管线钢网络模拟转炉冶炼和成本控制研究

1、重庆科技学院毕业设计（论文）题 目 管线钢的转炉冶炼模拟和成本控制研究 院 （系） 冶金与材料工程学院 专业班级 冶金技术2009-02 学生姓名 吴 建 军 学号 2009630327 指导教师 张 倩 影 职称 讲师 评阅教师 职称 2012年6月8号 学生毕业设计（论文）原创性声明 本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下进行的设计（研究）工作及取得的成果，设计（论文）中引用他（她）人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计（研究）所做的任

2、何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 毕业设计（论文）作者（签字）： 年 月 日摘要随着我国能源工业的发展，其能源工业的发展需求也在日益增加，我国建立长距离的输油输气管线"西气东输" 已列入全国重点基础建设项目。而管线钢是国家能源管业建设的基础材料，必将会大量需要。但是国内乃至世界上各工业发达国家的管线钢冶炼都普遍存在冶炼工艺流程长，成本高等特点。本文通过对管线钢的发展趋势、使用情况、组织性能、化学成分和种类的介绍，对比莱钢、酒钢、安钢、宝钢等管线钢冶炼工艺流程，制定了自己的冶炼方案，并）模拟平台，通过对添加剂、合金加入量、物料平衡及热平衡的计算，达到目标钢种终点

3、温度与成分的准确控制，实现成本最低化。关键词：管线钢 工艺路线 网络模拟炼钢 ABSTRACTAs China's energy industry development, the development of the energy industry demand is also increasing, the establishment of China's long oil gas transmission pipeline "west-east gas transmission" already included in the national key

4、 infrastructure projects. And pipeline steel tube industry construction is national energy base material, will certainly need a lot. But the domestic, and even the world each industrial the developed countries of the pipeline steel smelting exist smelting process long, cost higher characteristic. Th

5、is article through to the pipeline steel development trend, use, the organization performance, chemical composition and kinds of introduction, contrast, utilizing of anyang, lai steel, such as baosteel pipeline steel smelting process, develop their own smelting scheme, and use of students' netwo

6、rk steelmaking () simulation platform, through to the additives, alloy addition amount, material balance and thermal equilibrium calculation, achieve the kind of temperature and composition of the accurate control, realize the lowest cost. Keywords: Pipeline steel；Process rout

7、e；Network simulation steelmaking目录摘要IABSTRACTII目录III1 绪论11.1 管线钢的概述11.1.1 管线钢的概念11.1.2 管线钢的使用情况11.1.3 管线钢的发展趋势11.2 管线钢的性能要求21.2.1 强度21.2.2 屈强比31.2.3 韧性31.2.4 塑性31.2.5 焊接性能31.2.6 抗腐蚀性能31.3 管线钢的化学成分特点41.4 管线钢的种类51.4.1 超纯净管线钢51.4.2 高强度高韧性管线钢51.4.3 易焊管线钢61.4.4 高抗腐蚀管线钢71.5 结语72 管线钢典型生产工艺流程82.1 莱芜钢铁铁集团管线钢

8、X80冶炼82.1.1 工艺路线82.1.2. 铁水预处理82.1.3 转炉工序82.1.4 LF精炼工序92.1.5 RH精炼工序92.2 酒钢120t生产L360管线钢102.2.1 钢的成分和性能102.2.2 生产工艺102.2.3 冶炼工艺102.3 安阳钢铁公司X65管线钢的冶炼112.3.1 X65管线钢的化学成分112.3.2 工艺流程112.3.3 冶炼工艺112.4 宝钢高韧性X70钢生产工艺112.4.1 工艺流程112.4.2 转炉冶炼低磷钢122.4.3 RH真空处理122.4.4 LF合成渣脱硫122.5 管线钢冶炼总结122.5.1 铁水预处理122.5.2 转炉

9、冶炼122.5.3 钢水精炼133 管线钢网络模拟冶炼143.1 碱性氧气炼钢BOS模拟143.1.1 原料的选择与计算143.1.2 自动兑入铁水并加辅料153.1.3 冶炼正在进行中163.1.4 冶炼结束163.1.5 冶炼结果173.2 二次精炼模拟183.2.1 二次精炼简介183.2.2 需要达到的各项指标183.2.3 设定合成渣加入量193.2.4 正在出钢203.2.5 吹氩站吹氩213.2.6 钢包在LF精炼223.2.7 LF进行合金微调与脱硫233.2.8 钢包脱气263.2.9 吊往指定的铸机273.2.10 精炼结果284 成本控制研究304.1 转炉模拟冶炼304

10、.2 精炼模拟冶炼314.2.1 工艺路线的优化314.2.2 合成渣设定314.2.3 氩气搅拌325 结论33参考文献34致谢351 绪论1.1 管线钢的概述 管线钢的概念管线钢是指用于输送石油、天然气等的大口径焊接钢管用热轧卷板或宽厚板。一般采用中厚板制成厚壁直缝焊管，而板卷用于生产直缝电阻焊管或埋弧螺旋焊管。我国国内能生产符合API5L标准的管线工程设计要求的管线钢仅有10多年的历史，首推宝钢，还有鞍钢、武钢、攀钢、酒钢、舞钢等，稳定生产X60X70级管线钢并在国际市场上占有一定的地位，目前已投入生产的X80级管线钢质量也达到了国际先进水平，X100级管线钢已经研制出来，尚未投入批量生

11、产。1.1.2 管线钢的使用情况世界第一条原油输送管道是1865年建在美国宾西法尼亚州从油田到火车站的口径2英寸（609.6mm）长9754米的管道；到目前为止，世界石油和天然气管道总长200万公里以上，最大的口径1420mm，壁厚25mm。世界著名的输油、输气管道有美国的阿拉斯加输油、输气管道、俄罗斯的友谊输油管、沙特阿拉伯的东西输油管、美国西东输油管、北海油田的海底管线等。20世纪60年代以前，采用X42、X46、X52、X56，1960年以后提高到X60，60年代后期采用X65，1973年开始使用X70，现在主要使用X70，并且开发出X80和X100等级别的管线钢。1.1.3 管线钢的发

12、展趋势随着石油天然气需求量的不断增加，管道的输送压力和管径也不断地增大，以增加其输送效率。考虑到管道的结构稳定性和安全性，还需增加管壁厚度和提高管材的强度，因此用作这类输送管的管线钢都向着厚规格和高强度方向发展。由于天然气的可压缩性，因而输气管的输送压力要较输油管为高。近年来国外多数输气管道的压力已从早期的4564MPa提高到8012MPa，有的管道则达到了14157MPa，从而使输气管的钢级也相应地提高。目前，国外的大口径输气管已普遍采用X70钢级，X80开始进入小规模的使用阶段，X100也研制成功，并着手研制X120。输送酸性天然气的管道用钢目前已能生产到X65钢级。21世纪是我国输气管建

13、设的高峰时期。“西气东输”管线采用大口径、高压输送管的方法。这条管线全长4167km，输送压力为10MPa，管径为1016mm，采用的钢级为X70、厚度为146mm。这一钢级、规格、韧性级别目前国内已经生产，并且质量达到国际水平。因此，生产这种规格的高强度、高韧性管线钢对我国今后采用国产管线钢生产大口径、高压输气管具有十分重大的战略意义。大口径高压输送及采用高钢级管材是国际管道工程发展的一个重要趋势：国内对管线用钢的需求以X70级为主，新线目标定位在X80级热轧宽钢带和X100级宽厚板的生产，以适应目前10MPa和近期14MPa以上输送压力的设计。今后输送的天然气不再是经脱水、脱H2S处理的“

14、甜气”（PH2S300MPa），而将是未经处理的“富气”（PH2S300Pa），为此必须提高管线用钢的抗氢致开裂和抗H2S应力腐蚀的性能。国内已具有70万t以上螺旋焊管的制管能力，但大口径直缝埋弧焊管的产能和质量还不能满足工程的需求，继续部分进口成品管将不可避免。从研发基础和生产技术的难度而言，具有优质的抗H2S应力腐蚀性能的高强度等级管线用钢的开发应当列为科技攻关的重中之重1.2 管线钢的性能要求 强度细化晶粒是唯一能增加强度并同时改善夏比冲击韧性的强化机制，因此，在标准中有韧性要求时，细化晶粒是管线钢最基本的要求。表1.1 API-5LX强度与屈强比标准规格屈服强度 N/mm2抗拉强度 N

15、/mm2屈强比X422904150.7X463204350.73X523604550.79X563804900.77X604155200.8X654455300.84X704805600.86X805506200.89X855906550.9 屈强比屈强比越低，钢管从开始塑性变形到最后断裂的变形容量越大，因而也越安全，国际上大部分石油公司对屈强比的要求小于等于0.9。对于高强度钢管（特别是高强度低合金控制管线钢生产的钢管）屈强比较高，有时X70会超过0.93；屈强比高也有有利的一面，钢管爆破压力与屈强比成正比。 韧性细化晶粒在提高强度的同时也改善了韧性，尽管细化晶粒可以改善韧性，并可获得所要求

16、的落锤撕裂试验结果，但是若C、S含量高，脱氧不充分，钢的实际夏比冲击功很低。韧性要求的作用：（1）避免通常的断裂发生（2）防止脆性断裂（3）限制延性断裂 塑性 管线钢的塑性用冷弯性能指标评价，冷弯试验要求： 外表面及内侧无裂纹。 焊接性能钢的焊接性是指材料对焊接加工的适应性，即在一定的焊接条件下获得优质焊接接头的难易程度。它包括结合性能（即在焊接加工时金属形成完整的焊接接头的能力）和使用性能（即已焊接成的焊接接头在使用条件下安全运行的能力）。改善高强度钢焊接性的措施是多方面的，首先，钢的化学成分对高强度钢的焊接性有直接的重大影响提高焊接性能的有效措施是降低C、P、S含量和选择适当的合金元素。其

17、次，适当控制Ti、Al等的氮化物和的氧化物对降低淬硬性和防止冷裂纹及提高韧性也有好处，加Ca、Re等对防止冷裂纹和层状撕裂及提高韧性也有效果。 抗腐蚀性能在输送富含H2S气体的管线内易发生电化学反应而从阴极析出氢原子，氢原子在H2S的催化下进入钢中导致管线钢出现两种类型的开裂，即氢致裂纹（HIC）硫化物应力腐蚀开裂（SCC；如下图所示：图1.1 HIC和SCC示意图氢致裂纹（HIC）是因腐蚀生成的氢原子进入钢后，富集在MnS/Fe的界面上，并沿着碳、锰和磷偏析的异常组织扩展或沿着带状珠光体和铁素体间的相界扩展，而当氢原子一旦结合成氢分子，其产生的氢压可达300MPa左右，于是在钢中产生平行于轧

18、制面，沿轧制向的裂纹。由于HIC的形成不需要外加应力，它生成的驱动力是靠进入钢中的氢产生的氢气压，因此把由氢气压导致的裂纹称为氢致裂纹。硫化物应力腐蚀断裂是在H2S和CO2腐蚀介质、土壤和地下水中碳酸、硝酸、氯、硫酸离子等作用下腐蚀生成的氢原子经钢表面进入钢内后，向具有较高三向拉伸应力状态的区域富集，促使钢材脆化并沿垂直于拉伸力方向扩展而开裂。应力腐蚀断裂事先没有明显征兆，易造成突发性灾难事故。1.3 管线钢的化学成分特点Nb细化晶粒、析出强化，标准中Nb的下限为0.005%，实际上在钢中都在0.030.05%之间，为标准中规定的下限值的6.010.0倍；V作用同Nb，与Nb复合加入更有利；沉

19、淀强化，提高强度；国外实物中V控制在0.05-0.10%之间。为API标准中规定下限含量的2.55.0倍；Ti可以提高钢的晶粒粗化温度，促进晶粒细化，提高强度和韧性。固溶与析出强化，与S亲合力强改变S化物形态；特别是对提高焊接热影响区的韧性有独特的贡献；C通常较低，（一般在0.20%以下，最低仅0.03%）Ce0.4%，甚至更低，Pcm0.20%，以提高韧性，改善焊接性；Mn管线钢中的主要元素，有固溶强化，补偿降碳造成的强度损失的作用，可以推迟铁素体和珠光体的相转变，并降低贝氏体转变温度，有利形成细晶粒组织。分析国外实物可以看出，锰在中上限；但是，锰含量过高，在制管时对焊接不利，会引起MnS夹

20、杂和偏析，造成带状组织；S通常S0.005%，最低可达0.001%, 相当于API标准上限的1/101/20。Mo有利针状组织的发展，因而能在极低的碳含量下得到很高的强度管线钢中加入钙、锆或稀土金属，可以改变硫化物和氧化物的成分，使硫化物、氧化物的塑性降低，塑性变形时保持球状，以降低各向异性,稀土与硫的比例控制在2.0左右比较合适。控制非金属夹杂物的体积百分数、形状及分布：管线钢板的力学性能，特别是断裂时总延伸和冲击功都受非金属夹杂物的体积百分数、形状及分布的影响。造成了冷弯时出现开裂，焊接时出现层状撕裂，以及厚度方向上出现延性降低。钢中的非金属夹杂物主要是硫化物和氧化物。由于氧化物的体积百分

21、数是比硫化物的小得多，所以硫化物是主要问题。1.4 管线钢的种类 超纯净管线钢超纯净钢一般是指钢中总含氧量和S、P、N、H含量很低的钢。杂质元素对钢材的性能产生不利影响，对钢管来讲，总含氧量高降低钢的韧性与延展性；S降低钢的冲击韧性；P能显著降低钢的低温冲击韧性，提高脆性转变温度，使钢产生冷脆；氮化物破坏钢的焊接性能。要提高管线钢的性能，必须系统地降低钢中杂质元素的含量。随着现代冶金技术的发展，已经能够确保 S、P、O、N、H 等杂质元素和Pb、As、Sn、Sb、Bi等痕迹元素低或超低含量的管线钢生产。通过铁水预处理、转炉精炼、钢包冶金和连铸等多步冶金新技术和新工艺，目前世界上最具有竞争力的管

22、线钢纯净度可达到S0.0005%、P0.005%、N0.002%、O0.001%和H0.0001%。然而，在工业上要完全消除夹杂物是不可能的。所以对夹杂物的形态进行控制已成为获取优质管线钢的重要手段。其基本方法是向钢中加入Ca、Zr、Ti、稀土等元素，控制夹杂物形态，提高管线钢的韧性指标13。 高强度高韧性管线钢铁素体珠光体管线钢。20 世纪60年代以前，管线钢的基本组织形态为铁素体和珠光体（X52以下），基本成分是 C-Mn，一般采用热轧和正火热处理。少珠光体管线钢。为避免珠光体对管线钢韧性的损害，20世纪 60年代末出现了以 X56、X60 和X65 为代表的少珠光体钢。少珠光体钢含碳量一

23、般小于 0.1%，Nb、V、Ti的总量小于0.1%。这类钢突破了传统铁素体珠光体钢热轧正火的生产工艺，进入了微合金化钢控轧的生产阶段。针状铁素体管线钢。为进一步提高管线钢的强韧性，20世纪70年代研究开发了针状铁素体钢，典型成分为C-Mn-Nb-Mo，一般碳含量小于0.06%。针状铁素体是在冷却过程中，在稍高于上贝氏体温度范围内，通过切变相变形成的具有高密度位错的非等轴贝氏体铁素体。针状铁素体管线钢通过微合金化和控制轧制与控制冷却，综合利用晶粒细化、微合金化元素的析出相与位错亚结构的强化效应，可使钢的屈服强度达到650MPa，-60的冲击韧性达到80J。超低碳贝氏体管线钢。为适应开发北极和近海

24、能源的需要，在针状铁素体钢研究的基础上，于20世纪80年代初开发研究出超低碳贝氏体钢。超低碳贝氏体钢在成分设计上选择了C、Mn、Nb、Mo、B、Ti的最佳配合，从而在较宽的冷却范围内都能形成完全的贝氏体组织。在保证优良的低温韧性和焊接性的前提下，通过适当提高合金元素的含量和进一步完善控轧与控冷工艺，超低碳贝氏体钢的屈服强度可达到700800MPa，因而超低碳贝氏体钢被誉为21世纪的控轧钢。超细晶粒管线钢。超细晶粒管线钢的获得首先归结于微合金化理论的成功应用。在管线钢控轧再加热过程中，未溶微合金碳、氮化物通过质点钉扎晶界的机制而阻止奥氏体晶粒的粗化过程。同时在控轧过程中，应变诱导沉淀析出的微合金

25、碳、氮化物通过质点钉扎晶界和亚晶界的作用阻止奥氏体再结晶，从而获得细小的相变组织。Ti-O新型管线钢。20世纪90年代以后，一种Ti-O新型管线钢研究开发。其原理是向钢中加入粒度细小、均匀分布的Ti2O3质点(12m)。这种弥散分布的Ti2O3质点除可以阻止奥氏体长大外，还可以在钢的冷却过程中作为相变的形核核心，促进大量针状铁素体的形成，可明显改善管线钢的焊接韧性。 易焊管线钢焊接性是管线钢最重要的特性之一。具备优良焊接性的钢可称之为易焊钢。现代易焊管线钢可分为焊接无裂纹钢和焊接高热输入钢。焊接无裂纹管线钢。冷裂纹是管线钢焊接过程中可能出现的一种严重缺陷。以“碳当量”作为衡量钢的焊接裂纹倾向性

26、的依据。焊接无裂纹管线钢要求，管线钢碳当量控制在0.40.48，而用于高寒地区的管线钢则要求碳当量在0.43以下。为适应焊接无裂纹的要求以及韧性的需要，现代管线钢通常采用 0.1%或更低含碳量，甚至保持在0.01%0.04%的超低碳水平。焊接高热输入管线钢。采用高的焊接热输入可提高焊接的生产效率，但对热影响区产生重要影响。高的焊接热输入一方面促使晶粒长大，另一方面使焊后冷却速度降低，而导致相变温度升高，从而形成软组织，引起焊接热影响区的性能恶化。为控制管线钢热影响区在高热输入下的晶粒长大，可以通过向钢中加入微合金元素Ti来实现。Ti是一种在焊接峰值温度下能通过生成稳定的氮化物，控制晶粒长大的有

27、效元素。 高抗腐蚀管线钢在输送酸性油、气时，管道内部接触H2S、CO2和Cl-，由于保护涂层老化等原因，出现局部损伤，钢管外壁还与土壤和地下水中的硝酸根离子（NO3-）、氢氧根离子（OH-）、碳酸根离子(CO3-)和酸式碳酸根离子（HCO3-）等介质接触，因而管线钢的腐蚀问题是难以避免的。随着高硫油气田的开发，研究高抗腐蚀管线钢的问题日显迫切。高抗H2S腐蚀管线钢的生产，代表了一个国家管线钢生产的最高水平。为提高长输管线，尤其是输气管线的抗应力腐蚀和抗氢裂纹的能力，对高抗腐蚀管线钢的基本要求有：硬度小于HRC22或Hv248；含硫量小于0.002%；通过钢水钙处理，改善夹杂物的形态；通过减少C

28、,P,Mn含量，以防止偏析和减少偏析区硬度；通过对Mn, P偏析的控制，以避免出现带状组织；通过添加Cu, Ni, Cr以形成钝化膜，防止氢的侵入。1.5 结语管线钢在使用过程中，除要求具有较高的耐压强度外，还要求具有较高的低温韧性和优良的焊接性能。管线钢主要用于制造石油天然气输送钢管,对强度、韧性、焊接性能、成型性能、抗疲劳性能等要求极为严格,其工艺复杂、生产难度大。现代管线钢属于低碳或超低碳的微合金化钢，是高技术含量和高附加值的产品，管线钢生产几乎应用了冶金领域近20多年来的一切工艺技术新成就。目前管线工程的发展趋势是大管径、高压富气输送、高寒和腐蚀的服役环境、海底管线的厚壁化。因此现代管

29、线钢应当具有高强度、高韧性和抗脆断、低焊接碳素量和良好焊接性、以及抗HIC和抗H2S腐蚀。优化的生产策略是提高钢的洁净度和组织均匀性，C009、S0005、P001、O0002，并采取微合金化，真空脱气CaSi、连铸过程的轻压下，多阶段的热机械轧制以及多功能间歇加速冷却等工艺。2 管线钢典型生产工艺流程2.1 莱芜钢铁铁集团管线钢X80冶炼表2.1 X80 管线钢化学成分 项目CSiMnNbVTiSPCuMoNi成分范围0.030.051.850.080.100.0350.0450.0060.0200.0020.050.350.250.30 注

30、：要求w（N）0.0060，w（T（O）0.0015，w（H）0.0001。2.1.1 工艺路线铁水预处理120t顶底复吹转炉（脱磷）120t顶底复吹转炉（脱碳）LF精炼RH精炼板坯连铸冷装1500mm热轧宽带成材-卷取。2.1.2. 铁水预处理铁水预处理对铁水进行脱硫深处里，要求铁水处理后w（S）0.002,铁水罐扒渣裸露面积90。冶炼过程中，铁水预处理完后，w（S）为0.0010，铁水预处理的能力满足生产要求，未经脱磷的铁水，w（P）平均在0.087左右w（C）为4.4。2.1.3 转炉工序转炉为120t顶底复吹转炉，采用双联法脱磷脱碳，现在第1个转炉脱磷，钢水达到要求后，进入另1个转炉进

31、行脱碳。将镍铜或镍铁、钼铁、铜粒加入转炉，采用100铁水，在吹炼过程中向转炉中按情况加入适量的矿石、石灰、萤石、污泥球。双联脱磷工艺。转炉顶吹氧枪为4孔，候口直径为32.1mm，点火正常枪位，过程为1700mm，后期视化渣情况适当调枪；过程氧压控制在0.85-0.88MPa，吹炼时间大于7.5min，第一次放钢到第二次兑入半钢时间间隔控制在15min以内，底吹吹炼前期、中期和后期吹氩强度分别为0.048、0.067、0.097m³（t·min）；终点温度控制在1430-1470，终点w（C）在2.50以上，放钢过程中采用超过145t的大容量钢包，用挡渣棰和挡渣球挡渣。过程中

32、，脱磷周期为13 min 18 s，脱磷率达到80，脱磷效果显著。双联脱碳工艺。点火开吹前，先向炉内吹扫氮气20 s左右，点火时枪位控制在2500mm左右，开吹正常枪位，2 min后过程枪位2000mm，终点压枪保证60 s；采用手动开氧，开吹氧压控制在0.2-0.4MPa之间，然后逐渐提升。过程氧压控制在0.80-0.83MPa，底吹吹炼前期、中期和后期供氩强度分别为1.048、0.080、0.097 m³（t·min）；在放钢整个过程中底吹氩，供氩强度为0.036 m³（t·min）；放钢过程中采用超过145t的大容量钢包，随钢流加低碳锰铁、低碳铬铁

33、、钒铁、铌铁等进行合金微合金化，并加入脱硫剂10kgt，使用铝锰钛脱氧，铝锰钛加入量为3.5kgt钢，挡渣球在放钢3/54/5加入。终渣碱度控制在4.0-5.0范围内；放完钢后在钢包渣面均匀加入铝质脱氧剂，加入量为300kg炉。试验过程中，转炉终点w（C）为0.03，w（P）为0.009，w（S）为0.016。2.1.4 LF精炼工序LF主要技术参数：额定处理量：130t；钢包直径：3590mm；自由空间：不小于600mm；变压器容量：22MVA；升温速度：4min。转炉至LF炉时间15min，采用铝粒、碳化硅、碳化钙进行调渣，采用中碳锰铁、硅铁合金进行合金化，喂钛线增钛，若需调整铝，采用喂铝

34、线调整成分，整个精炼过程中不得裸露钢水，防止钢水二次氧化，精炼时间4060min。莱钢精炼过程中，精炼周期为83 min，进站温度为1650，出站温度为1627，LF精炼完后，精炼渣碱度控制在89，w（TFe+MnO）1.5,钢中w（S）约为0.002，w（P）约为0.008。2.1.5 RH精炼工序表2.2 RH经济技术指标项目参数平均处理钢水量；t/炉135平均处理周期；min/炉32环流量；t/min98提升气体流量；L/min2000真空抽气能力；kg/h600内径；外径；高度；mm1740；2600；7600LF精炼出站至RH进站时间为10min，RH精炼采用本处理操作模式，目的是脱

35、除气体降低夹杂物质量分数，脱除钢水氢质量分数，确保出站w（H）1.5×10-6；处理时避免化学升温，确保纯脱气时间大于5 min；精炼过程中，RH精炼周期为43min，由于因蒸汽压力不够，真空度最高只能达到1000Pa左右，未达到本处理的要求，到位温度为1625，处理13min后，温度降至1612，由于在RH精炼过程中加铝提温，会生成大量的Al2O3夹杂，为防止水口堵塞，在RH精炼后在喂线站进行钙处理。如若不加铝提温，一般在LF精炼完成后进行钙处理。RH完后，喂入500mCa-Fe线后软吹10min，Al2O3夹杂物80以上变为球形的12CaO·7 Al2O3和3CaO&#

36、183;Al2O3，夹杂物变性效果良好，浇注过程中没有出现水口堵塞现象。2.2 酒钢120t生产L360管线钢2.2.1 钢的成分和性能酒钢L360管线钢即对应GBT14164-93中的S360钢，通常称X52钢。根据L360管线钢的性能要求，该钢应具有足够高的强度和良好的焊接性能。表2.3 S360、L360管线钢的化学成分 钢种CSiMnPSNbAlS3600.220.350.751.350.0300.030-L3600.051.101.300.0150.0080.030.050.010.032.2.2 生产工艺L360管线钢的生产流程：高炉铁水预处理转炉冶炼（炉后

37、脱氧及铌微合金化）LF精炼（吹氩、喂线）连铸160（220）mm板坯炉卷轧机轧制卷取。2.2.3 冶炼工艺转炉容量120t；冶炼周期38min。铁水深脱硫，要求入转炉铁水S0.005，扒渣后铁水液面必须裸露出来。并采用S0.040、P0.400的优质废钢。采用高拉补吹法，终点控制目标为0.04C、0.012S。出钢温度为16301650。LF采用单渣法，碱度控制在3.54.0，（FeO）1418，出钢前对炉渣进行稠化。采用干燥的SiMn、AlMnFe、中碳MnFe及NbFe进行脱氧合金化，其中AlMnFe加入量为1.51.8kgt，并喂入Al线和SiCaBa线。表2.4 LF主要技术参数项目参

38、数额定处理量t120钢包直径mm2600变压器容量MVA21升温速度·min-1平均4，最高52.3 安阳钢铁公司X65管线钢的冶炼2.3.1 X65管线钢的化学成分表2.5 元素CSiMnPSNbTi控制目标0.001.600.0150.0050.0300.0450.0100.020技术要求0.100.351.750.0200.0100.0600.0402.3.2 工艺流程安钢150t转炉3250mm宽板坯连铸机33500mm炉卷轧机生产X65管线钢的工艺流程：铁水预脱硫转炉炼钢炉外精炼（LF、VD）连铸冷装加热除磷卷取轧制切分层流冷却矫直冷却2.3.3 冶

39、炼工艺铁水预脱硫环节保证铁水中的w（S）0.002，并尽可能扒尽铁水渣；吹炼过程早化渣，全程化好渣；锰合金化采用低碳锰；终点成分要求：w（C）0.03，w（P）0.005，w（S）0.010。精炼采用全程控铝，保证钢水中w（Al）0.020；采用底吹氩搅拌；保证白渣保持时间和软搅拌时间，达到脱硫和夹杂物充分上浮的效果；进行钙处理和微钛处理。通过VD真空脱气处理，可以使钢水的w（N）0.004，w（H）0.0002。2.4 宝钢高韧性X70钢生产工艺 工艺流程宝钢高韧性X70钢生产工艺为：铁水三脱300t顶底复吹转炉LF处理RH及钙处理板坯连铸板坯再加热控轧控冷卷取。针对脱磷、脱硫热力学条件相互

40、矛盾而管线钢以要求S、P同时低的特点，宝钢采用转炉重点脱磷，LF和RH重点脱硫的试验方案。 转炉冶炼低磷钢早期加入大量石灰，以达到石灰饱和；加入硅石或硅铁，加大渣量；增加渣中FeO含量；低温出钢。2.4.3 RH真空处理从RH真空溜槽向真空室加入由石灰与萤石组成的脱硫剂；顶渣改质，使R3，w（TFe）3%；在脱硫的同时加入铝，脱硫后w（S）20×10-6；2.4.4 LF合成渣脱硫采用CaO-Al2O3系高碱度合成渣脱硫；钢包渣深脱氧，渣中 w(FeO+MnO) 2%；提高底吹氩流量，加强搅拌，以强化渣钢界面脱硫反应。脱硫后w（S）10-6。2.5 管线钢冶炼总结2.5.1 铁水预处

41、理管线钢生产中，首先要进行铁水预处理。铁水预处理是获得低硫和低磷管线钢的经济的冶金方法，它包括脱硫、脱磷和脱硅的“三脱”操作。若原始高炉铁水P0.08%、S0.04%，以喷镁剂脱硫的效果最佳。预处理后，要求入转炉铁水P：0.06%0.08%，S0.005%。 转炉冶炼转炉冶炼时，进行顶底复吹、少渣冶炼，脱碳升温或采用炉后钢包底吹氩，使钢中的夹杂物上浮。将顶吹和底部搅拌结合使用，可使碳含量达到0.02%0.03%，磷降至0.005%以下。在无底吹条件下采用炉后钢包底吹氩，使钢中夹杂充分上浮，也可同时进行喷粉脱磷，以Si-Fe、Mn-Fe、Ca-Si添加的顺序调整成分和最终脱氧。2.5.3 钢水精

42、炼钢包精炼过程主要涉及到氩或电磁搅伴、真空处理和喷吹处理。钢包精炼除了通过RH真空装置和TN法进行合金成分微调外，还进行杂质元素、气体含量以及氧化物、硫化物形态的精确控制。LF炉精炼使钢水脱硫，控制钢水中磷、硫的含量达到规定的目标；也可以LF+VD精炼，控制钢水中磷、硫的含量，同时降低氮、氧含量。脱氧和脱硫是互相关联的，因为只有低的氧含量才能将硫脱到低的水平。表2.6 炼钢工艺优缺点工艺路线优点缺点RHAl脱氧LF喂Si-Ca线可采用低碳锰铁，成本低RH真空脱碳后进行Al脱氧，钢种夹杂物总量低脱气后在LF炉深脱硫过程要增H各工序条合金次数较多Al脱氧LFRH（喂Si-Ca线）出钢温度低时可先在

43、LF炉中升温脱气效果好，RH处理后不再增H合金基本上在出钢时一次加入需全部采用微碳锰铁，成本高，LF处理后C含量又超标的危险喂Si-Ca线困难，在RH之前喂Ca吸收率低，RH后喂Ca渣结壳严重RH结束温度不易控制Al脱氧RHLF喂Si-Ca线合金基本上在出钢时一次加入需全部采用微碳锰铁，成本高，LF处理后C含量又超标的危险出钢过程脱氧，增N相对严重脱气后LF炉深脱S过程要增HAl脱氧LFVD喂Si-Ca线合金基本上一次加入温度低时可在LF升温脱气效果好，VD处理后不再增H、N采用低碳锰铁，成本低 温度不易控制 LF后会增C、P、N通过对比与了解，我们制定管线钢的冶炼工艺为：转炉出钢Al脱氧LF

44、深脱硫VD钢包脱气喂Si-Ca线3 管线钢网络模拟冶炼3.1 碱性氧气炼钢BOS模拟碱性氧气炼钢是广泛的将铁水炼成钢水的炼钢过程。通过向熔池供氧发生氧化反应降低熔池中碳的含量。此炼钢又称为转炉炼钢，炉子的分类较多，较为普遍分类是顶吹转炉、底吹转炉和顶底复合吹转炉。在模拟中，你先必须决定废钢、添加料和入炉铁水重量，已达到所选钢种的目标成分，并且在要求的时间和温度范围内出钢。 原料的选择与计算图3.1 原料的加入与铁水温度的选择表3.1 管线钢成分最大值 元素CSiMnPSCrBCuNiNbTiVMoCa管线钢0.0080.010.060.0050.060.050.0180.

45、010.010.010.005由上表知，目标需要Cu、Cr等，则需要加入重料废钢或轻料废钢，以满足目标需求。与轻料废钢相比起来，重料废钢与其成分含量相同，且价格较其便宜。因为各元素要求含量在0其最大值，且要使P、S的增加量尽可能的低，故我们适当加入重料废钢即可，这里我们加入1500kg，为更好脱P、S加入了10t的石灰，增加渣的碱度。表3.2 原料成分和成本添加剂种类成分成本铁水4.5%C,0.5%Mn,0.4%Si,0.08%P, 0.02%S + Fe bal.185轻料废钢0.05%C,0.12%Mn,0.015%P,0.015%S,0.06%O,0.003%Ce,0.26%Cr,0.0

46、2%Cu, 0.14%Mo,0.001%Nb,0.4%Ni0.001%Sn,0.015%Ti,0.005%V,0.009%W+Febal.190重料废钢0.05%C,0.12%Mn,0.015%P,0.015%S,0.06%O,0.003%Ce,0.26%Cr,0.02%Cu, 0.14%Mo,0.001%Nb,0.4%Ni,0.001%Sn,0.015%Ti,0.005%V,0.009%W+Febal150铁矿石99.1%FeO,0.3%Al2O3,0.5%CaO,0.1%MgO,0.001%P85石灰94.9%CaO,1.2%Al2O3,1.8%MgO,2.1%SiO285白云石59.5%

47、CaO,38.5%MgO,2%SiO285表3.3 典型元素回收率 元素CSiMnPSCrAlBNi回收率95989598809990100100元素NbTiVMoCaNHOAr回收率100901001001540100100100元素AsCeCoCuMgPbSnWZn回收率100100100100100100100100100 自动兑入铁水并加辅料图3.2 兑入铁水 冶炼正在进行中模拟速度可以在1和32倍之间选择。在模拟过程的任一时刻都可改变。然而，当有重要事故发生时模拟速度自动调到1。先降下氧枪至将要接触钢液面，再调节氧气流量与底吹搅拌气体流量。为节约成本，我们不采用底吹，直接调节氧气流量

48、至2.5Nm3/min/t（既节约成本有可以到达快速升温脱碳的目的）左右，吹氧脱碳。图3.3 冶炼正在进行 冶炼结束图3.4 冶炼结束为达到正确的出钢温度，必须考虑各种添加剂对钢水温度的影响：在没有搅拌没有吹氧的状态下，钢水每分钟大约降12。 对大部分添加剂来说，每加1吨会使钢水温度降低5左右。磷和硅的氧化反应是强放热反应，每吨铁水每含0.1%上述元素就会使一吨钢产生26 MJ 的热量，相当于每吨钢升温3。 碳的氧化也是放热反应，每0.1%的碳会使每吨钢产生大约13MJ的热量，相当于每吨大约升高1.4。增加铁水或钢水温度每吨分别需要9.0或9.4 MJ 的热量。表3.4 出钢温度 最小值最大值

49、管线钢16551685所加辅料的影响：（忽略不计，远小于4.5%）1500Kg的重料废钢，500kg矿石，10t石灰，温度下降60左右；4.5%的碳氧化至0.08%以下，温度升高62左右；故冶炼时间定为30min左右。 冶炼结果出钢结束后会自动生成一份结果报告，下图表示各项指标均合格，说明冶炼成功!图3.5 冶炼成功3.2 二次精炼模拟 二次精炼简介二次精炼是将传统冶炼炉内得到的钢水导出，为得到比冶炼炉生产效率更高，钢水的品质更加优良的效果而在炉外进行的冶金操作。精炼主要作用：冶金作用：去气（氢和氮）、脱氧、脱碳、脱硫、脱磷、脱硅、去夹杂、夹杂物控制、钢水成分和温度微调及均匀化等。是提高产品质

50、量、扩大品种所不可缺少的手段。缓冲器作用：协调炼钢和连铸生产能力；协调钢水成分和温度以满足连铸的要求；协调炼钢和连铸的时间步调和生产节奏的作用。扩大生产品种，提高生产率的作用：促进生产流程中各设备功能的分化，分工协作，从而提高生产率；补充和拓展初（粗）炼炉生产能力，扩大初（粗）炼炉的生产品种。 需要达到的各项指标注意：在选择用户之前，有单独运行和从前工序装入数据的选择，这里我们默认的是单独运行。图3.6 需要达到的各项指标 设定合成渣加入量图3.7 合成渣加入设定合成渣可以脱硫，根据图4.12可知，需要把硫从0.0080脱至0.0030以下。所以要先进行合成渣的计算。输送油和天然气的管线钢要求

51、超低硫，钢包内脱硫用下式表示：实际上，脱硫由下面几项要点: 出钢过程加入CaO基合成渣脱硫;铝将钢中氧活度降至很低;强烈搅拌钢液，使钢渣充分接触。出钢前你可以选择 CaO 基合成渣，用滑块来达到以下目的: 确定要加入的渣量。加入的量越多可能脱除的硫越多，但是需要考虑渣的成本。根据CaO/Al2O3的值确定合成渣的成份。CaO含量越多，硫分配比LS可能越大，因此有利于脱硫，然而可能会导致炉渣熔化不完全，除非温度非常高。根据渣量和最终硫含量的关系，得知公式:=初始硫含量wt% =目标硫含量作wt% = 渣量kg=钢液重量kg =硫分配比用表示LS是由渣量、钢中溶解铝的含量、温度共同决定的。很明显，为了降低脱硫渣的用量和成本，要求渣的硫分配比值较高。选择