高压锅炉用20G圆管坯的研制开发

李勇生

（天津天铁冶金集团有限公司技术中心，河北涉县056404）

高压锅炉用20G圆管坯的研制开发

李勇生

（天津天铁冶金集团有限公司技术中心，河北涉县056404）

为满足用户对产品性能的特殊要求，天铁集团通过自主设计产品成分、科学制定生产工艺、严格管控生产过程，成功研制开发出高压锅炉用圆管坯20G，取得了较高的经济效益和社会效益。

高压锅炉；圆管坯；研制

1 引言

天铁集团炼钢厂R9m全弧形五机五流圆坯连铸机投产于2008年10月，与之相匹配的还有2台LF精炼炉和1台VD真空精炼炉。该连铸机配备大中包称重系统、塞棒+整体式浸入式水口浇注系统、外置式结晶器电磁搅拌系统、结晶器液面自动控制系统、气水雾化冷却系统等先进装备，可生产规格为Φ150 mm、Φ180 mm、Φ210 mm的圆管坯，产品以石油套管、优碳钢、管线钢、锻造用钢等为主。为丰富产品结构，充分挖掘设备潜能，天铁集团研制开发了高压锅炉用圆管坯20G。通过自主设计产品成分、科学制定生产工艺、严格管控生产过程，成功生产出满足用户要求的合格产品。

2 高压锅炉用圆管坯的技术要求

2．1 成分设计

高压锅炉用圆管坯轧制成无缝管后主要用于制造中高压蒸汽锅炉管道等。锅炉管道经常处于高温和高压的工作条件，在高温烟气和水蒸气的作用下易发生氧化和腐蚀，因此要求管道有较高的持久强度和较高的抗氧化性能，还要具有良好的组织稳定性。

针对锅炉用钢的特殊性能要求，参考国标《GB 5310-2008高压锅炉用无缝钢管》，结合天铁的生产设备条件，设计出高压锅炉用圆管坯20G的化学成分，见表1。

同时要求酸溶铝含量不大于0．010%；气体含量要求为H≤2×10-6，O≤40×10-6，N≤70×10-6；有害元素含量要求为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 质量要求

2．2．1 外形

要求直径允许偏差为±1．4%d（d为圆管坯公称直径）；长度允许偏差为0～+50 mm；弯曲度≤5 mm/ m；端面切斜度≤4%d；椭圆度≤2．5%d（避开扁平区测量）。

2．2．2 表面质量

表面不得有肉眼可见的结疤、气孔、针孔、重皮、裂纹存在。允许深度不大于2．0 mm的机械划伤及压痕存在。表面缺陷允许清理，清理深度从实际尺寸算起不得大于圆管坯公称直径的4%。

表1 天铁20G高压锅炉用圆管坯化学成分 /%

2．2．3 内部质量

内部质量采用酸浸方法进行检验，酸浸方法按GB/T 226进行。在圆管坯截面酸浸低倍组织试片上不允许有翻皮、白点、异金属夹杂物等影响轧制的缺陷。参考YB/T 4149-2006附录A，合格级别应符合表2规定。

表2 低倍组织缺陷合格级别（级）

2．2．4 非金属夹杂物

非金属夹杂物应保证在圆管坯轧制成钢管后进行非金属夹杂物检验，钢管的非金属夹杂物按GB/T 10561-1989中A法进行非金属夹杂物检验评级，其检验结果符合表3的规定。

表3 夹杂物微观检验结果限定值（级）

3 高压锅炉用圆管坯的生产工艺

高压锅炉用圆管坯20G的特殊工作条件决定了其对产品质量要求较高，特别是对钢中各类夹杂物、气体含量和有害元素含量有着严格的要求。为提高钢水纯净度，保证产品质量，采用的工艺流程为转炉→LF精炼炉→VD真空精炼炉→R9m全弧形五机五流圆坯连铸机→铸坯检验→入库。通过LF精炼炉+VD真空精炼炉的双精炼生产工艺，利用LF精炼炉精确调整钢水温度和成分，利用VD真空精炼炉有效去除钢中夹杂物和气体，可充分保证产品质量。

3．1 转炉工序

要求铁水[S]＜0．035%，Sn、As、Sb、Pb、Bi五元素含量要低；废钢要纯净，不得含有镍、铜、铅等有色金属；砖砌精炼专用钢包充分预热，底吹通畅。

转炉终点成分控制为C：0．04%～0．07%，P≤0．012%，S≤0．030%，终点温度控制在1 630～1 660℃。转炉合金结构采用C粒+MnSi+FeSi+BaAlSi（80 kg）+纯Al（10 kg），出钢时加入石灰400kg，萤石120 kg，合成渣200 kg。合金必须经烘烤方可使用。采用挡渣帽、挡渣标双挡渣出钢，出钢时间≥170 s，出钢过程至钢包吊起前全程底吹氩气。要求精炼包底吹透气性良好，无大包沿、包圈。

为保证钢水磷含量达到0．020%以下的要求，采取了双渣法造渣，第1批加入石灰1 000 kg，白云石500 kg，吹炼约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，终渣流动性良好，终渣碱度控制在3．0～3．5。

3．2 LF精炼炉工序

钢包到位后软吹3 min，氩气流量调节以顶渣渣面轻微蠕动而不裸露液面为宜，测定钢水温度。向渣面加入铝粒15 kg、多功能脱氧剂24 kg进行脱氧，脱氧剂加入要以勤加少加为原则。加热2 min后，加入石灰200 kg和适量萤石。第一次加热完毕取样，软吹2 min后测温，此时要保证顶渣具有一定的流动性，表面无结块、结壳。第二次加热时，将剩余150 kg石灰粉若干小批加入，第二次加热完毕前3 min加完。依据试样成分，调整钢中各元素至目标值。LF炉精炼完毕后喂入50m硅钙线再上VD炉。出站温度控制在1 620～1 630℃。

LF精炼炉通过造白渣，充分发挥渣精炼去夹杂功能，达到去除钢中夹杂物、提高钢水纯净度的目的。

3．3 VD真空精炼炉工序

钢包座在真空室后，打开氩气阀门，将流量调至渣面轻微蠕动状态；测温后，盖好真空盖，开始真空处理。逐级启动真空泵，使真空室内真空度达到67 Pa以下。通过窥视孔观察渣面高度和喷溅情况，调节氩气流量。在包内渣面趋向稳定时，应逐渐加大氩气流量，以达到良好的脱气、去夹杂效果。抽真空时间保证在15 min以上，高真空保持时间3 min以上。处理时间足够后，将氩气流量调至弱搅拌，然后再充气破真空。之后喂入CaSi线80 m/炉，弱搅拌3 min以上，镇静5 min以上，再上连铸浇注。出站温度控制在1 575～1 585℃。

3．4 连铸工序

中间包烘烤时间在5 h以上，保证中间包温度达到1 000℃以上。中间包水口采用负压抽风烘烤，并外裹保温棉，保证水口温度达到要求，并保证水口碗部无异物。中间包内钢水达到13 t时开浇，中包温度控制在1 535～1 550℃。采用全程保护浇注工艺，大包水口保护套管加密封垫并使用氩封。中包使用低碳碱性覆盖剂（或吸渣剂）+炭化稻壳，先加入覆盖剂，形成足够的液渣层后再加入炭化稻壳保温。中包开浇正常后转换成结晶器液面自动控制，使用专用保护渣。拉速控制在2．4～2．7 m/min，结晶器振幅为±4．5 mm。电磁搅拌参数为频率2 Hz，电流360 A。比水量为0．50 L/kg，二冷水压力要求在0．8～1．2 MPa。结晶器水流量为100～110 t/h，压力要求在0．8～1．0 MPa。矫直温度要求在1 080℃左右。铸坯在冷床冷却后，再堆垛缓冷，严禁对铸坯打水冷却。

3．5 产品质量

通过对产品成分和生产工艺的精心设计，及对生产过程中的严格管控，天铁集团生产出的高压锅炉用圆管坯20G内部、外部质量均满足用户要求。已累计生产1 700余吨，合格率、命中率均达到100%。圆管坯直径公差控制在±1．2%d，椭圆度≤2．0%d，长度公差控制在0～+50 mm，弯曲度≤4 mm/m，端部切斜度≤3%d。铸坯表面未发现质量缺陷，低倍组织除少数0．5～1．0级的中心疏松外，未发现其他内部缺陷。低倍组织情况见图1。

图1 高压锅炉用圆管坯低倍组织图

4 结束语

经过努力，天铁已较好地掌握了高压锅炉用圆管坯20G生产的关键技术，产品质量受到用户好评。优良的产品质量不仅为企业创造了可观的经济效益和社会效益，还为进一步开发高技术含量、高附加值产品积累了宝贵的经验。

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，工程师，主要从事新产品研发和质量管理工作。