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1、本钢转炉流程生产管线钢钢中硫含量的控制摘 要随着我国石油、天然气资源的开发和利用，用于制造石油、天然气输送管线用的宽厚钢板的需求量将不断增加。具有高强度、高韧性、良好的可焊性、低温下的断裂抗力和抗H2S侵蚀能力，低合金高强度、高韧性的超纯净高级别管线钢将成为21世纪国民经济需求量较大的一类钢种。降低管线钢中有害元素特别是硫含量以及控制硫化物央杂物的形态和分布是冶金工作者一直探索的重要研究课题之一。本课题以管线钢硫含量的控制技术为核心，对本钢管线钢中硫含量进行理论计算与分析。探索各工艺的脱硫条件，并对各个因素对钢中硫含量的影响进行研究分析，实验并探索适于工业生产应用的脱硫渣系，寻求最合理的精炼工
2、艺流程。以提高产品质量，降低生产成本，提高效益。为达到研究目的，对各个环节脱硫的热力学及动力学条件进行了分析，并以此为理论依据对管线钢生产过程中脱硫的关键工序进行了工业性试验。通过管线钢工业性试验的结果，分析了各个因素对脱硫效率的影响，并探讨了影响脱硫效率的限制条件，从而得出提高脱硫效率的可行方案。批量生产结果表明：本钢生产条件下铁水喷粉预处理后，铁水中硫的平均值可达1610-6，为超低硫管线钢的冶炼提供了前提条件并大大减轻了后续工序的脱硫任务，有效降低了生产高级别管线钢的成本。经LF精炼脱硫后硫含量可低至510-6，可满足高级别管线钢的生产要求。关键词：管线钢，硫含量，LF炉造渣脱硫，铁水喷
3、粉脱硫AbstractWith the exploitation and use of the petroleum and the natural gas in our country，the wide and thick steel plate，which is used for the pipeline to diliver petroleum and the natural gas is needed hugelythe pipeline steel with higher strength，higher ductility,better weldabitity,and resistan
4、ce to H2S erosion will be needed greatly in the 21 centuryDecreasing the content of the harmful elements in the steel，especially the sulfur content，and controlling the shape and distribution of the sulfide inclusion are one of the important works for the metallurgistsThe core of this topic is the co
5、ntrol technology of sulfur content in pipeline steelTheoretical calculation and analysised the sulfur content in pipeline steel of Benxi SteelExplored the desulfurization conditions of the various processes，analysised various factors on the sulfur content of the steelExperimented and explored the de
6、sulfurization slag system which suitable for the industrial production applications to seek the most reasonable refining processTo improve the product quality，reduce the production costs and improve efficiencyTo achieve the research purpose，analyzed the desulfurization conditions on thermodynamics a
7、nd kinetics for the various production processes，and as a theoretical basis conducted industrial tests on the key process to pipeline steel desulfurizationRely on the results of pipeline steel industrial test，Analysised the influence of various factors on desulfurization efficiency，and explored the
8、limitations for desulfurization，to arrive at possible options to improve the desulfurization efficiencyMass production results show that，After the hot metal dusting pretreatment the average of the sulfur content in Benxi Steel hot metal can be 1610-6，provides a premise for the smelting of ultra-low
9、sulfur pipeline steels and greatly reducing the desulfurization task of follow-up process，effectively reduced the cost of high-level pipeline steel productionAfter LF refining，sulfur content can beas low as 510-6，to meet the requirements of the production of high-level pipeline steelKey words: pipel
10、ine steel, sulfur content, LF furnace slag desulphurization，hot metal injection desulfurization目 录第一章 绪 论11.1 选题背景及目的11.1.1 选题背景11.1.2 本课题目的11.1.3 管线钢控制钢中硫含量研究的意义21.2 文献综述21.2.1 国外现状21.2.2 国内现状61.2.3 管线钢的性能要求81.2.4 管线钢的主要质量问题及其产生原理101.2.5硫对管线钢的危害111.2.6 管线钢发展趋势121.3 研究内容13第二章 脱硫反应热力学及动力学分析152.1 脱硫反应
11、热力学分析152.2 脱硫反应动力学分析16第三章 管线钢脱硫工业性试验193.1 铁水预处理脱硫193.1.1本钢1、2#铁水脱硫站基本概况193.1.2 铁水喷吹CaO-Mg脱硫工艺的试验统计213.1.3 各因素对铁水脱硫率影响的讨论与分析223.2 LF精炼脱硫253.2.1 本钢炼钢厂1#LF炉简介253.2.2 LF工序操作标准263.2.3 1#LF炉造渣深脱硫工艺的确定273.2.4 LF脱硫工业试验数据统计283.2.5各冶炼条件对LF脱硫效果的影响分析293.2.6 LF深脱硫操作要点31结 论33致 谢33参考文献34附录35外文原文35外文翻译43第一章 绪 论1.1
12、选题背景及目的1.1.1 选题背景本钢石油管线钢的开发研制始于80年代末，是国内较早开发石油管线用钢的钢铁企业。历时十几年的发展，本钢先后研制开发了符合石油、天然气输送管线用的A、B、X42、X46、X52、X56、X60、X65、X70管线钢，实现了石油、天然气输送管线用钢的系列化。特别是本钢通过2002年对炼钢、热轧进行现代化改造后，加快了高性能管线钢的研制开发力度，先后研制开发了能够满足用户要求的高性能石油管线用钢X52X70、石油套管用钢J55，参与了国家“973”项目“新一代钢铁材料的重大基础研究”中的子课题“高强度管线钢的产业基础研究”工作。在国家组织实施的“振兴东北老产业基地高技
13、术产业项目”中，本钢同中科院金属研究所共同申报的“高性能管线钢生产产业化”通过了专家组的评审，并获得国家资金的支持。“高性能管线钢生产产业化”项目的实施将使本钢成为国内继宝钢、武钢、鞍钢之后能生产具有高附加值的X70以上级别管线钢的钢铁企业。到目前为止，石油管线钢X52X70先后通过中石油管材所、管道局的板卷及钢管的性能评定，实物质量满足国家西气东输对管线钢特殊质量的技术要求。其产品已应用于多条输气、输油、成品油管线工程。目前，本钢已批量生产石油管线钢，产品经华油钢管有限公司、宝鸡石油钢管厂等多家钢管厂的生产使用，产品质量完全符合用户的特殊标准及技术要求。X80管线钢也已通过鉴定验收，并于20
14、09年第一季度进行了试生产。高品质高附加值管线钢的批量生产在为企业创造经济效益的同时也为我国经济发展起到一定的推动作用。1.1.2 本课题目的以管线钢硫含量的控制技术为核心，对本钢生产条件下从铁水预处理经转炉到精炼过程中的钢中硫含量控制技术进行理论计算与分析。探索各工艺的脱硫条件，并对各个因素对钢中硫含量的影响进行研究分析，实验并探索适于工业生产应用的脱硫渣系，寻求最合理的精炼工艺流程。以提高产品质量，降低成本，提高效益。1.1.3 管线钢控制钢中硫含量研究的意义能源是整个世界发展和经济增长的最基本的驱动力，是人类赖以生存的基础。在21世纪里，石油和天然气在整个世界的能源结构中的比重将会进一步
15、增加。绝大多数的石油和天然气的运输都要依靠管道。预计今后10年，我国将建设超过5万km的油气管道，平均每年需铺设5000km，每年天燃气管道需要钢材近400万t，共需各类油气输送干线用钢约1000万t。研究表明，石油、天然气管道的建设成本会随着所用管线钢级别的提高而下降，如图1.1所示1。图1.1 管线建设采用不同钢级钢管的成本变化率与此同时，随着石油、天然气需求量的不断增大，管道的输送压力和管径也需要不断地增大，以增加其输送效率。因此对管线钢材的质量和性能要求也日益苛刻，需要其具有高强度、高韧性、良好的可焊性、低温下的断裂抗力和抗H2S侵蚀能力等特性，而在管线钢中影响影响这些性能的主要元素就是硫，硫含量的高低直接影响到管线钢质量的好坏。长远来看，研究管线钢中硫含量的控制具有深远而重大的意义。1.2 文献综述1.2.1 国外现状早期的管线钢一直采用C、Mn、Si型的普通碳素钢，在冶金上侧重于性能，对化学成分没有严格的规定。自60年代开始，随着输油、输气管道输送压力和管径的不断增大，开始采用低合金高强钢（HSLA），主要以热轧及正火状态供货。这类钢的化学成分：C0.2%，合金元素35%。随着管线钢的进一步发展，到60年代末70年代初，美国石油组织在API 5LX和API 5LS标准中提出了微合金控轧钢X56、X
