國外管線鋼生產第1頁/共75頁1總述(5)Ca將不規則的氧化鋁夾雜變為液態球形夾雜,

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,是金屬基體中產生應力集中的地方,溶解的氫擴散至這些應力集中處,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]含量可以增強產品的低溫韌性,電爐生產的最終平均[N]含量為60ppm,高于轉爐冶煉的46ppm。第2頁/共75頁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品問題第3頁/共75頁2有害夾雜的界定

夾雜物對管線鋼產品的性能有害。 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有害夾雜物的成分第4頁/共75頁2有害夾雜的界定

大多數情況下,造成危害的夾雜物臨界尺寸,被認為是大于30μm,但有4家認為小于30m的夾雜同樣有害，1家認為夾雜物小于10m時亦有危害。圖2-3有害夾雜物的尺寸范圍第5頁/共75頁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第6頁/共75頁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有害夾雜物在產品中的形狀第7頁/共75頁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有害夾雜物的來源第8頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數3.1初煉所有轉爐冶煉工藝都采用鐵水預處理,主要是鐵水脫硫,也有少數的鋼廠(約33﹪)采用的是脫Si、脫P和脫S的三脫預處理工藝,較低的硫含量是生產管線鋼的必要條件。圖3-1鐵水預處理第9頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數

轉爐是初級冶煉設備,通常采用頂底復合吹煉。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轉爐吹煉方式第10頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數

只有少數鋼廠(約33﹪)采用的是各種類型的動態控制方式。圖3-3轉爐控制第11頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數

一般情況下,各鋼廠均采用2座或3座轉爐,有個別鋼廠一個車間內有5座轉爐。圖3-4轉爐數量(每個鋼廠)第12頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數

大多數鋼廠在轉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下渣控制設備第13頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數

約33﹪鋼廠在轉爐出鋼時有出鋼下渣檢測系統如紅外線(IR)、或電磁等。圖3-6采用的下渣監測系統第14頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數

轉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第15頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數

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下渣量第16頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數

約70﹪的廠出鋼時加入了合成渣。圖3-9出鋼添加劑:造渣和合成渣第17頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數

只有少數幾個鋼廠采用鋼包扒渣操作,工藝路線如圖3-10。圖3-10工藝路線第18頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數

出鋼溫度的變化范圍也較大,從1600℃至1725℃,是根據加熱時是否采用加熱升溫而定,平均出鋼溫度為1667℃。圖3-11轉爐出鋼溫度第19頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數

對出鋼鋼渣的成分分析如圖3-12。平均含FeO23％。圖3-12出鋼渣成分分析第20頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數

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第21頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數3.2精煉精煉設備生產管線鋼的精煉設備種類很多。對于轉爐廠,多數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的關鍵問題,鋼水潔凈度(總氧)也可以通過延長處理時間來改善,生產中總是先加熱升溫，然后再脫氣。第22頁/共75頁耐材 對于鋼包耐火材料,渣線只使用鎂碳質(MgO-C),包身主要使用氧化鋁質,有些廠使用鎂碳質和白云石內襯;包底主要也是氧化鋁質,但有些廠家使用白云石、尖晶石和鎂碳磚襯包底。第23頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數圖3-14鋼包耐火材料第24頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數合金化 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。 調整成分的合金在隨后的精煉步驟中加入。

第25頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數造渣 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,大多數廠添加石灰/螢石/或石灰/氧化鋁混合劑,或者預熔石灰/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。 少數的廠在精煉過程中加入爐渣改性物質,主要是經過改質的含鋁廢渣。第26頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數

精煉末期渣成分,如表3-1。表3-1精煉末期渣成分第27頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數(接上)第28頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數

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精煉結束CaO/Al2O3比例第29頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數

多數鋼包加蓋,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砂。圖3-15鋼包詳細資料第30頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數

鋼包自由開啟性能如表3-2。表3-2鋼包自由開啟次數第31頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數

從精煉結束到連鑄機的鋼包運輸時間。表3-3運輸時間圖3-16鋼包運輸時間第32頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數3.3連鑄3.3.1連鑄設備和生產能力大多數生產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連鑄機機型第33頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數圖3-18冶金長度第34頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數

連鑄機的拉速平均為1.02m/min,范圍0.5m/min-1.5m/min;每流產量平均2.9t/min,范圍1.7-4.9t/min。圖3-19拉速第35頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數圖3-20澆鑄產量第36頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數

連澆爐數變化范圍較大,平均8.7,范圍從1到42。圖3-21連澆爐數第37頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數

中間包連澆爐數為5.3,范圍從1到12,連澆爐數少的廠會出現較多的穩定澆鑄。圖3-22中間包連澆爐數第38頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數3.3.2鋼包至中間包大多數鋼廠采用電磁探測裝置來控制鋼包至中間包的下渣。少數鋼廠采用留鋼操作。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鋼包下渣控制第39頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數

中間包容量平均42.4t,范圍從28t至80t。圖3-24爐容和中間包容量第40頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數

鋼水最小操作深度827mm,范圍200-1900mm。圖3-25中間包設計:鋼水深度第41頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數

包內液位控制大多數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第42頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數

中間包形狀多是箱形設計,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中間包形狀第43頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數圖3-28中間包氣氛控制第44頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數

中間包覆蓋劑的種類：有50﹪的廠家使用的是CaO-Al2O3-SiO2復合劑,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中間包覆蓋劑第45頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數

約50﹪的廠家的中間包安裝有特殊的鋁硅鎂質沖擊板。圖3-30中間包沖擊墊板材質第46頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數

大多數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中間包內設置第47頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數

絕大多數中間包耐火材料內襯使用Al2O3-SiO2-MgO質,但也有使用Al2O3-SiO2、Al2O3、噴涂橄欖石和噴涂堿性內襯。圖3-32中間包耐火材料(工作層)第48頁/共75頁

中間包內溫度監測可以使用傳感器監測,4家進行了連續溫度測量，1家用數學模型來預測溫度變化。 沒有中間包采用加熱裝置的報道。第49頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數3.3.3中間包至結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晶器的鋼流,極少數廠采用振動塞棒。圖3-33中間包流出控制第50頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數SEN耐火材料主要是Al2O3-C,但也有少數廠家使用ZrO2-Al2O3質的水口,其渣線材料使用ZrO2-C。圖3-34浸入式水口耐火材料第51頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數

中間包水口出口角度向下,平均為15.6°范圍5°-30°。圖3-35水口雙側出口設計第52頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數圖3-36水口出口設計第53頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數

SEN壽命平均為4.8,范圍1-16。圖3-37水口壽命(爐數/個)第54頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數

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晶器內夾雜物上浮。圖3-38吹氬情況第55頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數

絕大多數鋼廠通過中間包內留鋼來控制中間包下渣,有極少數廠采用電磁監測裝置。圖3-39中間包下渣控制第56頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數3.3.4結晶器結晶器液位波動的監測主要是采用電磁監測,有的廠也使用γ射線裝置。圖3-40結晶器液位檢測:鋼水液面檢測第57頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數

結晶器液面波動平均9.6mm,范圍3-25mm,波動數值大時,說明液位控制很差。圖3-41結晶器液位波動幅度第58頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數

結晶器使用保護渣潤滑結晶器,大多數采用顆粒狀保護渣。圖3-42結晶器潤滑劑和保護渣類型第59頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數

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)第60頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數圖3-44保護渣性能(熔點)第61頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數

1/4廠家配置結晶器電磁攪拌,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晶器的正中部位。12個廠家沒有電磁裝置。圖3-45電磁攪拌第62頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數3.3.5板坯精整和運輸大多數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熱裝和冷裝比例第63頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數

圖3-47鑄坯修整

第64頁/共75頁3需要控制的元素和工藝參數

板坯入爐溫度平均為203℃(標準差197℃),范圍20-500℃。圖3-48平均熱裝溫度第65頁/共75頁4質量評估

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備,個別廠使用超聲波探測儀。圖3-49鑄坯的表面缺陷檢測第66頁/共75頁

約一半的反饋廠認為液位控制和結晶器熱流監測是作為連鑄過程在線質量評估最重要的應用方法。 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也是在線控制的重要手段。4質量評估第67頁/共75頁4質量評估

工藝過程的控制,至今使用最普遍的常規取樣方法是棒糖狀餅樣(常規的或者厚的和薄的)。 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,主要的常規分析方法是總氧分析,也采用火花光譜儀。

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對半成品和最終成品有著廣泛的分析方法,包括:光學顯微鏡、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、火花光譜分析微區探針分析、光學金相分析、圖像分析、掃描電子顯微鏡-X射線能譜分析、Midas和機械