低碳高合金P91冶煉工藝研究

徐亞東，王亞男，葛慧超

（日照市產品質量監督檢驗所，山東 日照 276800）

2018年初某冶金公司中標國內某煤業集團有限責任公司煤炭間接液化項目超高壓蒸汽用無縫高合金管。該項目技術要求的P91金屬管技術指標（非金屬夾雜物級別、磷含量等指標）超出某冶金公司和國內批量生產該鋼管的實際水平。特別是非金屬夾雜物指標方面，實現起來存在極大的技術難度。對于煤化工行業高技術難度的高端無縫鋼管，目前能夠生產的企業國內尚為數不多。

為盡快搶占國內市場，針對生產該煤業集團有限責任公司合同無縫金屬管存在的技術難點，某冶金公司開展了提高金屬管的純凈度等指標的技術攻關，以提高該合同產品合格率，盡快進入石化P91國內市場，拓寬該產業高端無縫金屬管市場，擴大產業規模。

1 存在的問題分析

由于某煤業集團有限責任公司對P91鋼管的技術指標非常嚴格，如非金屬夾雜物要求：粗系、細系均為：A、C≤1級，B、D≤1.5級，且A+B+C+D≤3.5級；DS類夾雜物不大于1.5級。化學成分P含量不大于0.013%（目標≤0.010%）。

針對產品訂貨技術要求，達到指標的主要問題是目前P91無縫鋼管鋼管B、D及Ds類夾雜物含量高。在某冶金公司對2017年擠壓生產的P91鋼管夾雜物統計結果中可看出，2017年采用擠壓工藝生產的P91金屬管切掉部分冒口，批量生產的P91產品中夾雜物指標仍有18.6%不合格，而現行工藝要求鋼錠在擠壓過程中全部不切冒口，因此P91產品的夾雜物指標達到100%的合格率存在更大的難度。

2 針對問題制定的技術措施

2.1 控制電爐過氧，減少脫氧產物總量。

因P91低碳高合金出鋼碳冶煉工藝要求較低（≤0.05%），若吹氧工藝控制不合理，出鋼碳含量控制過低，會造成電爐鋼水過氧化，生成較多的脫氧產物。脫氧產物一旦形成則不能全部上浮被熔渣吸附，若生成較多的高熔點Al2O3脫氧產物，Al2O3易以絮狀或串簇狀的形態滯留在鋼液中；同時來不及充分上浮的硅酸鹽類夾雜物（C類夾雜物）也易滯留在鋼液中，從而造成鋼中夾雜物指標高。因此控制電爐冶煉不過氧或較小程度的過氧成為控制夾雜物水平不超標的技術關鍵及難點。

同時由于電爐鋼水全氧含量高，若充分脫氧會增加精煉工序的還原時間，形成過多的脫氧產物，增加夾雜物數量。因此有必要從控制電爐粗煉鋼水過氧為控制鋼中夾雜物指標的關鍵技術。同時對于冶煉低磷鋼，冶煉時間長，易造成鋼水過氧化嚴重，縮短脫磷時間，控制電爐吹氧量為技術難點。

電爐冶煉過程中若吹氧壓力過低則會造成氧氣射流短且分散，造成鋼液嚴重過氧化且鋼液成分及溫度不均勻。而在吹氧時采用間斷吹氧，并控制脫碳期吹氧壓力為0.8MPa～0.9MPa，則可確保爐壁氧槍噴出的氧氣射流形成集束射流，且射流長度達到1200mm以上，氧氣可均勻噴射入鋼液中，可有效地避免鋼液過氧化。電爐冶煉過程中總吹氧量控制為≤40NM3/t鋼。

2.2 優化電爐過程中的脫氧工藝

電爐冶煉全部采用鋁等沉淀脫氧劑進行沉淀脫氧，造成鋼中脫氧形成的夾雜物較多，使得冶煉過程中實現B、D≤1.5級，且A+B+C+D≤3.5級；DS夾雜物不大于1.5級的P91鋼，極為困難。若在電爐出鋼過程中全部采用擴散脫氧，則造成脫氧時間過長。

利用碳粉預脫氧反應生成的是CO氣體，不會污染鋼液的特點，在電爐出鋼過程中先采用碳粉預脫氧脫除部分氧，后用鋁球沉淀脫氧，產生的脫氧產物Al2O3易于聚集且能快速浮出鋼液。電爐出鋼過程中采用碳粉預脫氧，減少Al2O3等夾雜物，但當碳加入量不當時會造成增碳，因此采用合適的碳粉預脫氧結合鋁球預脫氧技術可以有效地減少其中夾雜物這一技術難點。

采用電爐鋼水出到2噸時，向鋼包中添加30kg的碳粉或增碳劑進行預脫氧，控制鋼水出到5噸后再加60公斤～70公斤的鋁球進行沉淀脫氧，以達到減少鋼中Al2O3等脫氧產物的目的。同時利用電爐出鋼過程中良好的動力學條件為脫氧產物提供充分的上浮、長大時間，以減少后續精煉生成過多的夾雜物。

2.3 優化LF工序擴散脫氧工藝

在LF精煉工序全程采用擴散脫氧的方式脫氧。擴散脫氧采用的工藝方法是向渣面加入鋁粉、硅鐵粉、碳粉、電石等比重輕的脫氧劑，使脫氧劑全部在渣面上進行氧化鐵的還原反應。精煉過程不間斷擴散脫氧，持續保持熔渣還原性，防止精煉過程鋼水的多次污染。

針對精煉過程受到空氣氧化及添加合金過程氧化的多次污染，會出現熔渣還原性波動的現狀，采取封閉爐蓋與鋼包上口之間的間隙，并根據熔渣顏色的變化，不間斷分批次添加鋁粉、電石、硅鐵粉進行擴散脫氧，持續保持熔渣白渣時間20min以上。VD前后加鋁粉，脫除熔渣吸入的氧。精煉后期微調成分添加合金時，后再次污染鋼液，若不及時添加脫氧劑脫除，會影響精煉效果，因此必須盡快完成成分調整，重新調整熔渣為白渣。

硅、鋁、碳在不同的溫度、成分條件下表現出不同的脫氧能力，硅鐵粉在低溫時擴散脫氧能力較強，碳粉、鋁粉在高溫下且鋼中酸溶鋁含量低于0.025%時的脫氧能力較強，先用碳粉、電石、硅鐵粉脫氧，可充分發揮硅鐵粉的脫氧能力，并加快脫氧速度，后用鋁粉脫氧，并控制脫氧過程中的酸溶鋁含量低于0.025%。

2.4 嚴格控制精煉過程中酸溶鋁含量

精煉后將鋼中成分鋁含量控制為0.010%～0.015%，將鋼中鋁含量控制到較低，避免凝固過程生成大量的Al2O3等夾雜物。同時根據精煉過程中酸溶鋁與鋼液中氧存在的定量關系，通過控制鋼液中的酸溶鋁，達到控制鋼液中氧含量的目的。

3 結論

（1）摸索出電爐不同冶煉階段吹氧工藝，將出碳控制為0.04%～0.05%，突破了控制電爐冶冶煉水過氧關鍵技術。

（2）采用電爐冶煉過程先碳粉脫氧，后采用鋁球沉淀脫氧，最后于精煉過程擴散脫氧的脫氧制度，減少了沉淀脫氧生成的脫氧產物量，突破了減少夾雜物及沉淀脫氧夾雜物上浮困難關鍵技術。

（3）采用精煉過程不間斷擴散脫氧，調氮后、加最后一批合金后，持續保持了熔渣還原性，突破了防止精煉過程鋼水的多次污染關鍵技術。

（4）擴散脫氧過程中，利用不同溫度、成分條件下脫氧劑的脫氧能力及特性，采用高溫時用鋁粉脫氧，控制鋁含量，提高了脫氧效率及能力，突破了高溫下硅脫氧慢，高鋁下鋁脫氧慢等關鍵技術。