低碳高合金P91冶炼工艺研究

徐亚东，王亚男，葛慧超

（日照市产品质量监督检验所，山东 日照 276800）

2018年初某冶金公司中标国内某煤业集团有限责任公司煤炭间接液化项目超高压蒸汽用无缝高合金管。该项目技术要求的P91金属管技术指标（非金属夹杂物级别、磷含量等指标）超出某冶金公司和国内批量生产该钢管的实际水平。特别是非金属夹杂物指标方面，实现起来存在极大的技术难度。对于煤化工行业高技术难度的高端无缝钢管，目前能够生产的企业国内尚为数不多。

为尽快抢占国内市场，针对生产该煤业集团有限责任公司合同无缝金属管存在的技术难点，某冶金公司开展了提高金属管的纯净度等指标的技术攻关，以提高该合同产品合格率，尽快进入石化P91国内市场，拓宽该产业高端无缝金属管市场，扩大产业规模。

1 存在的问题分析

由于某煤业集团有限责任公司对P91钢管的技术指标非常严格，如非金属夹杂物要求：粗系、细系均为：A、C≤1级，B、D≤1.5级，且A+B+C+D≤3.5级；DS类夹杂物不大于1.5级。化学成分P含量不大于0.013%（目标≤0.010%）。

针对产品订货技术要求，达到指标的主要问题是目前P91无缝钢管钢管B、D及Ds类夹杂物含量高。在某冶金公司对2017年挤压生产的P91钢管夹杂物统计结果中可看出，2017年采用挤压工艺生产的P91金属管切掉部分冒口，批量生产的P91产品中夹杂物指标仍有18.6%不合格，而现行工艺要求钢锭在挤压过程中全部不切冒口，因此P91产品的夹杂物指标达到100%的合格率存在更大的难度。

2 针对问题制定的技术措施

2.1 控制电炉过氧，减少脱氧产物总量。

因P91低碳高合金出钢碳冶炼工艺要求较低（≤0.05%），若吹氧工艺控制不合理，出钢碳含量控制过低，会造成电炉钢水过氧化，生成较多的脱氧产物。脱氧产物一旦形成则不能全部上浮被熔渣吸附，若生成较多的高熔点Al2O3脱氧产物，Al2O3易以絮状或串簇状的形态滞留在钢液中；同时来不及充分上浮的硅酸盐类夹杂物（C类夹杂物）也易滞留在钢液中，从而造成钢中夹杂物指标高。因此控制电炉冶炼不过氧或较小程度的过氧成为控制夹杂物水平不超标的技术关键及难点。

同时由于电炉钢水全氧含量高，若充分脱氧会增加精炼工序的还原时间，形成过多的脱氧产物，增加夹杂物数量。因此有必要从控制电炉粗炼钢水过氧为控制钢中夹杂物指标的关键技术。同时对于冶炼低磷钢，冶炼时间长，易造成钢水过氧化严重，缩短脱磷时间，控制电炉吹氧量为技术难点。

电炉冶炼过程中若吹氧压力过低则会造成氧气射流短且分散，造成钢液严重过氧化且钢液成分及温度不均匀。而在吹氧时采用间断吹氧，并控制脱碳期吹氧压力为0.8MPa～0.9MPa，则可确保炉壁氧枪喷出的氧气射流形成集束射流，且射流长度达到1200mm以上，氧气可均匀喷射入钢液中，可有效地避免钢液过氧化。电炉冶炼过程中总吹氧量控制为≤40NM3/t钢。

2.2 优化电炉过程中的脱氧工艺

电炉冶炼全部采用铝等沉淀脱氧剂进行沉淀脱氧，造成钢中脱氧形成的夹杂物较多，使得冶炼过程中实现B、D≤1.5级，且A+B+C+D≤3.5级；DS夹杂物不大于1.5级的P91钢，极为困难。若在电炉出钢过程中全部采用扩散脱氧，则造成脱氧时间过长。

利用碳粉预脱氧反应生成的是CO气体，不会污染钢液的特点，在电炉出钢过程中先采用碳粉预脱氧脱除部分氧，后用铝球沉淀脱氧，产生的脱氧产物Al2O3易于聚集且能快速浮出钢液。电炉出钢过程中采用碳粉预脱氧，减少Al2O3等夹杂物，但当碳加入量不当时会造成增碳，因此采用合适的碳粉预脱氧结合铝球预脱氧技术可以有效地减少其中夹杂物这一技术难点。

采用电炉钢水出到2吨时，向钢包中添加30kg的碳粉或增碳剂进行预脱氧，控制钢水出到5吨后再加60公斤～70公斤的铝球进行沉淀脱氧，以达到减少钢中Al2O3等脱氧产物的目的。同时利用电炉出钢过程中良好的动力学条件为脱氧产物提供充分的上浮、长大时间，以减少后续精炼生成过多的夹杂物。

2.3 优化LF工序扩散脱氧工艺

在LF精炼工序全程采用扩散脱氧的方式脱氧。扩散脱氧采用的工艺方法是向渣面加入铝粉、硅铁粉、碳粉、电石等比重轻的脱氧剂，使脱氧剂全部在渣面上进行氧化铁的还原反应。精炼过程不间断扩散脱氧，持续保持熔渣还原性，防止精炼过程钢水的多次污染。

针对精炼过程受到空气氧化及添加合金过程氧化的多次污染，会出现熔渣还原性波动的现状，采取封闭炉盖与钢包上口之间的间隙，并根据熔渣颜色的变化，不间断分批次添加铝粉、电石、硅铁粉进行扩散脱氧，持续保持熔渣白渣时间20min以上。VD前后加铝粉，脱除熔渣吸入的氧。精炼后期微调成分添加合金时，后再次污染钢液，若不及时添加脱氧剂脱除，会影响精炼效果，因此必须尽快完成成分调整，重新调整熔渣为白渣。

硅、铝、碳在不同的温度、成分条件下表现出不同的脱氧能力，硅铁粉在低温时扩散脱氧能力较强，碳粉、铝粉在高温下且钢中酸溶铝含量低于0.025%时的脱氧能力较强，先用碳粉、电石、硅铁粉脱氧，可充分发挥硅铁粉的脱氧能力，并加快脱氧速度，后用铝粉脱氧，并控制脱氧过程中的酸溶铝含量低于0.025%。

2.4 严格控制精炼过程中酸溶铝含量

精炼后将钢中成分铝含量控制为0.010%～0.015%，将钢中铝含量控制到较低，避免凝固过程生成大量的Al2O3等夹杂物。同时根据精炼过程中酸溶铝与钢液中氧存在的定量关系，通过控制钢液中的酸溶铝，达到控制钢液中氧含量的目的。

3 结论

（1）摸索出电炉不同冶炼阶段吹氧工艺，将出碳控制为0.04%～0.05%，突破了控制电炉冶冶炼水过氧关键技术。

（2）采用电炉冶炼过程先碳粉脱氧，后采用铝球沉淀脱氧，最后于精炼过程扩散脱氧的脱氧制度，减少了沉淀脱氧生成的脱氧产物量，突破了减少夹杂物及沉淀脱氧夹杂物上浮困难关键技术。

（3）采用精炼过程不间断扩散脱氧，调氮后、加最后一批合金后，持续保持了熔渣还原性，突破了防止精炼过程钢水的多次污染关键技术。

（4）扩散脱氧过程中，利用不同温度、成分条件下脱氧剂的脱氧能力及特性，采用高温时用铝粉脱氧，控制铝含量，提高了脱氧效率及能力，突破了高温下硅脱氧慢，高铝下铝脱氧慢等关键技术。