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      低溫壓力容器06Ni9DR鋼轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)實踐

      2015-12-04 07:15:24徐延浩王宏明王曉峰高學(xué)中
      鞍鋼技術(shù) 2015年4期
      關(guān)鍵詞:堿度鋼水脫碳

      徐延浩,王宏明,王曉峰,高學(xué)中

      (鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠,遼寧 鞍山 114021)

      國際上普遍使用06Ni9鋼(即國產(chǎn)9Ni鋼)作為液化天然氣(即LNG)儲存和運輸設(shè)備的結(jié)構(gòu)材料[1-2]。國內(nèi)對LNG儲存設(shè)備的需求逐年增加,9Ni鋼是唯一可以在-l96℃使用的鐵素體用鋼,憑借其合金含量少、經(jīng)濟性高的優(yōu)點受到重視。太鋼、鞍鋼曾對此鋼種做過生產(chǎn)研究,但在鑄坯表面裂紋、內(nèi)部疏松和夾雜物控制等方面存在問題。鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠自2007年首罐06Ni9鋼工業(yè)試驗以來,已逐步形成了以06Ni9DR為代表的高鎳低溫LNG用鋼的生產(chǎn)工藝,2011~2014年進入了大規(guī)模生產(chǎn)階段,緩解了部分進口需求的壓力。本文對該鋼種的轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)實踐作一介紹。

      1 06Ni9DR鋼的轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工藝流程

      1.1 工藝流程

      06Ni9DR鋼轉(zhuǎn)爐工序主要生產(chǎn)工藝流程如下:鐵水預(yù)處理(脫硫)→鐵水扒渣→轉(zhuǎn)爐脫磷→轉(zhuǎn)爐脫碳→擋渣出鋼→鋼水扒渣。轉(zhuǎn)爐各主要工藝流程特點如表1所示。

      表1 轉(zhuǎn)爐主要工藝流程

      1.2 化學(xué)成分

      06Ni9DR鋼對性能要求高,因此對鋼種成分,特別是對磷含量、鎳含量有嚴格的要求。06Ni9DR鋼主要成分控制要求如表2所示。

      表2 06Ni9DR鋼化學(xué)成分 %

      2 06Ni9DR鋼生產(chǎn)研究

      2.1 鐵水選擇

      轉(zhuǎn)爐采用前、后半鋼雙聯(lián)冶煉法分別對鐵水進行前期初步脫磷和后期的脫碳與深脫磷。轉(zhuǎn)爐冶煉過程脫硫能力有限,因此需要進行鐵水脫硫預(yù)處理。為降低轉(zhuǎn)爐冶煉去除磷、硫負擔(dān),同時考慮到8~9 t電解鎳合金用量對冶煉過程溫度的影響,選用磷含量不大于0.070%的鐵水進行冶煉。鐵水選擇條件如表3所示。

      表3 06Ni9DR鋼冶煉鐵水條件

      選定的鐵水經(jīng)過脫硫預(yù)處理、鐵水扒渣后,再兌入轉(zhuǎn)爐。脫硫扒渣過程鐵水成分、溫度變化明顯,前后對比如表4所示。從表4可以計算出,經(jīng)鐵水預(yù)處理后,鐵水脫硫率達到90.0%~97.5%。

      表4 鐵水脫硫扒渣處理前后硫含量、溫度對比

      06Ni9DR鋼冶煉前進行的鐵水深脫硫、扒渣作業(yè)對鐵水溫度影響較大。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明,脫硫預(yù)處理鐵水溫降1.8~2.2℃/min。實際操作過程中,由于鐵水罐殘鐵多等影響,脫硫過程多次抬槍重復(fù)下槍造成的鐵水溫度損失會增加。鐵水脫硫扒渣預(yù)處理過程溫度損失與時間關(guān)系如圖1所示。

      從圖1可以看出,鐵水預(yù)處理時間越長,鐵水溫度損失越大。這與鐵水罐況、初始硫含量、扒渣時間等有關(guān)。06Ni9DR鋼爐次預(yù)處理15~20 min后鐵水溫度為1 260~1 290℃,保證了轉(zhuǎn)爐冶煉熱源充足。

      2.2 半鋼控制

      06Ni9DR鋼采用轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)法冶煉,由前半鋼脫磷和后半鋼脫碳控制聯(lián)合完成。需要考慮鋼水溫度、熔渣堿度、終點碳含量對磷含量的影響。除此之外,由于冶煉前轉(zhuǎn)爐加入電解鎳合金8~9 t,該鋼種轉(zhuǎn)爐冶煉造渣材料與一般低合金超低磷鋼的使用有所不同。造渣材料加入過多,不但影響電解鎳熔化,也影響冶金石灰的有效利用,達不到半鋼脫磷的效果。

      2.2.1 前半鋼脫磷控制

      在選定的鐵水范圍內(nèi),前半鋼脫磷冶煉以獲得較低的半鋼磷含量,一般控制半鋼終點磷含量不大于0.025%。

      轉(zhuǎn)爐脫磷反應(yīng)受熔池溫度、熔渣堿度、爐渣氧化性等因素影響。熔池溫度降低,脫磷反應(yīng)平衡常數(shù)KP增大,有利于鋼液脫磷。但熔池溫度過低不利于熔劑熔化,影響爐渣堿度。而堿度增加,渣中CaO的有效濃度越高的情況下,脫磷反應(yīng)越完全。熔池溫度過高、堿度過高時,爐渣易變黏,影響流動性,對脫磷反應(yīng)不利。冶煉初期鐵水碳含量較高,硅、錳等元素未完全氧化,不利于脫磷反應(yīng)進行。隨著熔池內(nèi)脫碳反應(yīng)進行,鋼液中硅、錳含量逐步降低,渣中(FeO)增加,脫磷反應(yīng)順利進行。

      實際生產(chǎn)中,轉(zhuǎn)爐加入冶金石灰2.5~3.5 t、白云石1.5~2.0 t、稀渣劑200~300 kg。圖2為熔渣堿度與前半鋼終點溫度的關(guān)系。由圖2可以看出,前半鋼脫磷冶煉熔池溫度為1 430~1 530℃時,堿度可以穩(wěn)定控制在2.2~3.5。

      由圖3可以看出,按照上述工藝控制,前半鋼脫磷冶煉終點磷含量變化范圍為0.010%~0.025%,最低可以達到0.010%,脫磷率64%~85%,達到控制目標。

      圖4為前半鋼終點磷含量與前半鋼終點碳含量的關(guān)系。由圖4可以看出,實際生產(chǎn)中一般控制終點碳含量小于2.6%,終點硅、錳含量小于0.01%時,磷含量可以小于0.025%。終點碳含量小于1.6%時可以進一步獲得較低的終點磷含量,但考慮到后半鋼脫碳冶煉溫度,一般前半鋼脫磷冶煉終點碳含量控制在1.6%~2.6%。

      2.2.2 后半鋼脫碳控制

      為了滿足成品碳含量的要求,防止后半鋼冶煉加入合金增碳,脫碳冶煉終點碳含量一般控制在0.023%~0.035%;同時,鋼水磷含量控制在0.005%以內(nèi),終點鋼水溫度控制在1 585~1 635℃。

      當轉(zhuǎn)爐熔池溫度升至約1 480℃以上時,脫碳反應(yīng)開始劇烈進行。隨著冶煉過程熔池溫度逐步升高,鋼液碳含量逐步降低。冶煉后期脫碳速度逐漸降低,產(chǎn)生的CO氣體顯著減少,熔池溫度過高,易發(fā)生回磷現(xiàn)象。增加渣中(CaO)、(FeO)含量、避免過高的熔池溫度,有利于進一步脫磷。

      實際生產(chǎn)中,轉(zhuǎn)爐后半鋼調(diào)整熔池溫度以實現(xiàn)脫碳和磷含量的穩(wěn)定控制。后半鋼轉(zhuǎn)爐加入冶金石灰 2.0~2.5 t、白云石 1.2~1.8 t、稀渣劑 200~300 kg再次造渣,使用連軋廢鋼進行溫度調(diào)節(jié)。冶煉過程及終點通過觀察爐口火焰等方法判斷爐內(nèi)溫度及碳含量變化。圖5為后半鋼終點碳含量與終點溫度的關(guān)系。由圖5可以看出,按照上述工藝控制,后半鋼脫碳冶煉終點溫度控制為1 585~1 635℃,終點碳含量可以達到0.023%~0.035%。此時磷含量不大于0.004 5%。

      一般終點溫度高于1 620℃時,碳含量不大于0.026%。終點碳含量過低狀態(tài)下,爐渣較稀,鋼渣混出容易造成鋼水增磷。因此當后半鋼脫碳冶煉終點碳含量低于0.026%時,出鋼結(jié)束后對鋼水進行扒渣作業(yè),可以有效控制鋼水回磷。

      2.3 前、后半鋼供氧控制

      前半鋼脫磷與后半鋼脫碳冶煉過程氧壓一般控制在0.65~0.75 MPa、供氧流量為17 500~18 500 m3/h,達到過程不返干、過程倒爐放渣順暢。

      頂吹轉(zhuǎn)爐常規(guī)工作氧壓為0.8~0.9 MPa,供氧流量為19 500~20 500 m3/h,煉鋼過程時間短不利于前、后半鋼冶煉控制。工作氧壓、供氧流量較低可以適當延長冶煉處理時間,便于調(diào)整爐渣獲得適當?shù)膲A度、氧化性和流動性。調(diào)整工作氧壓和供氧流量有利于避免冶煉過程中返干和爆發(fā)性的金屬噴濺的發(fā)生,并穩(wěn)定控制放渣前的渣面狀態(tài)。

      冶煉過程保持1.4~1.8 m的低槍位操作,或者終點前0.5~1.5 min內(nèi)進行常規(guī)供氧操作。按照上述工藝控制,可以實現(xiàn)冶煉過程化渣迅速、渣面活躍,鋼液成分均勻等冶煉效果,在前、后半鋼終點可以順利的去除高磷爐渣,達到溫度和成分的控制目標。

      2.4 高鎳含量控制

      采用轉(zhuǎn)爐內(nèi)電解鎳合金化和鋼水罐內(nèi)補加鎳的方式實現(xiàn)06Ni9DR鋼的鎳元素合金化。一般控制鋼水鎳含量8.8%~9.3%。

      金屬鎳熔點為1 455℃,冶煉過程中前、后半鋼局部熔池溫度遠遠高于其熔點溫度,加上吹煉過程的強攪拌作用,使加入的電解鎳合金順利熔化。一般情況,隨著熔池溫度的升高,轉(zhuǎn)爐內(nèi)電解鎳熔化效果明顯,鋼水鎳含量變化顯著。

      實際生產(chǎn)中,前半鋼脫磷冶煉前加入轉(zhuǎn)爐電解鎳合金8.46~8.70 t,后半鋼脫碳冶煉終點根據(jù)鋼水鎳含量情況,向鋼水罐內(nèi)加入電解鎳合金0.1~0.2 t。前、后半鋼累計加入電解鎳8.56~8.80 t。前半鋼脫磷冶煉裝入量106~110 t,吹損約4.5%~4.7%,后半鋼脫碳冶煉裝入量101~105 t,吹損約9%~11%。圖6為前半鋼脫磷冶煉終點鎳含量與終點溫度的關(guān)系。由圖6可以看出,按照上述工藝控制,可以獲得前半鋼脫磷冶煉終點鋼水鎳含量8.28%~8.70%。

      圖7為后半鋼脫碳冶煉終點鎳含量與終點溫度的關(guān)系。由圖7可以看出,后半鋼脫碳冶煉終點鎳含量可以達到8.8%~9.3%,達到了控制目標。

      生產(chǎn)實踐表明,后半鋼脫碳冶煉增加點吹時,隨著吹損的增加,鋼水鎳含量增加0.10%~0.15%,極易造成鋼水鎳含量超過控制上限。一般根據(jù)鋼水化驗成分預(yù)留100~200 kg的電解鎳進行鋼水罐內(nèi)補加。表5為一次補吹命中爐次終點點吹前后鎳含量的變化情況。

      表5 一次補吹命中爐次點吹前、后鎳含量變化 %

      3 應(yīng)用效果

      3.1 產(chǎn)量

      隨著市場需求的變化,以06Ni9DR為代表的高鎳低溫LNG用鋼的產(chǎn)能變化顯著。以2013年3~11月期間生產(chǎn)為例,月產(chǎn)能達到300~1 400 t。2013年各生產(chǎn)月份產(chǎn)能如圖8所示,一般采用每澆次3~5罐的生產(chǎn)模式。

      3.2 關(guān)鍵參數(shù)控制

      2013年7~9月部分爐次轉(zhuǎn)爐終點鎳含量、磷含量控制水平見圖9。由圖9可以看出,轉(zhuǎn)爐終點磷含量、鎳含量控制相對穩(wěn)定,終點磷含量為0.001 8%~0.004 5%,鎳含量為8.8%~9.3%。

      4 結(jié)論

      (1)采用轉(zhuǎn)爐前半鋼脫磷與后半鋼脫碳雙聯(lián)法冶煉工藝,可以實現(xiàn)06Ni9DR鋼種轉(zhuǎn)爐終點磷含量小于0.005%的控制效果。

      (2)調(diào)整前、后半鋼終點溫度、點吹操作等可以穩(wěn)定控制鋼水鎳元素含量為8.8%~9.3%,實現(xiàn)06Ni9DR鋼的規(guī)?;a(chǎn)。

      [1] 馬向峰,陳永東,解朝暉.LNG儲罐用06Ni9鋼板的質(zhì)量控制究 [J].壓力容器,2011,28(7):40-44.

      [2] 劉東風(fēng).液化天然氣儲罐用低溫9Ni鋼的研究及應(yīng)用[J].鋼鐵研究學(xué)報,2009,2l(9):1-5.

      [3] 馬勇,王曉峰.轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)法冶煉超低磷鋼工藝研究 [J].鞍鋼技術(shù),2013(3):11-15.

      [4] 李新林,謝炳馨,賈紅玉,等.轉(zhuǎn)爐煉鋼快速成渣工藝探討[J].河南冶金,2000(6):49-50.

      [5] 潘秀蘭,王艷紅,梁惠智,等.轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)法煉鋼工藝的新進展[J].鞍鋼技術(shù),2007(5):5-10.

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