了各因素對鋼中全氧含量和脫硫率的影響規(guī)律，開發(fā)了適于工業(yè)生產應

3、用的脫硫渣系。 在上述研究的基礎上，將實驗室的研究成果應用于工業(yè)生產實踐，按照本鋼實際生產條件，通過不斷的工藝優(yōu)化和生產關鍵技術研究，分別設計了五種超低硫管線鋼生產工藝路線，取得了較好的冶煉效果，冶煉終點硫含量和夾雜物控制水平可以滿足高純凈度管線鋼的質量要求。 最后，通過對冶煉出的四種主體成分相近而硫含量不同的管線鋼在相同條件下進行了軋制試驗，對軋材進行了相關性能檢測，研究了管線鋼中硫含量對其機械性能和抗H2S行為的影響

4、。 通過上述研究，本論文獲得的主要結論如下： (1)鐵水用CaO和Mg脫硫時，起主要脫硫作用的是Mg，產物MgS在高爐渣中是穩(wěn)定的，但在鐵水預脫硫過程中容易被空氣中的氧氧化產生回硫，CaO的加入對于穩(wěn)定脫硫產物防止回硫有利。 (2)開發(fā)了基于人工神經網絡的鐵水預處理終點硫含量預報模型并用于實際預報，采用100爐數據進行預報表明，模型預測精度較高，有12％的爐次預測誤差為0，89％的爐次達到命中范圍在±0.003％

5、以內，平均誤差為0.0020％。 (3)采用本課題所開發(fā)的渣鋼脫硫反應熱力學模型計算結果指導造渣過程，使用實驗室研究所開發(fā)的精煉渣實施冶煉過程爐渣成分控制，獲得了較好的超低硫管線鋼冶煉效果。 (4)喂SiCa線對夾雜物生成和變性處理的熱力學計算表明，溫度對Ca-S平衡曲線的影響是十分顯著，當鋼液溫度降低時，在相同的硫含量下形成CaS夾雜所需鈣含量迅速降低；在X70管線鋼中要求[Als]=0.02％左右的情況下，只有將鋼液

6、中的硫脫到0.0017％左右，才能同時實現氧化物變性成為12CaO·7Al2O3，同時硫化物也能得到變性。 (5)設計的五種超低硫管線鋼生產工藝路線中，工藝路徑C(DS→BFC→LF-IR→RH→CC)、D(DS→BFC→LF→CC)均能滿足極低硫管線鋼的純凈度要求。工藝路徑D生產的管線鋼純凈度水平較高，鋼中最低硫含量達到了0.0005％，平均硫含量為0.00115％。平均氮含量為0.00525％，全氧含量最低達到0.0015％

7、，平均為0.00215％。工藝路徑E(DS→BFC→LF→BSP)可以生產超低硫管線鋼，但最優(yōu)工藝還有待于進一步研究。 (6)LF處理過程中Al脫氧首先生成大量Al2O3夾雜物，隨著冶煉過程中加入Si、Mn、Ti等脫氧劑和合金化、鈣處理過程的進行，鋼中夾雜物的數量和成分逐漸發(fā)生變化，先生成含Al的復合夾雜物。喂入Ca-Si包芯線后，夾雜物變成大量的Al2O3-CaO夾雜，其中含有少量的MnO、MgO、MnS、CaS等，到LF終點

8、夾雜物數量最多，到中包中夾雜物的尺寸和數量均有大幅下降，鑄坯中未發(fā)現大于50μm的夾雜物，鑄坯中平均夾雜物數量達到最小值。 (7)隨著鋼中硫含量的增加，夾雜物中的硫含量增加。夾雜物中硫原子所占的百分比隨鋼中硫含量的增加而增加，但是對于鋼中硫含量為70×10-6的采用薄板坯連鑄生產的X65管線鋼其硫原子百分比卻低于鋼中硫含量為17×10-6的采用常規(guī)連鑄生產的X70管線鋼。 (8)A鋼([S]=5×10-6)和B鋼([S]