[发明专利]耐腐蚀热交换器专用钢的冶炼工艺

说明书

技术领域

本发明涉及冶金领域，具体为一种耐腐蚀热交换器专用钢的冶炼工艺。

背景技术

热交换器是石化企业中广泛使用、需求量大的重要炼油设备。以一套年处理量250万吨的常温减压装置计，各种型号大小的冷换设备就达90多台，空冷器还未计算在内。目前随着原油含硫量的增加，再加上油品的深度加工处理，使炼油设备的腐蚀环境更为苛刻，因换热设备失效而引发安全生产的隐患也越来越突出。为保证换热设备安全、长期运行，迫切需要开发新型耐腐材料用于制造换热器的管束。

为解决炼油系统中H₂S的应力腐蚀开裂及氢鼓泡问题，在上世纪70年代初，上钢三厂、上海材料研究所研制出抗H₂S-HCN-H₂O系应力腐蚀开裂用的12Cr2Al1VIoV钢，具有良好的抗H₂S应力腐蚀开裂能力，主要用于制造塔体或塔盘。近年来，随着进口原油量的增加，硫化氢腐蚀又日趋突出，石化系统迫切要求提高12Cr2Al1VIoV钢的性能，用于制造用于含有H₂S、HCN、H₂O等腐蚀物质介质的热交换器，尤其是管材。低合金钢的抗H₂S腐蚀性能与钢的显微组织及钢的纯净度密切相关。

热交换器制造过程中管子与管板的焊接或胀接必须按照GB151-89标准执行，其中要求管子硬度必须低于管板，才有良好的胀接质量。管板常用的合金钢如16Mn低合金钢或12Cr2Mo的硬度一般小于187HB，经950℃正火+750℃回火后硬度在100-200HB，焊后未经过热处理的焊缝硬度206-345HB，这给热解交换器制造质量及长周期运行带来难度。

在钢铁合金冶炼过程中，在炼钢阶段将原料熔化为钢水，然后；在氧化期的处理过程中，需加入氧化剂（如通入氧气、加入铁矿石或氧化铁皮以氧化去除其中的碳、磷等杂质及气体。通常情况下，需要加入过量的氧化剂，因此会形成氧化夹杂物（以FeO为主）。氧化夹杂物对钢质有害，造成所得到的钢铁容易发生热脆。通常需要再加入脱氧剂进行脱氧处理，即钢铁冶炼中的还原期。

脱氧剂的种类有很多，常用的有硅铁、锰钢、锰硅合金、铝等，以及用作脱氧剂和合金化材料的含铬、硼、磷、镍、钛等元素的合金。

在钢包精炼炉（LF炉）中进行的脱氧处理工艺主要有沉淀脱氧和扩散脱氧等。

沉淀脱氧：向钢水中直接加入脱氧的合金材料，使之形成氧化物；该氧化物上浮进入钢渣。这种方法脱氧速度快，但是产生的夹杂物较多，夹杂物混合在钢水中不易去除。一般在沉淀脱氧前会在钢水中加入少量萤石、石灰（氧化钙）等造渣材料制造漂浮在钢水表面的稀薄渣，用于吸附钢水中的夹杂物。

扩散脱氧：在钢渣中氧化铁的含量较高，可向钢渣中加入碳粉、硅粉、铝粉等还原剂，用于还原钢渣，使钢渣中的FeO含量降低，有利于钢水中的氧扩散到钢渣中。

沉淀脱氧过程中，常用的脱氧剂材料有锰铁、硅铁和铝，这三种材料的价格较低。一般情况下，脱氧剂折合为硅、锰和铝元素，与钢水的用量比为0.17%～0.37%、0.3%～0.6%和0.05%～0.10%。现有的工艺中，脱氧剂锰铁、硅铁和铝分别加入钢水中进行反应；根据对氧亲和力的强弱，加入顺序为锰铁、硅铁和铝，由于锰与氧的亲和力弱，需要反应较长的时间，因此最先加入；铝较为活泼，反应时间较短。由于钢水的温度一般在1600℃左右，在冶炼过程中分别单独加入上述脱氧剂，就不能形成低熔点、比重轻的液态大颗粒（Al₂O₃、SiO₂和MnO的熔点分别为2050℃、1713℃和1785℃，高于钢水温度），这些脱氧产物在钢水中以固体状存在，混合在钢水中，难以上浮以脱离钢水进入钢渣。

因此，需要对现有工艺加以改进，使脱氧剂能够形成比重轻、熔点低、大颗粒液态的脱氧产物，以便脱离钢液上浮形成钢渣，从而使钢液得到净化。

由于没有找到良好的脱氧剂材料，其脱氧均采用常规的脱氧剂，如锰铁、硅铁、铝分别单独进行脱氧。这样无法使钢液获得进一步净化，因而难以达到和满足客户对特殊重要产品技术质量的要求，

用于制造化工设备上的耐腐蚀的管板中1.8M×δ250mm；材料08Cr2Mo1Al要求探伤标准达到JB/T4730.3-2005的II级。采用现有常规脱氧剂均难全部达到和满足其要求。因此，需要克服上述难题，从而确保国家各重点工程项目对产品的高倍夹杂和探伤高水准的要求。

发明内容

本发明旨在提供一种耐腐蚀热交换器专用钢的冶炼工艺。