高S镍生铁生产耐候钢09CuPCrNi转炉冶炼实验研究

李维华; 郭志强; 刘晓; 陈保战; 杜远刚

doi:10.3969/j.issn.1000-6826.2022.12.1903

高S镍生铁生产耐候钢09CuPCrNi转炉冶炼实验研究

doi: 10.3969/j.issn.1000-6826.2022.12.1903

福建三宝钢铁有限公司技术中心，福建　漳州　363000

详细信息

作者简介:
李维华（1983—），男，湖北天门人，工程师，2011年毕业于内蒙古科技大学钢铁冶金专业，主要研究方向：炼钢工艺技术，获得发明专利10余项，发表论文50余篇。通信地址：福建省漳州市芗城区浦南镇店仔圩福建三宝钢铁有限公司；E-mail：2889523288@qq.com

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出版历程
- 网络出版日期: 2023-05-30

Smelting Test of Weathering Resistant Steel 09CuPCrNi Produced by High S Ni Pig Iron in Converter

摘要

摘要: 通过热力学和动力学理论分析了高S镍生铁在转炉冶炼过程合金化的可行性，结合现有生产条件，采用高S镍生铁代替镍板进行了耐候钢09CuPCrNi的生产工业实验研究，实验结果表明，高S镍生铁生产耐候钢09CuPCrNi转炉冶炼实验成功，镍生铁在冶炼时间230~320 s和冶炼温度1362~1395 ℃的区间内完成熔化过程，并且整个冶炼过程与常规生产差异不大，无需精炼手段可以实现成品S质量分数控制在0.030%以下，2炉实验钢成本降低超过310元/t，具体较高的推广价值。

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图 1 钢筋混凝土腐蚀情况

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图 2 镍氧化热力学分析

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图 3 镍生铁和废钢熔化情况

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表 1 09CuPCrNi化学成分（质量分数） %

项目	C	S	Si	Mn	P	Cu	Ni	Cr
内控	0.09~0.11	≤0.030	0.30~0.35	0.85~0.90	0.055~0.065	0.35~0.40	0.55~0.65	1.07~1.12
目标	0.10	≤0.020	0.33	0.87	0.060	0.38	0.60	1.10

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表 2 镍生铁化学成分（质量分数） %

C	Si	P	S	Ni	As
2.68	0.025	0.021	0.203	8.80	＜0.005

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表 3 镍氧化方程式及标准吉布斯自由能

序号	化学反应方程式	ΔG^ψ/(J/mol)
1	[Ni]+(FeO)=[Fe]+(NiO)	31410+69.59T
2	[Ni]+1/2(SiO₂)=1/2[Si]+(NiO)	182775+15.645T
3	[Ni]+(MnO)=[Mn]+(NiO)	176920+3.14T
4	[Ni]+CO(g)=[C]+(NiO)	–87660+166.78T
5	[Ni]+CO₂(g)=CO(g)+(NiO)	56300+30.32T

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表 4 镍生铁与废钢试样外形尺寸

试样	长度/mm	宽度/mm	厚度/mm
镍生铁	140	60	30
废钢	150	70	35

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表 5 装入操作控制

铁水成份（质量分数）/%				铁水温度/℃	装入量/t
C	Si	P	S	铁水温度/℃	装入量/t
4.13	0.42	0.105	0.028	1380	113

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表 6 氧枪喷头参数及供氧操作控制

氧枪喷头参数					氧压/MPa	氧气流量/(m³/h)	吹炼枪位控制/mm
类型	马赫数	喷孔夹角/(°)	扩张角/(°)	喉口长度/mm	氧压/MPa	氧气流量/(m³/h)	前期	中期	后期	拉碳
四孔拉瓦尔型	2.0	12	11.5	7	0.80~0.85	20000~26000	1400~1600	1500~1800	1300~1500	1200

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表 7 终点控制

炉次	终点化学成分（质量分数）/%								温度/℃
炉次	C	S	Si	Mn	P	Cu	Ni	Cr	温度/℃
1	0.057	0.020	痕迹	0.113	0.020	0.361	0.440	0.033	1665
2	0.052	0.021	痕迹	0.143	0.023	0.369	0.503	0.040	1668

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表 8 冶炼过程关键数据

项目	初渣形成时间/s	喷溅情况	纯供氧时间/s	出钢量/t	冶炼周期/s	炉况
炉次1	238	小	515	109	1525	较好
炉次2	244	小	511	110	1519	较好
正常值	255	小	507	109	1511	较好

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表 9 镍合金化分析

炉次	取样时间/s	取样温度/℃	Ni质量分数/%
炉次	取样时间/s	取样温度/℃	半钢样	连铸钢液
1	230	1362	0.37	0.47
2	300	1395	0.47	0.47

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表 10 倒炉和成品化学成分（质量分数） %

炉次	类别	C	S	Si	Mn	P	Cu	Ni	Cr
1	倒炉	0.027	0.025	痕迹	0.113	0.020	0.361	0.440	0.033
1	成品	0.086	0.022	0.305	0.917	0.058	0.354	0.608	1.062
2	倒炉	0.032	0.027	痕迹	0.143	0.026	0.369	0.503	0.040
2	成品	0.091	0.026	0.355	0.903	0.059	0.367	0.588	1.133

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表 11 降本情况分析

类别	加入量/t			单价/(元/t)			价值合计/元	出钢量 /t	降本 /(元/t)
类别	镍板	废钢	镍生铁	镍板	废钢	镍生铁	价值合计/元	出钢量 /t	降本 /(元/t)
常规生产	1.0	41.0	0	180000	2900	12144	298900	220
实验生产	0	29.2	12.0	180000	2900	12144	230408	220	311.33

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参考文献(6)

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[2]	徐德祥,王睿谦,范增为,等. 稀土耐候钢耐蚀性能评价方法及产业应用. 上海金属,2020,42(6):74
[3]	李超,谭广杰. 油船货油舱用耐候钢研究进展. 科技视界,2012(34):113
[4]	李维华,林致明,王伟,等. 耐海洋腐蚀HRB400cE转炉冶炼生产实践. 金属世界,2021(1):62
[5]	李维华. 钒氮微合金化HRB500E钢筋的制备及热处理. 金属世界,2022(5):61
[6]	曹磊,高云飞,王国连. 含镍生铁在转炉冶炼含镍钢中的应用. 炼钢,2022,38(2):20