寶鋼t91鋼轉(zhuǎn)爐冶煉工藝探討

1、第十四屆全國(guó)煉鋼學(xué)術(shù)會(huì)議文集142寶鋼T91鋼轉(zhuǎn)爐冶煉工藝探討馬志剛徐海澄鄭建忠（寶鋼分公司煉鋼廠，上海200941）摘要：根據(jù)T91鋼的冶金及成分特性要求，從氮含量控制、多元合金成分控制、磷、硫的控制、總氧控制等方面，介紹了寶鋼T91轉(zhuǎn)爐冶煉的相關(guān)工藝技術(shù)。關(guān)鍵詞：T91鋼高壓鍋爐管轉(zhuǎn)爐工藝converterprocessdiscussionofBaosteel’sT91steelMaZhigang（SteelMakingPlant，

2、BaosteelBranch，Shanghai200941，China）Abstract：BasedonspecialrequirementofmetallurgicalacterschemicalcompositionsofT91steelconverterrelatedprocesstechniquesareintroducedinthepaperconcerningthecontrolofnitrogencontentmultia

3、lloycompositions[P]、[S]contenttotaloxygencontentetc.keywds：T91steelhighpressureboilertubeconverterprocess1前言T91高壓鍋爐管是80年代初由美國(guó)CE公司與美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合開(kāi)發(fā)成功的一種鋼種，該鋼是在T9鋼(9Cr1Mo)基礎(chǔ)上添加鈮、釩元素和控制適量的氮元素，通過(guò)鈮、釩和碳氮化合物的析出強(qiáng)化作用，提高鋼在600℃左右的蠕變斷

4、裂強(qiáng)度。T91鋼除保持優(yōu)良的抗高溫腐蝕性能優(yōu)點(diǎn)外，600℃的蠕變強(qiáng)度差不多是T9鋼的3倍，并且持久斷裂塑性穩(wěn)定。T91鋼所具有的優(yōu)異物理與機(jī)械綜合性能，得以在電站工程中投入了工業(yè)性應(yīng)用，廣泛用于德國(guó)、法國(guó)、英國(guó)、美國(guó)、加拿大等國(guó)家的大型火電機(jī)組，經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，T91鋼已成為一個(gè)比較成熟的超臨界鍋爐用鋼種。由于T91鋼冶煉及軋制難度很高，國(guó)內(nèi)鍋爐行業(yè)急需的T91高壓鍋爐管主要依靠進(jìn)口。隨著我國(guó)火力發(fā)電技術(shù)的進(jìn)步，發(fā)電設(shè)備向大容量發(fā)展

5、，蒸汽條件向高溫高壓方向發(fā)展，對(duì)T91高壓鍋爐管的需求量越來(lái)越大，要求寶鋼自制T91高壓鍋爐管的需求越來(lái)越迫切。在此背景條件下，寶鋼于2001年開(kāi)始研制、生產(chǎn)T91高壓鍋爐管，通過(guò)不斷試驗(yàn)攻關(guān)，目前已能穩(wěn)定批量生產(chǎn)T91高壓鍋爐管，這對(duì)寶鋼擴(kuò)大新產(chǎn)品、增加新經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，替代進(jìn)口產(chǎn)品都具有非常好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。2T91鋼的轉(zhuǎn)爐冶煉工藝2.1T91鋼成分特性T91鋼成分的具體特性為鋼中氮含量的要求為高氮含量控制，通過(guò)鈮、釩和碳氮化合物的析

6、出強(qiáng)化作用，可以提高鋼在600℃左右的蠕變斷裂強(qiáng)度；為了提高其高溫強(qiáng)度，在使用期間使鋼中各碳化物能緩慢析出，必須將釩含量控制在0.25%以下，同時(shí)添加Nb能進(jìn)一步提高其高溫強(qiáng)度，使C以NbC的形式固定下來(lái)；鋼中元素Mo是決定高Cr鐵素體耐熱鋼高溫蠕變斷裂強(qiáng)度的重要合金元素，高含量的Mo可起到固溶強(qiáng)化作用和碳化物及金屬間化合物(Fe2Mo)析出強(qiáng)化作用；鋼中S和P的含量都要求低，為了改善此鋼的純凈性和抗輻照脆化的要求，有研究表明，鋼中的硫

7、和硫化物是T91鍋爐管持久塑性降低的主要原因，S在晶界上偏析，形成非連續(xù)的MnS質(zhì)點(diǎn)，削弱了晶界，促使空洞形成，使延伸率下降；鋼中[H]、[O]、[N]的含量如不能控制到合理的水平，則鋼錠容易產(chǎn)生皮下氣孔，甚至冒漲，因此也增加了冶煉控制的難度；鋼中的鋁含量必須控制在較低的水平，須選擇適宜的脫氧方法限制脫氧時(shí)加入的鋁含量，因?yàn)槊撗鹾髿埩粼阡撝械匿X含量相對(duì)較高時(shí)它優(yōu)先與氮結(jié)合影響了起析出強(qiáng)化作用的(NbV)(CN)的析出第十四屆全國(guó)煉鋼學(xué)術(shù)

8、會(huì)議文集144????????????Cr%045.0Mn%023.0Mo%01.0Ni%01.0Si%047.0C%13.0fN??????式中[%N]e：平衡N濃度；T：鋼液溫度(k)；fN：活度系數(shù)熱力學(xué)條件完全滿足T91鋼液增氮至300～700ppm的要求，但如此高的含氮鋼種在寶鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼廠冶煉屬首例，工藝控制上由于缺乏經(jīng)驗(yàn)有相當(dāng)?shù)碾y度，因此如何在成本最優(yōu)的基礎(chǔ)上，對(duì)鋼水進(jìn)行穩(wěn)定順利地增氮成為T(mén)91鋼種處理的關(guān)鍵工藝之一。通過(guò)充

9、分摸索轉(zhuǎn)爐吹煉的增氮規(guī)律，精煉各工序的增氮規(guī)律，RH精煉的脫氮規(guī)律及向鋼液加氮化物合金的增氮規(guī)律，最終摸索出整套精確控制T91成品終點(diǎn)氮技術(shù)。T91成品氮含量平均為477ppm，標(biāo)準(zhǔn)偏差為45ppm完全能精確穩(wěn)定地控制成品氮含量。3.2多元合金成分的控制T91鋼的冶煉難度較大，特別是其合金成分的控制，此鋼種的合金總量高達(dá)10.5％，對(duì)300t轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)，合金加入總量超過(guò)40ton合金加入量大，一方面造成鋼水量變化大，另一方面合金控制的元素

10、又多，鋼中的碳含量又低，因此要穩(wěn)定合理地控制T91鋼中合金成分難度較大。通過(guò)研究各種合金元素在不同工序加入時(shí)的收得率，同時(shí)建立各工序合理的合金控制方案，各合金成分的控制水平如表2所示，各合金元素的實(shí)績(jī)成品成分全部控制在內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)成分范圍內(nèi)，而且經(jīng)統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)偏差較小，這一方面說(shuō)明了T91的煉鋼成分控制技術(shù)穩(wěn)定合理，另一方面也開(kāi)拓了合金總量高達(dá)10％以上高合金鋼的轉(zhuǎn)爐冶煉模式。表2T91成品主要合金成分控制水平（單位：%）CSiMnCrMoVNb

11、標(biāo)準(zhǔn)偏差0.00880.0130.0220.040.0020.0050.00343.3磷、硫的控制根據(jù)T91鋼的成分特性，鋼中P和S的含量都要求越低越好，對(duì)磷的控制主要采用了轉(zhuǎn)爐大渣量低溫脫磷工藝技術(shù)，對(duì)硫的控制主要采用了LF爐的深脫硫工藝技術(shù)，最終成品磷如圖2所示，基本可以穩(wěn)定控制在150ppm以下理想水平，最終成品硫如圖3所示，基本可以控制在10ppm的低硫水平，而且從圖中可看出成品[P]和[S]的變化趨勢(shì)隨處理工藝的不斷完善穩(wěn)步下

12、降。0.0100.0110.0120.0130.0140.0150.0160.0170.0180.019010203040統(tǒng)計(jì)爐次成品成分[P](%)圖2T91成品磷的分布情況圖3T91成品硫的分布情況3.4總氧的控制T91鋼脫氧后如果殘留在鋼中的鋁含量較高由于它優(yōu)先與N結(jié)合影響了起析出強(qiáng)化作用的(NbV)(CN)析出數(shù)量是T91持久強(qiáng)度降低的一個(gè)原因因此對(duì)鋁含量加以限制是非常必要的。要保證T91鋼的性能必須選擇適宜的脫氧方法限制脫氧時(shí)