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      30Cr2Ni4MoV轉(zhuǎn)子鋼冶煉過程中N含量的控制

      2018-07-06 09:04:32上海電氣上重鑄鍛有限公司冶鑄分廠上海200245
      大型鑄鍛件 2018年4期
      關(guān)鍵詞:精煉爐合金化鋼液

      黃 飛(上海電氣上重鑄鍛有限公司冶鑄分廠,上海200245)

      汽輪機低壓轉(zhuǎn)子是發(fā)電設(shè)備的關(guān)鍵零件,一般要求其使用壽命在10年以上,為了達到這一技術(shù)標準,需要低壓轉(zhuǎn)子材料具有足夠的強度、較高的塑性、韌性和低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度(FATT),以滿足其在350℃左右長期高速運行中承受的巨大離心力和扭轉(zhuǎn)力矩作用[1]。30Cr2Ni4MoV作為國內(nèi)常用的低壓轉(zhuǎn)子材料,其對FATT有嚴格的要求[2-3]。相關(guān)的研究表明,隨著N元素含量在30Cr2Ni4MoV鋼中的增加,其FATT溫度明顯升高[4];同時,當(dāng)鋼中[N]含量較高時,隨著工作時間的延長,鋼材會產(chǎn)生應(yīng)變時效,塑性和韌性明顯下降[5],所以生產(chǎn)上要求30Cr2Ni4MoV熔煉鋼水中的[N]≤70×10-6。我公司針對30Cr2Ni4MoV的生產(chǎn)工藝流程分析鋼中[N]的來源,使30Cr2Ni4Mo冶煉生產(chǎn)中的[N]含量滿足工藝要求。

      1 30Cr2Ni4MoV鋼生產(chǎn)工藝流程

      30Cr2Ni4MoV是中合金結(jié)構(gòu)鋼,主要合金成分為Cr、Ni、Mo和V,其化學(xué)成分要求如表1所示。

      由于低壓轉(zhuǎn)子運行過程中,Si會加速P、As、Sn等雜質(zhì)元素的晶界偏聚,使FATT顯著上升,所以對30Cr2Ni4MoV鋼應(yīng)嚴格控制Si含量。同時,轉(zhuǎn)子鋼對檢測要求嚴格,所以我公司采用真空碳脫氧工藝(VCD),利用在真空條件下C的脫氧能力增強到和Si、Al相近的水平,來去除鋼液中的N。由于VCD的脫氧產(chǎn)物是CO氣體,會迅速逸出鋼液,能顯著減少夾雜物的量[6]。我公司30Cr2Ni4MoV鋼的生產(chǎn)工藝流程為:EBT→LF→VD→中間包→VCD,其中電爐采用偏心爐底出鋼(EBT),直接將氧化鋼水放鋼至精煉爐進行還原、真空脫氣及合金化,待精煉爐鋼水成分和溫度滿足工藝,至真空坑進行真空澆鑄。

      2 鋼液增氮脫氮的理論基礎(chǔ)

      2.1 鋼液增氮的理論基礎(chǔ)

      表1 30Cr2Ni4MoV鋼主要化學(xué)成分要求(質(zhì)量分數(shù),%)Table 1 Main chemical composition requirements of 30Cr2Ni4MoV steel (mass fraction, %)

      表2 鋼液中常見化學(xué)元素對N的相互作用系數(shù)(T=1873K)Table 2 Interaction coefficient of common chemical elements on N in liquid steel (T=1873K)

      表3 30Cr2Ni4MoV鋼熔清至出鋼的[N]變化情況(質(zhì)量分數(shù),%)Table 3 Change of [N] from melting to tapping of 30Cr2Ni4MoV steel (mass fraction, %)

      在冶煉條件下,空氣中的氮氣會發(fā)生如下反應(yīng):

      (1)

      式中,ΔGo表示標準狀態(tài)時反應(yīng)的吉布斯自由能變化,單位為J/mol;T表示溫度,單位為K。

      經(jīng)過范特霍夫等溫變換[7]和代入相關(guān)系數(shù),經(jīng)數(shù)學(xué)處理,可得[8]:

      (2)

      由式(1)、式(2)可知,影響鋼液中氮溶解度主要有4個因素:溫度、氮分壓、合金元素含量和N元素的相互作用系數(shù)[9]。鋼液中常見化學(xué)元素對氮的相互作用系數(shù)如表2所示。

      2.2 鋼液脫氮的理論基礎(chǔ)

      對于式(1),其實際反應(yīng)的吉布斯自由能可以表示為:

      (3)

      式中:ΔG為實際狀態(tài)下反應(yīng)的吉布斯自由能變化,單位為J/mol;[N](平)為反應(yīng)達到平衡時鋼液中的[N]含量,%;PN2(平)為反應(yīng)達到平衡時的氮分壓,單位為Pa。

      由式(3)可以看到,當(dāng)PN20,反應(yīng)可逆向進行,即能脫除鋼液中的[N]。所以生產(chǎn)上是采取改變PN2的方法,目前國內(nèi)外通常采取真空脫氮和氣泡攜帶法脫氮[10]。

      3 冶煉過程中氮的變化與分析

      3.1 冶煉30Cr2Ni4MoV鋼氮的變化情況

      我公司近年來冶煉30Cr2Ni4MoV鋼較多,冶煉過程中N的變化如表3所示。

      3.2 電爐冶煉時N的來源與變化分析

      電爐在冶煉過程中的增氮主要是兩個方面[11]:冶煉時的增氮和出鋼時的增氮。冶煉過程N的來源主要有兩方面:一是廢鋼等廢料不規(guī)范,混入了一些高氮鋼切頭,或是造渣材料的保管不當(dāng),這可以通過科學(xué)規(guī)范的管理避免;二是冶煉通電過程中,爐內(nèi)的氮分壓較高,可達78 kPa,在電弧的作用下,空氣中的N會在鋼水裸露過程中吸入溶解進入鋼水[12]。但電爐在冶煉的過程中還伴隨著脫碳反應(yīng)的進行,鋼液脫碳的熱力學(xué)反應(yīng)式為:

      [C]+(FeO)=[Fe]+CO(g)
      ΔGo=98799-90.76T

      (4)

      從式(4)可以看到脫碳反應(yīng)的產(chǎn)物為CO氣體,在冶煉過程中,隨著碳氧化過程的進行,產(chǎn)生的CO不斷逸出熔池,CO氣泡相當(dāng)于一個小的真空室,里面的氮分壓極低,鋼液中的氮容易進入氣泡而被排除,所以保證脫碳量是電爐脫氮的有效保證,電爐脫碳量與電爐脫氮率的關(guān)系如圖1所示。由圖1可以看到,當(dāng)脫碳量<0.10%時,鋼液的脫氮率很小,乃至發(fā)生增氮,所以在冶煉30Cr2Ni4MoV鋼時需要足夠的脫碳量??紤]到脫碳反應(yīng)還能促進鋼液中夾雜上浮,提高鋼液的純凈度,所以脫碳量控制在0.40%~0.60%較為合適。

      圖1 電爐脫碳量與脫氮率的關(guān)系圖Figure 1 Relationship between decarburization amount and denitrification rate in electric furnace

      而在出鋼時,考慮到后續(xù)精煉爐需要補加大量合金,所以我公司出鋼[C]一般≤0.10%,而鋼水中的[C]和[O]存在如下平衡關(guān)系式[C]×[O]=M。在煉鋼條件下,M一般取0.0025,這就是常用的碳氧積計算公式[13],由此可計算出出鋼時鋼液中的[O]在0.025%左右。相關(guān)的研究[14]表明:在鋼液中[O]在0.02%~0.04%時,隨著鋼中O含量增加,鋼液的表面張力會下降,當(dāng)鋼中[O]達到0.02%時,鋼液表面Fe的活度下降70%以上。隨著[O]在鋼液表面的富集和Fe活度的下降,在出鋼過程中能有效的阻止鋼液的吸氮,電爐出鋼后至進精煉爐的氮變化情況如圖2所示。由圖2可以看到,電爐出鋼至進精煉爐N含量基本不變。

      圖2 電爐出鋼至精煉爐時N的變化Figure 2 Change of N content from tapping to refining furnace

      3.3 D精煉爐冶煉時氮的來源與變化分析

      精煉爐的主要任務(wù)是脫氧、脫硫、真空處理和調(diào)整鋼水成分及溫度[14]。下面就鋼水還原前后、合金化前后以及真空前后鋼液中N的變化情況進行分析。

      3.3.1 還原前后鋼液N含量的變化與分析

      精煉爐還原主要是脫除鋼液中的O和S,為鋼液的合金化創(chuàng)造條件。鋼液脫硫的反應(yīng)式[15]如下:

      [FeS]+(CaO)=(CaS)+(FeO)

      (5)

      反應(yīng)產(chǎn)物FeO則會與加入的Al粉、Ca-Si粉進行反應(yīng):

      (C)+[FeO]=CO(g)+3[Fe]

      (6)

      (Si)+2[FeO]=(SiO2)+2[Fe]

      (7)

      從式(5)、式(6)、式(7)可知,為了保證脫氧脫硫反應(yīng)的順利進行,需要大渣量的操作,并添加適量的螢石,保證爐渣的流動性良好,進行埋弧操作,確保鋼水不會裸露在大氣中,還原前后氮的變化情況如圖3所示。由圖3可以看到,在埋弧良好的情況下,還原前后鋼液中的N含量基本不變。

      圖3 精煉爐還原前后N的變化Figure 3 Change of N content before and after reduction in the refining furnace

      3.3.2 合金化前后鋼液N含量的變化與分析

      當(dāng)鋼液還原良好,保持白渣10 min,即進行合金化操作,30Cr2Ni4MoV鋼主要有Cr、Ni和Mo,合金化前后鋼液中N的變化情況如圖4所示。由圖4可以看到,隨著鉻鐵等合金的加入,鋼液中N含量明顯上升。

      圖4 精煉爐合金化前后N的變化Figure 4 Change of N content before and after alloying in the refining furnace

      這主要是由以下3個原因[16]造成的:1)由表2可知,Cr對N的相互作用系數(shù)為負值,會增加N在鋼水中的溶解量;2)由于鉻鐵生產(chǎn)工藝的特點,鉻鐵本身含有0.04%左右的氮,同時鉻鐵有很多氣孔,里面含有大量的空氣,空氣進入鋼水會增氮;3)大量鉻鐵的加入,帶來熔池溫度的急劇下降,不可避免的要延長通電升溫的時間,由于還原后爐渣變得稀薄,會使熔池與大氣直接接觸,從而造成鋼水增氮。

      從上述分析可知,要減少鋼液的增氮量,要使合金烘烤到一定的溫度,并在合金化前再吊至場地。這樣一方面使鉻鐵中的空氣隨高溫烘烤而逸出,另一方面可減少熔池在合金加入后的溫降,減少通電時間,這樣可以減少鋼液的增氮。

      3.3.3 真空前后N含量的變化與分析

      當(dāng)鋼液的成分和溫度達到要求,即進行鋼液的真空脫氣。研究表明[17],真空脫氮主要是靠氬氣泡攜帶完成,吹氬量越大,攪拌鋼液效果越好,可以加快N在鋼液中的傳質(zhì),使氮擴散進入氬氣泡被排除。同時,一個氬氣泡在真空過程中帶走的氮是一定的,鋼液的脫氮量取決于氬氣泡的多少,氬氣的氣泡越多,脫氮的效果越好,所以真空過程中要加大氬氣的流量,以吹破渣面為宜。

      真空度根據(jù)西華特定律可知,真空度越高,氣相的分壓越低,脫氣的效果越好,但30Cr2Ni4MoV鋼是采用VCD工藝生產(chǎn)的,需要鋼液中含有一定量的O,在真空澆鑄時C和O發(fā)生反應(yīng),產(chǎn)生的CO氣泡逸出鋼流,從而脫除鋼液中的H、O和夾雜物等。如果O含量過低,會影響VCD澆鑄時的效果,所以真空度不宜過低。在生產(chǎn)上,選用低真空,真空時間≥15 min即可。

      我公司采用真空度為2660~4000 Pa,真空時間為25 min,真空前后脫氮情況如圖5所示。由圖5可以看到,真空后氮明顯下降,且均≤70×10-6,說明采用的真空脫氣工藝正確有效。

      圖5 精煉爐真空前后N的變化Figure 5 Change of N content before and after vacuum in the refining furnace

      4 結(jié)語

      通過對增氮脫氮的熱力學(xué)和動力學(xué)反應(yīng)式進行分析,結(jié)合我公司EBT→LF流程生產(chǎn)30Cr2Ni4MoV鋼時氮變化情況的分析與控制實踐,可得出以下結(jié)論:

      (1)電爐的脫碳量對鋼水的脫氮率有重要的影響。當(dāng)脫碳量≤0.10%時,脫氮效果差,甚至?xí)龅?。為了保證脫氮的效果,生產(chǎn)上需要保證脫碳量≥0.40%。

      (2)精煉爐的增氮環(huán)節(jié)主要發(fā)生在合金化后,為了減少合金化時的增氮,可以采取烘烤合金至一定溫度,保證合金加入前有一定的溫度,減少熔池的溫降。

      (3)真空脫氣能顯著的減少鋼液中的N含量,采用VCD工藝時,真空度控制在2660~4000 Pa,真空時間控制在25 min,能使鋼液中的N≤70×10-6。

      (4)由于真空后爐渣稀薄,需要調(diào)小氬氣進行軟吹,同時需要縮短真空處理后至澆鑄的時間,減少鋼液的吸氮。

      [1] 陳睿愷. 30Cr2Ni4MoV鋼低壓轉(zhuǎn)子熱處理工藝的研究[D]. 上海:上海交通大學(xué),2012:1-6.

      [2] 陶凱,于慎君,韓璐,等. 汽輪機轉(zhuǎn)子材料的研究進展[J]. 材料導(dǎo)報,2012, 26(1):83-87.

      [3] 李雅武. 精煉30Cr2Ni4MoV低壓轉(zhuǎn)子材料在超超臨界機組上的應(yīng)用[J]. 汽輪機技術(shù),2006, 48(1):73-75.

      [4] 朱德年. 汽輪機轉(zhuǎn)子材料的FATT和ΔFATT.[J]. 上海汽輪機,1988(1):47-56.

      [5] 崔忠圻,覃耀春. 金屬學(xué)與熱處理:第2版[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,2007:123-130.

      [6] 黃飛. 提高25Cr2Ni4MoV中釩收得率的實踐[J]. 裝備技術(shù),2017(1):18-22.

      [7] 王海榮. “物理化學(xué)”中3個方程的關(guān)聯(lián)探析[J]. 河南教育學(xué)院學(xué)報,2010,19(1):57-58.

      [8] 齊磊. IF鋼氮含量控制技術(shù)研究[D]. 沈陽:東北大學(xué),2011:1-7.

      [9] 黃希祜. 鋼鐵冶金原理:第4版[M]. 北京:冶金工業(yè)出版社,2014:178-184.

      [10] 姜桂連. 低氮鋼的生產(chǎn)技術(shù)研究[J]. 冶金研究,2004(1):163-166.

      [11] 趙曉軍,孫學(xué)剛,耿江山. 八鋼70t電弧爐冶煉彈簧鋼鋼液中氮含量的控制[J]. 新疆鋼鐵,2006(3):15-17.

      [12] 于文馨,牛建平. 鋼中氫、氮、氧的來源及其控制[J]. 沈陽大學(xué)學(xué)報,2009,21(1):96-99.

      [13] 黃飛. 提高GX12CrMoWVNbN10-1-1中鎢收得率的實踐[J]. 煉鋼,2017,33(4):63-66.

      [14] 劉瀏. 爐外精煉工藝的發(fā)展[J] . 煉鋼,2001,17(4):2.

      [15] 袁志亮. LF精煉爐脫硫研究與應(yīng)用[J]. 金屬加工,2014(7):30.

      [16] 黃飛,朱偉偉,劉立鶴,等. ZG13Cr9Mo2Co1NiVNbNB的冶煉試制.[J]. 鋼鐵研究,2017,45(4):20-23.

      [17] 王經(jīng)民,于小方,李晶,等. LF/VD過程鋼液氮含量控制試驗研究[J]. 煉鋼,2003,19(4):56-59.

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