高壓鍋爐用20G圓管坯的研制開發(fā)

李勇生

（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，河北涉縣056404）

高壓鍋爐用20G圓管坯的研制開發(fā)

李勇生

（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，河北涉縣056404）

為滿足用戶對(duì)產(chǎn)品性能的特殊要求，天鐵集團(tuán)通過(guò)自主設(shè)計(jì)產(chǎn)品成分、科學(xué)制定生產(chǎn)工藝、嚴(yán)格管控生產(chǎn)過(guò)程，成功研制開發(fā)出高壓鍋爐用圓管坯20G，取得了較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

高壓鍋爐；圓管坯；研制

1 引言

天鐵集團(tuán)煉鋼廠R9m全弧形五機(jī)五流圓坯連鑄機(jī)投產(chǎn)于2008年10月，與之相匹配的還有2臺(tái)LF精煉爐和1臺(tái)VD真空精煉爐。該連鑄機(jī)配備大中包稱重系統(tǒng)、塞棒+整體式浸入式水口澆注系統(tǒng)、外置式結(jié)晶器電磁攪拌系統(tǒng)、結(jié)晶器液面自動(dòng)控制系統(tǒng)、氣水霧化冷卻系統(tǒng)等先進(jìn)裝備，可生產(chǎn)規(guī)格為Φ150 mm、Φ180 mm、Φ210 mm的圓管坯，產(chǎn)品以石油套管、優(yōu)碳鋼、管線鋼、鍛造用鋼等為主。為豐富產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，充分挖掘設(shè)備潛能，天鐵集團(tuán)研制開發(fā)了高壓鍋爐用圓管坯20G。通過(guò)自主設(shè)計(jì)產(chǎn)品成分、科學(xué)制定生產(chǎn)工藝、嚴(yán)格管控生產(chǎn)過(guò)程，成功生產(chǎn)出滿足用戶要求的合格產(chǎn)品。

2 高壓鍋爐用圓管坯的技術(shù)要求

2．1 成分設(shè)計(jì)

高壓鍋爐用圓管坯軋制成無(wú)縫管后主要用于制造中高壓蒸汽鍋爐管道等。鍋爐管道經(jīng)常處于高溫和高壓的工作條件，在高溫?zé)煔夂退魵獾淖饔孟乱装l(fā)生氧化和腐蝕，因此要求管道有較高的持久強(qiáng)度和較高的抗氧化性能，還要具有良好的組織穩(wěn)定性。

針對(duì)鍋爐用鋼的特殊性能要求，參考國(guó)標(biāo)《GB 5310-2008高壓鍋爐用無(wú)縫鋼管》，結(jié)合天鐵的生產(chǎn)設(shè)備條件，設(shè)計(jì)出高壓鍋爐用圓管坯20G的化學(xué)成分，見表1。

同時(shí)要求酸溶鋁含量不大于0．010%；氣體含量要求為H≤2×10-6，O≤40×10-6，N≤70×10-6；有害元素含量要求為As≤0．020%，Sb≤0．015%，Bi≤0．010%，Sn≤0．020%，Pb≤0．020，Zn≤0．020，且As+ Sb+Bi+Sn+Pb≤0．050%。

2．2 質(zhì)量要求

2．2．1 外形

要求直徑允許偏差為±1．4%d（d為圓管坯公稱直徑）；長(zhǎng)度允許偏差為0～+50 mm；彎曲度≤5 mm/ m；端面切斜度≤4%d；橢圓度≤2．5%d（避開扁平區(qū)測(cè)量）。

2．2．2 表面質(zhì)量

表面不得有肉眼可見的結(jié)疤、氣孔、針孔、重皮、裂紋存在。允許深度不大于2．0 mm的機(jī)械劃傷及壓痕存在。表面缺陷允許清理，清理深度從實(shí)際尺寸算起不得大于圓管坯公稱直徑的4%。

表1 天鐵20G高壓鍋爐用圓管坯化學(xué)成分 /%

2．2．3 內(nèi)部質(zhì)量

內(nèi)部質(zhì)量采用酸浸方法進(jìn)行檢驗(yàn)，酸浸方法按GB/T 226進(jìn)行。在圓管坯截面酸浸低倍組織試片上不允許有翻皮、白點(diǎn)、異金屬夾雜物等影響軋制的缺陷。參考YB/T 4149-2006附錄A，合格級(jí)別應(yīng)符合表2規(guī)定。

表2 低倍組織缺陷合格級(jí)別（級(jí)）

2．2．4 非金屬夾雜物

非金屬夾雜物應(yīng)保證在圓管坯軋制成鋼管后進(jìn)行非金屬夾雜物檢驗(yàn)，鋼管的非金屬夾雜物按GB/T 10561-1989中A法進(jìn)行非金屬夾雜物檢驗(yàn)評(píng)級(jí)，其檢驗(yàn)結(jié)果符合表3的規(guī)定。

表3 夾雜物微觀檢驗(yàn)結(jié)果限定值（級(jí)）

3 高壓鍋爐用圓管坯的生產(chǎn)工藝

高壓鍋爐用圓管坯20G的特殊工作條件決定了其對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求較高，特別是對(duì)鋼中各類夾雜物、氣體含量和有害元素含量有著嚴(yán)格的要求。為提高鋼水純凈度，保證產(chǎn)品質(zhì)量，采用的工藝流程為轉(zhuǎn)爐→LF精煉爐→VD真空精煉爐→R9m全弧形五機(jī)五流圓坯連鑄機(jī)→鑄坯檢驗(yàn)→入庫(kù)。通過(guò)LF精煉爐+VD真空精煉爐的雙精煉生產(chǎn)工藝，利用LF精煉爐精確調(diào)整鋼水溫度和成分，利用VD真空精煉爐有效去除鋼中夾雜物和氣體，可充分保證產(chǎn)品質(zhì)量。

3．1 轉(zhuǎn)爐工序

要求鐵水[S]＜0．035%，Sn、As、Sb、Pb、Bi五元素含量要低；廢鋼要純凈，不得含有鎳、銅、鉛等有色金屬；磚砌精煉專用鋼包充分預(yù)熱，底吹通暢。

轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)成分控制為C：0．04%～0．07%，P≤0．012%，S≤0．030%，終點(diǎn)溫度控制在1 630～1 660℃。轉(zhuǎn)爐合金結(jié)構(gòu)采用C粒+MnSi+FeSi+BaAlSi（80 kg）+純Al（10 kg），出鋼時(shí)加入石灰400kg，螢石120 kg，合成渣200 kg。合金必須經(jīng)烘烤方可使用。采用擋渣帽、擋渣標(biāo)雙擋渣出鋼，出鋼時(shí)間≥170 s，出鋼過(guò)程至鋼包吊起前全程底吹氬氣。要求精煉包底吹透氣性良好，無(wú)大包沿、包圈。

為保證鋼水磷含量達(dá)到0．020%以下的要求，采取了雙渣法造渣，第1批加入石灰1 000 kg，白云石500 kg，吹煉約4 min，倒掉前期渣后，加入第2批料，1 600～1 900 kg石灰，900 kg白云石。要求全程化渣，終渣流動(dòng)性良好，終渣堿度控制在3．0～3．5。

3．2 LF精煉爐工序

鋼包到位后軟吹3 min，氬氣流量調(diào)節(jié)以頂渣渣面輕微蠕動(dòng)而不裸露液面為宜，測(cè)定鋼水溫度。向渣面加入鋁粒15 kg、多功能脫氧劑24 kg進(jìn)行脫氧，脫氧劑加入要以勤加少加為原則。加熱2 min后，加入石灰200 kg和適量螢石。第一次加熱完畢取樣，軟吹2 min后測(cè)溫，此時(shí)要保證頂渣具有一定的流動(dòng)性，表面無(wú)結(jié)塊、結(jié)殼。第二次加熱時(shí)，將剩余150 kg石灰粉若干小批加入，第二次加熱完畢前3 min加完。依據(jù)試樣成分，調(diào)整鋼中各元素至目標(biāo)值。LF爐精煉完畢后喂入50m硅鈣線再上VD爐。出站溫度控制在1 620～1 630℃。

LF精煉爐通過(guò)造白渣，充分發(fā)揮渣精煉去夾雜功能，達(dá)到去除鋼中夾雜物、提高鋼水純凈度的目的。

3．3 VD真空精煉爐工序

鋼包座在真空室后，打開氬氣閥門，將流量調(diào)至渣面輕微蠕動(dòng)狀態(tài)；測(cè)溫后，蓋好真空蓋，開始真空處理。逐級(jí)啟動(dòng)真空泵，使真空室內(nèi)真空度達(dá)到67 Pa以下。通過(guò)窺視孔觀察渣面高度和噴濺情況，調(diào)節(jié)氬氣流量。在包內(nèi)渣面趨向穩(wěn)定時(shí)，應(yīng)逐漸加大氬氣流量，以達(dá)到良好的脫氣、去夾雜效果。抽真空時(shí)間保證在15 min以上，高真空保持時(shí)間3 min以上。處理時(shí)間足夠后，將氬氣流量調(diào)至弱攪拌，然后再充氣破真空。之后喂入CaSi線80 m/爐，弱攪拌3 min以上，鎮(zhèn)靜5 min以上，再上連鑄澆注。出站溫度控制在1 575～1 585℃。

3．4 連鑄工序

中間包烘烤時(shí)間在5 h以上，保證中間包溫度達(dá)到1 000℃以上。中間包水口采用負(fù)壓抽風(fēng)烘烤，并外裹保溫棉，保證水口溫度達(dá)到要求，并保證水口碗部無(wú)異物。中間包內(nèi)鋼水達(dá)到13 t時(shí)開澆，中包溫度控制在1 535～1 550℃。采用全程保護(hù)澆注工藝，大包水口保護(hù)套管加密封墊并使用氬封。中包使用低碳?jí)A性覆蓋劑（或吸渣劑）+炭化稻殼，先加入覆蓋劑，形成足夠的液渣層后再加入炭化稻殼保溫。中包開澆正常后轉(zhuǎn)換成結(jié)晶器液面自動(dòng)控制，使用專用保護(hù)渣。拉速控制在2．4～2．7 m/min，結(jié)晶器振幅為±4．5 mm。電磁攪拌參數(shù)為頻率2 Hz，電流360 A。比水量為0．50 L/kg，二冷水壓力要求在0．8～1．2 MPa。結(jié)晶器水流量為100～110 t/h，壓力要求在0．8～1．0 MPa。矯直溫度要求在1 080℃左右。鑄坯在冷床冷卻后，再堆垛緩冷，嚴(yán)禁對(duì)鑄坯打水冷卻。

3．5 產(chǎn)品質(zhì)量

通過(guò)對(duì)產(chǎn)品成分和生產(chǎn)工藝的精心設(shè)計(jì)，及對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的嚴(yán)格管控，天鐵集團(tuán)生產(chǎn)出的高壓鍋爐用圓管坯20G內(nèi)部、外部質(zhì)量均滿足用戶要求。已累計(jì)生產(chǎn)1 700余噸，合格率、命中率均達(dá)到100%。圓管坯直徑公差控制在±1．2%d，橢圓度≤2．0%d，長(zhǎng)度公差控制在0～+50 mm，彎曲度≤4 mm/m，端部切斜度≤3%d。鑄坯表面未發(fā)現(xiàn)質(zhì)量缺陷，低倍組織除少數(shù)0．5～1．0級(jí)的中心疏松外，未發(fā)現(xiàn)其他內(nèi)部缺陷。低倍組織情況見圖1。

圖1 高壓鍋爐用圓管坯低倍組織圖

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)努力，天鐵已較好地掌握了高壓鍋爐用圓管坯20G生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，產(chǎn)品質(zhì)量受到用戶好評(píng)。優(yōu)良的產(chǎn)品質(zhì)量不僅為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，還為進(jìn)一步開發(fā)高技術(shù)含量、高附加值產(chǎn)品積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

Research and Development of 20G Round Billet for High Pressure Boiler

LI Yong-sheng
(Technology Center of Tianjin Tiantie Metallurgical Group Co．,Ltd．,She County, Hebei Province 056404,China)

In order to fulfill the special requirement of the customer on product properties,Tiantie Group successfully developed 20G round billet for high pressure boiler through independently designing product composition,scientifically formulating production process and strictly controlling production process．High economic and social benefits were achieved．

high pressure boiler;round billet for tube application;development

10．3969/j．issn．1006-110X．2015．03．008

2015-01-05

2015-01-28

李勇生（1979—），男，工程師，主要從事新產(chǎn)品研發(fā)和質(zhì)量管理工作。