一种耐硫酸露点腐蚀用锅炉管用钢的连铸工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及冶金领域的一种连铸工艺，具体的说是一种耐硫酸露点腐蚀用锅炉管用钢的连铸工艺。
【背景技术】
[0002]锅炉是一种特种设备，在安全问题上不能出现丝毫差错，而其中的原材料，特别是钢材的质量是至关重要的。锅炉受《特种设备安全监察条例》的管辖，锅炉制造中受压元件材料的选择应遵循《蒸汽锅炉安全技术监察规程》、《热水锅炉安全技术监察规程》和《有机热载体炉安全技术监察规程》中相应条款的要求，《蒸汽锅炉安全技术监察规程》第三章规定了锅炉受压元件所用钢材的选择范围，它们的适用压力、温度，以及对所选用钢材的基本要求，如钢材的延伸率、常温冲击功等，这些是“法规”从安全方面考虑对钢材所提出的最基本的要求，是用于锅炉受压元件材料所必须遵守的。基于这些最基本的安全要求，“法规”给出了允许使用的材料(板材和管材)范围且规定，超出这些范围使用材料，就必须经过一定的程序许可。
[0003]锅炉又是一种特殊设备，它不但具有高温、高压等高级别参数，而且又直接受火焰辐射或高温烟气冲刷，随着燃料种类的不同，高温烟气所含的杂质也各不相同，所以在考虑钢材选用的基本安全要求的同时，还应充分考虑该元件在使用过程中所处的工况，接触的介质等因素。随着我国经济的发展和人民生活水平的提高、产业结构调整的需要，环保、节能意识不断增强，治理环境污染越来越被人们所重视，地球资源的充分利用、开发和节约也越来越得到大家的认同，各行业、各领域都在大力发展余热锅炉。余热锅炉不同于一般的工业锅炉，虽然它们几乎都应用于工业，但是在余热锅炉中和汽、水进行热交换的介质却是各不相同的。根据各行业作业的不同，分别有冶金、电力、石化、垃圾发电等工业领域中的炼钢高炉烟气、炉窑烟气、石油裂解物燃烧后产生的高温烟气等。这些高温烟气和工业锅炉的燃料一一煤或油气等燃烧后产生的烟气一样，经过燃烧分解会生成二氧化硫(SO2 )，其中一部分还会再生成三氧化硫(SO3 )。三氧化硫(SO3 )在到达露点温度时与水蒸气结合生成硫酸(H2SO4 )，由稀变浓，对设备构成强烈的硫酸腐蚀。对于满足环保、节能要求的新型工业锅炉，其排烟温度也要求尽量低(150°C以下)，因而不可避免的燃料燃烧烟气中或多或少带有一定量的硫化物，在较低温度下极易产生硫酸，从而对金属材料产生腐蚀作用，因此耐硫酸腐蚀的问题就放到议事日程上来了。
[0004]通常我们都是采用碳素钢作为低温段设备的主要用钢，为了解决低温部位设备的硫酸腐蚀问题，技术人员提出了多种方法，如燃料或烟气脱硫、提高受热面壁温、使用耐硫酸腐蚀材料等，但都是各有利弊。经过长时间的不断试验，从控制成本、简化工艺、节约能源等角度来看，还是采用耐硫酸腐蚀材料成效最好。针对材料如何提高耐硫酸腐蚀问题，也有许多解决途径，有些采用材料表面渗透处理，有些进行材料表面喷涂处理，也有调整材料配方研制出耐硫酸腐蚀的专用钢材。目前在我国使用的耐硫酸腐蚀专用钢材主要有09CrCuSb钢及日本的CRlA钢等。09CrCuSb钢被普遍认为是国内最理想的“耐硫酸低温腐蚀”用钢材。09CrCuSb钢无缝钢管广泛用于制造在高含硫烟气中服役的省煤器、空气预热器、热交换器和蒸发器等装置设备，用于抵御含硫烟气结露腐蚀。09CrCuSb钢还具有耐氯离子腐蚀的能力。09CrCuSb钢管主要的参考指标(70°C 50%H2S04溶液中浸泡24h)，与碳钢、日本住友钢铁的CRlA钢、不锈钢耐腐蚀性能相比，要高于这些钢种。产品经国内各大炼油厂、电厂和制造单位使用后受到广泛好评，并获得良好的使用效果。
[0005]由于烟气中含有水蒸气，而烟气中水蒸气的露点(即水露点)一般在30?60°C，在燃料中水分不多的情况下，低温段受热面上不会结露。但是在燃烧过程中，燃料中的硫可能有70%?80%会形成S02& SO 3。其中SO3与烟气中的水蒸气形成硫酸蒸气，而硫酸蒸气的露点(也叫酸露点或烟气露点)则较高，烟气中只要有少量的SO3,烟气的露点就会提高很多，从而使大量硫酸蒸气凝结在低于烟气露点的低温受热面上，引起腐蚀，当SO3的含量为30 X 10 6时，其露点约为130?150°C，当低温段设备表面温度低于露点温度时，即会形成硫酸凝结。
[0006]当低温段设备壁温低于露点温度时，可产生严重的硫酸腐蚀，腐蚀一般从锅炉部件的低温段开始逐渐扩大，腐蚀管子以坑蚀方式穿孔，由管外向管内扩展。取管子外壁黄白色的腐蚀物经X射线结构分析为FeSO4.2H20，这就清楚地表明省煤器管子的腐蚀是由硫酸腐蚀所引起的，烟气对受热面的低温腐蚀常用酸露点的高低来判断，露点愈高，腐蚀范围愈广，腐蚀也愈严重。有些锅炉设备用纟32 X4碳钢无缝管制作省煤器管束，其寿命只有短短的2?3月，可能3个月就要拉出系统修补一次，一个周期就要更新一台省煤器；高温、高浓度硫酸造成的腐蚀不仅会严重影响到普通碳素钢，还会严重腐蚀不锈钢，腐蚀的速率可能高达5mm/a，而且使得设备泄漏、停运，造成的损失无可估计；根据国内外相关资料的介绍，经常有电厂因低温部位设备的严重腐蚀而停运，导致损失达几百万元的事故发生；也有些余热锅炉为了避开硫酸露点，被迫采用不合理的高温排烟工艺，造成热效率降低，浪费了能源。
[0007]锅炉行业为了尽快解决硫酸腐蚀问题，进行了各种尝试和研究，试验下来还是使用耐硫酸腐蚀用钢效果最好。研制耐硫酸腐蚀用钢，主要是考虑在锅炉尾部受热面的应用，在确保满足法规要求的同时，还要满足钢材的加工性能要求、焊接性能要求、力学性能要求和耐硫酸腐蚀能力的要求。
[0008]钢的耐硫酸腐蚀性能的好坏，主要取决于钢的化学成分，钢中所含元素的含量至关重要。一般的碳素钢和低合金结构钢，如果其表面没有经过特殊处理，它的耐硫酸腐蚀能力是很差的，所以为了提高钢材耐硫酸腐蚀性能，使之能在特殊场合得到很好的应用，我们在一般碳素钢中添加适量的合金元素，通过这些合金元素的作用，能使钢材的耐硫酸腐蚀能力有较大的提高，并且对钢材的其它性能又不会有太大的改变。添加的合金元素一般选择生产成本不是很高的，如果价格较高，使钢材的成本大幅上升，那么就失去意义了。下面就钢中所含各种元素的作用作一分析。
[0009](I)碳元素(C)
碳是碳素钢和低合金结构钢中的基本元素，它的存在提升了钢的强度，但是含碳量过高又影响了钢的焊接性能，所以我们应将钢中碳的含量控制在一个合适的范围内。根据国外资料分析，当碳含量控制在小于0.35%时，我们不但能得到较好的焊接性能，而且随着碳含量的适当增加，钢的耐蚀性也能得到提高，尤其是低碳含Cu钢的耐蚀性能最好。
[0010](2)硅元素(Si)
硅也是钢中的基本元素，主要是在炼钢过程中对脱氧起作用。硅含量的多少，直接关系到这炉钢是沸腾钢还是镇静钢，所以一般情况下，镇静钢的硅含量都在0.11%以上。而当硅与铜共存时，能适当提高钢的耐蚀性。但是我们知道，钢中含硅量过高，会使钢的加工性能变坏，所以一般钢中的硅含量又控制在0.60%以下。
[0011](3)锰元素(Mn)
作为碳素钢和低合金结构钢的基本组成元素，它在炼钢过程中起到了脱氧剂的作用，同时锰元素的存在，能适当提高钢的强度，改善加工性能，但是有资料显示锰元素对钢的耐蚀性有不利影响。
[0012](4)铬元素(Cr)
络兀素的加入，是为了细化晶粒，提尚钢材的热强性能和尚温抗氧化性能，在控制含络量不大于1.00%时，还能提高钢材的抗腐蚀能力。
[0013](5)锑元素(Sb)
锑元素的添加对提高钢材的耐硫酸腐蚀能力有较大的帮助，但是锑含量偏高会使钢材的焊接性能变坏。
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