線材及線材制品基本知識(shí)_圖文

1、1 線 材用鋼的冶煉鋼鐵是現(xiàn)代生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)中應(yīng)用最廣的金屬材料。 特別是鋼, 在金屬材料的用量中約占 80%以 上 , 這是由于鋼的強(qiáng)度高,韌性好,容易加工和焊接,是優(yōu)良的結(jié)構(gòu)材料。不同含碳量的碳素鋼和加入 一定量合金元素的合金鋼,通過(guò)熱處理可以分別獲得不同的機(jī)械性能和一系列特殊性能。鐵作為鋼的 基本組成元素,在地殼中的蘊(yùn)藏量?jī)H次于金屬鋁,容易從礦石中提取并加工。近代鋼鐵生產(chǎn)的主要方法一直沿用“二步法” ,即第一步先用鐵礦石冶煉出生鐵,第二步再以生 鐵和廢鋼為基本原料煉出不同的鋼。平爐煉鋼法曾在世界鋼生產(chǎn)中長(zhǎng)期占據(jù)主要地位, 直到六十年代平爐鋼還占世界鋼產(chǎn)量的 70%以 上。但平爐煉鋼冶煉周

2、期長(zhǎng)、能耗高,目前已基本淘汰。氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼開(kāi)創(chuàng)了煉鋼生產(chǎn)的新階段。轉(zhuǎn)爐煉鋼可處理不同成分的鐵水,并可加入最高可達(dá) 30%的廢鋼。轉(zhuǎn)爐鋼中氮、磷的含量低、質(zhì)量好,能煉很多鋼種。目前,氧氣轉(zhuǎn)爐鋼的產(chǎn)量在各種煉 鋼方法中居首位。電弧爐煉鋼是靠電極與爐料之間產(chǎn)生電弧,發(fā)出熱量進(jìn)行煉鋼。由于它以廢鋼作為主要原料,并 有溫度高,能控制爐內(nèi)氣氛等特點(diǎn),特別適合于利用合金廢鋼,回收合金元素。從近代主要煉鋼方法發(fā)展的情況可以看出, 一種煉鋼方法的興衰, 主要決定于它對(duì)資源條件的適 應(yīng)性、以及鋼的質(zhì)量、品種和經(jīng)濟(jì)效果。一個(gè)現(xiàn)代化的鋼鐵聯(lián)合企業(yè),一般有以下幾大生產(chǎn)工序組成:原料處理、煉鐵、煉鋼、軋鋼、能 源供應(yīng)、交

3、通運(yùn)輸?shù)?。這些工序構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜而龐大的生產(chǎn)體系。鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的生產(chǎn)工藝流程如圖 1-1所示。 圖 1-1 鋼鐵生產(chǎn)工藝流程此外,在鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中,還設(shè)有工廠管理機(jī)構(gòu),技術(shù)研究機(jī)構(gòu),檢測(cè)中心,備品備件制造加工 廠,設(shè)備維修和環(huán)保等部門(mén)。1.1 轉(zhuǎn)爐冶煉的工藝過(guò)程及特點(diǎn)氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼主要有頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼、底吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼和頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼。1.1.1 頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉的工藝過(guò)程及特點(diǎn)1.1.1.1 頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉的工藝過(guò)程上爐鋼出完并倒完?duì)t渣后,迅速檢查爐體,必要時(shí)進(jìn)行補(bǔ)爐,然后堵出鋼口。裝入廢鋼和兌鐵水 后,搖正爐體。下降氧槍的同時(shí),由爐口上方的輔助材料溜槽加入第一批渣料(石灰、螢石、鐵皮 和

4、作冷卻劑用的鐵礦石,其量約為總渣料量的 2/3 1/2。當(dāng)氧槍降至規(guī)定槍位時(shí),吹煉正式開(kāi)始。 當(dāng)氧流與熔池面接觸時(shí),碳、硅、錳開(kāi)始氧化,稱為點(diǎn)火。點(diǎn)火后約幾分鐘,初渣形成并覆蓋于 熔池面。隨著硅、錳、磷、碳的氧化,熔池溫度升高,火焰亮度增加,爐渣起泡,并有小鐵粒從爐口噴濺出來(lái)。吹煉中期脫碳反應(yīng)激烈,渣中氧化鐵降低,致使?fàn)t渣熔點(diǎn)增高和粘度加大,并可能出現(xiàn)稠渣(即 “返干” 現(xiàn)象。此時(shí)可分批加入鐵礦石和第二批渣料(其余的 1/3 ,以提高渣中氧化鐵含量及調(diào)整爐 渣。第三批渣料為螢石,加入量視爐內(nèi)化渣情況決定。吹煉末期,金屬含碳量大大降低,脫碳反應(yīng)減弱,火焰變短而透明。最后根據(jù)火焰狀況,供氧數(shù) 量和

5、吹煉時(shí)間等因素,按所煉鋼種的成分和溫度要求,確定吹煉終點(diǎn),并提槍停止供氧、測(cè)溫、取樣。 根據(jù)分析結(jié)果,決定出鋼或補(bǔ)吹時(shí)間。當(dāng)鋼水成分(主要是碳、磷的含量和溫度合格,打開(kāi)出鋼口,倒?fàn)t出鋼。出鋼過(guò)程中向鋼包內(nèi) 加入脫氧劑和鐵合金進(jìn)行脫氧和合金化, (有時(shí)可在打出鋼口前,向爐內(nèi)投入部分鐵合金 。出完鋼后, 將爐渣倒入渣罐。通常將相鄰兩爐鋼之間的間隔時(shí)間 (即從裝入鋼鐵料至倒渣完畢的時(shí)間 稱為冶煉周期或冶煉一 爐鋼的時(shí)間。一般為 20 40分鐘。它與爐子噸位大小和工藝的不同有關(guān)。其中吹氧過(guò)程的時(shí)間稱為供 氧時(shí)間或純吹煉時(shí)間。通常情況下,噴槍是埋沒(méi)在爐渣中的。爐渣由于含有大量 CO 氣泡而膨脹。熔池受到

6、氧氣射流的 強(qiáng)烈沖擊和熔池沸騰的作用,一部分鋼液飛濺起來(lái),成為金屬液滴彌散在熔渣中,形成氣渣金屬 乳化相。氧氣射流沖擊區(qū)凹陷下去,熔池沖擊處大致呈拋物線狀。吹煉過(guò)程中金屬成分、熔池溫度、爐渣成分的變化是隨吹煉條件而變化的,一般可作如下描述。 吹煉一開(kāi)始 Si 、 Mn 即被迅速氧化到很低含量, 繼續(xù)吹煉不再氧化, 而 Mn 在吹煉后期稍有回升。 吹煉一開(kāi)始,碳就被氧化。但 Si 、 Mn 氧化后,碳的氧化速度增加,直到吹煉終點(diǎn)前又降低。 磷和錳的變化相似,在硅氧化期急劇下降,進(jìn)入激烈脫碳期后,不再降低,而有回升趨勢(shì),到吹 煉末期再度下降。硫在硅氧化期和激烈脫碳期變化不大,進(jìn)入吹煉末期脫硫才開(kāi)始

7、活躍。由上所述,在一般鐵水溫度下,硅最易和氧結(jié)合,其次是錳。因而,開(kāi)吹后不久,熔池中的硅已 燃燒完了,熔池中的錳已氧化到很低含量。由于轉(zhuǎn)爐內(nèi)一次反應(yīng)區(qū)的溫度很高,因而碳也會(huì)被氧化, 同時(shí)有鐵的蒸發(fā)現(xiàn)象(從爐口可看到鐵氧化的紅煙 。吹煉初期熔池平均溫度通常低于 1400。由于硅、錳的氧化,初期渣中 SiO 2和 MnO 含量較高,爐渣堿度較低。另外鐵的氧化和廢鋼帶入 的鐵銹等使初期渣中(FeO 含量很快達(dá)到最高值,約 25 30%左右。隨著加入的石灰逐漸熔化,渣 中(CaO 量不斷上升,而硅迅速氧化完了,渣中 SiO 2含量相應(yīng)降低,所以爐渣堿度逐漸升高。因此 初期渣具有一定脫磷能力。轉(zhuǎn)爐的脫磷

8、反應(yīng)幾乎是與脫碳反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行的。硅、錳氧化后,隨著時(shí)間的變化,熔池溫度上升到 1500以上。因而碳大量氧化,渣中(FeO 含量逐漸降低。這將引起部分錳和磷自渣中返回到鋼液中(即發(fā)生回錳和回磷 。另一方面,此時(shí)溫度 較高,堿度增大,渣中氧化鐵又低,并且由于碳的強(qiáng)烈氧化,渣、鋼有良好的攪拌作用,所以有利于 去硫,鋼中硫含量明顯下降。隨著脫碳反應(yīng)的進(jìn)行,碳的濃度降低,因而脫碳速度減小。由于鐵的氧化,此時(shí)渣中(FeO 含 量又急劇增加。同時(shí)由于熔池溫度高,石灰熔解的多,爐渣堿度高,流動(dòng)性也好,鋼液中的錳、磷再 次被氧化而含量降低, 并且仍能有效地脫硫, 鋼液中的硫含量也下降。 轉(zhuǎn)爐的脫硫率一般可達(dá) 5

9、0 60%。 吹煉初期,隨著鋼液中硅含量降低,氧含量升高。吹煉中期脫碳反應(yīng)劇烈,鋼液中氧含量降低。 吹煉末期, 由于鋼中碳含量降低, 鋼中氧含量顯著升高。 一般根據(jù)終點(diǎn)碳含量的不同氧含量變化在 600 1000ppm 之間。當(dāng)然由于鋼種不同,吹煉方法不同,終點(diǎn)鋼中碳和終點(diǎn)鋼中氧含量的關(guān)系會(huì)有很大 差別。1.1.1.2 頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉的特點(diǎn)與平爐、電爐煉鋼相比,轉(zhuǎn)爐煉鋼具有生產(chǎn)率高、鋼中氣體含量低等特點(diǎn)。轉(zhuǎn)爐內(nèi)反應(yīng)速度快, 冶煉時(shí)間短, 具有很高的生產(chǎn)率。 隨著轉(zhuǎn)爐容量的增大, 生產(chǎn)率進(jìn)一步提高。 轉(zhuǎn)爐煉鋼法的小時(shí)產(chǎn)鋼量為平爐煉鋼的 6 8倍,是效率極高的煉鋼方法。轉(zhuǎn)爐鋼具有下列特點(diǎn):a .鋼

10、中氣體含量少。b .由于煉鋼主要原材料為鐵水,廢鋼用量所占比例不大,因此 Ni 、 Cr 、 Mo 、 Cu 、 Sn 等殘余元 素含量低。由于鋼中氣體和夾雜少, 具有良好的抗時(shí)效性能、 冷加工變形性能和焊接性能, 鋼材內(nèi)部缺陷少。 此外,轉(zhuǎn)爐鋼的機(jī)械性能及其它方面性能也是良好的。c .原材料消耗少,熱效率高,成本低。由于轉(zhuǎn)爐煉鋼是利用爐料本身的化學(xué)熱和物理熱,熱效 率高,不需外加熱源。因此燃料和動(dòng)力消耗方面比平、電爐均低。轉(zhuǎn)爐的高效率和低消耗,使鋼的成 本較低。d .原料適應(yīng)性強(qiáng)。能吹煉中磷(0.5 1.5%和高磷(>1.5%生鐵,還可吹含釩、鈦等特殊成 分的生鐵。e .基建投資少,建

11、設(shè)速度快。生產(chǎn)規(guī)模越大,基建投資就越省。此外,轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)比較均衡,有利于與連鑄機(jī)配合。還有利于開(kāi)展綜合利用,如煤氣回收及實(shí) 現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化。1.1.2 底吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼底吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼與頂吹轉(zhuǎn)爐相比較, 在爐底耐火材料壽命、 噴嘴的維護(hù)以及由于吹入碳?xì)浠?物造成鋼中含氫量增加等方面,還存在一定的問(wèn)題。但設(shè)備投資低,并適宜于吹煉高磷鐵水。1.1.2.1 底吹氧氣轉(zhuǎn)爐吹煉反應(yīng)特點(diǎn)在底吹轉(zhuǎn)爐冶煉中, 氧氣由分散在爐底上的數(shù)支噴嘴由下而上吹入金屬熔池,因而使其具有與頂 吹轉(zhuǎn)爐明顯不同的冶金特性。a. 熔池?cái)嚢鑿?qiáng)度劇烈,其攪動(dòng)力要高于頂吹 10倍;b .由于氧流分散而均勻地吹入熔池,同時(shí)又無(wú)較強(qiáng)

12、的反向氣流作用,因此,吹煉過(guò)程平穩(wěn),基本 不噴濺,氧的利用率高,為提高供氧強(qiáng)度、縮短冶煉時(shí)間創(chuàng)造了條件;c . 由于氧氣噴嘴埋在鐵水下面, 高溫和面積較大的反應(yīng)區(qū)在爐底噴嘴出口處附近, 反應(yīng)產(chǎn)物需穿 過(guò)金屬液后,才能進(jìn)入爐渣或爐氣中,因此,上部渣層對(duì)爐內(nèi)反應(yīng)的影響很小。1.1.2.2 底吹氧氣轉(zhuǎn)爐與頂吹轉(zhuǎn)爐的比較 頂吹與底吹比較,最突出的問(wèn)題是頂吹時(shí)氧氣射流對(duì)熔池?cái)嚢璨痪鶆颉?而氧氣射流對(duì)熔池?cái)嚢璧?均勻性是影響轉(zhuǎn)爐吹煉強(qiáng)度和吹煉穩(wěn)定性的主要因素。氧氣頂吹與底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法優(yōu)缺點(diǎn)的比較、綜述于表 1-1。1.1.3 頂?shù)讖?fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉氧氣轉(zhuǎn)爐的出現(xiàn), 可以說(shuō)是考察了頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐與底吹氧

13、氣轉(zhuǎn)爐煉鋼方法的冶金特點(diǎn) 之后,所導(dǎo)致的必然結(jié)果。所謂頂?shù)讖?fù)合吹煉煉鋼法,就是在頂吹的同時(shí)從底部吹入少量氣體,以增強(qiáng) 金屬熔池和爐渣的攪拌, 并控制熔池內(nèi)氣相中 CO 的分壓, 因而克服了頂吹氧流不足 (特別是在碳低時(shí) 的弱點(diǎn),使?fàn)t內(nèi)反應(yīng)接近平衡,鐵損失減少,同時(shí)又保留了頂吹法容易控制造渣過(guò)程的優(yōu)點(diǎn),具有比頂 吹和底吹更好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)(見(jiàn)表 1-2,表 1-3 ,成為近年來(lái)氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼的發(fā)展方向。 頂?shù)讖?fù)合吹煉法的冶金特點(diǎn):a .由于增加了底部供氣,加強(qiáng)了熔池的攪拌力,使熔池內(nèi)成分和溫度的不均勻性得到了改善。b .由于攪拌力增強(qiáng),改善了渣金屬間的平衡條件,減少了鋼和渣的過(guò)氧化現(xiàn)象,提高了鋼液

14、中 的殘錳含量,降低了鋼液中的磷含量,減少了噴濺。c .通過(guò)改變頂槍槍位和頂吹制度,可以控制化渣,有利于充分發(fā)揮爐渣的作用。 1.2 電爐冶煉的工藝過(guò)程及特點(diǎn)電爐煉鋼準(zhǔn)確地講應(yīng)該叫做電弧爐煉鋼,是靠電極與爐料(廢鋼之間的持續(xù)放電所產(chǎn)生的高溫 弧光,將電能轉(zhuǎn)化為熱能。通過(guò)弧光的輻射和電弧的直接作用加熱、熔化廢鋼和爐渣,并在高溫下完 成一系列物理化學(xué)反應(yīng),通過(guò)合金化冶煉出各種成份的鋼。與轉(zhuǎn)爐煉鋼一樣,電爐煉鋼作為現(xiàn)代鋼鐵冶煉的主要方法,在鋼鐵生產(chǎn)中發(fā)揮了巨大的作用。隨 著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,電爐煉鋼的裝備和工藝過(guò)程都發(fā)生了革命性的變化,生產(chǎn)效率越來(lái)越高,生產(chǎn)成 本和工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大大地降低,鋼的質(zhì)量在

15、不斷提升,對(duì)環(huán)境的污染越來(lái)越小,冶煉的品種范圍逐 步擴(kuò)大。1.2.1 現(xiàn)代電弧爐煉鋼的工藝過(guò)程和特點(diǎn)1.2.1.1 電弧爐煉鋼的工藝過(guò)程電爐煉鋼的方法可分為三種,即氧化法、不氧化法、返回吹氧法。不氧化法在冶煉中沒(méi)有氧化期,能充分回收原料中的合金元素。返回吹氧法是在爐料中配入大量的合金返回料,利用合金元素與氧親和力隨溫度變化的原理,選 擇適當(dāng)時(shí)期向爐內(nèi)吹氧,達(dá)到脫碳去氣、去夾雜和回收合金元素的目的?，F(xiàn)代電爐煉鋼中氧化法是最常用的煉鋼方法, 因?yàn)橐话銧t料都要經(jīng)過(guò)氧化法冶煉才能成為合格鋼。 氧化法冶煉由補(bǔ)爐、進(jìn)料、熔化期、氧化期、還原、出鋼及裝料等 7個(gè)工序組成。a .補(bǔ)爐每一爐鋼出完后,必要時(shí)對(duì)爐

16、襯進(jìn)行檢查,并且要對(duì)爐襯侵蝕嚴(yán)重的部位進(jìn)行修補(bǔ),以防穿爐事 故的發(fā)生。b .進(jìn)料將裝好的料包用行車(chē)吊起并移至爐子上方,將爐料進(jìn)入爐內(nèi)。c .熔化期從通電開(kāi)始到爐料全部熔清的階段稱為熔化期。主要任務(wù)是迅速熔化全部爐料,并要求去除部分 的磷。熔化期所需能耗約占整爐鋼的 70%,如何節(jié)約電耗,提高熱效率是這一時(shí)期所需解決的主要問(wèn) 題。目前,除爐門(mén)吹氧助熔外,還有在爐壁上使用氧油燒咀,凝聚式氧槍,及廢氣預(yù)熱等手段來(lái)加速 廢鋼的熔化,節(jié)約電能。d .氧化期當(dāng)爐料全部熔清以后就要取樣分析成分,為下步操作指明方向。爐料熔清以后就要進(jìn)入氧化期, 氧化期的主要任務(wù)為:最大限度地降低鋼液中的磷含量;去除鋼液中 N

17、 、 H 及夾雜物;將鋼液加熱到出鋼溫度。氧化期主要操作有向爐內(nèi)加石灰等造渣,脫磷,向爐內(nèi)吹氧脫碳,流渣換渣等。在此期要造好泡 沫渣防止鋼液吸氣。氧化期是氧化法冶煉的主要特征。在高溫下,氧與碳發(fā)生反應(yīng)生成 CO 氣體。 O+C=CO,氣 泡從鋼中逸出,將鋼中的 H 、 N 和夾雜帶出鋼液,起到純凈鋼的作用。e .還原期還原期就是鋼水脫氧的過(guò)程。現(xiàn)代電爐煉鋼將還原期移至精煉爐進(jìn)行。精煉爐的主要任務(wù):去除鋼中的硫;脫氧;調(diào)整鋼的化學(xué)成分及溫度。f .出鋼電爐氧化期結(jié)束進(jìn)入“終點(diǎn)”即可出鋼。終點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn):P 、 C 等符合工藝求。將爐內(nèi)鋼水倒入鋼包的過(guò)程叫出鋼。 出鋼過(guò)程中要向鋼包內(nèi)加渣料 (石灰、螢

18、石等 ,合金(FeSi 、 FiSiAl 、 MnSi 、 FeSi 等 。進(jìn)行造渣,脫氧,粗合金化。出鋼時(shí)及其以后的操作鋼包底吹氬必須打開(kāi),否則就不能均勻加熱和合金化等。g .裝料根據(jù)生產(chǎn)鋼種的要求,將不同種類(lèi)的廢鋼按比例進(jìn)行搭配,然后分層裝入料包,以滿足不同鋼種 冶煉的需要。裝料非常重要,關(guān)系到一爐鋼冶煉的成功與否以及鋼質(zhì)量的優(yōu)劣。例如:爐料中 C u等有色金屬含量高,超出工藝要求時(shí)就無(wú)法繼續(xù)冶煉該鋼種,需要改鋼種或倒 包等處理,勢(shì)必影響正常生產(chǎn);又如原料中配入磷高時(shí),爐前操作就必須重點(diǎn)脫 P ,要多加石灰,多 吹氧等,使?fàn)t前冶煉時(shí)間延長(zhǎng),消耗增加,鋼液吸氣吸雜多,質(zhì)量下降。1.2.1.2

19、 電弧爐冶煉的工藝特點(diǎn)電弧爐冶煉與其他煉鋼方法相比較有以下特點(diǎn):a .熱效率高、溫度控制靈活電弧區(qū)溫度高達(dá) 30000C 以上,足以熔化各種廢鋼和合金。通過(guò)電弧加熱,鋼液溫度可達(dá) 16000C 以上,并且可通過(guò)電流電壓的調(diào)整獲得所需要的升溫及溫度范圍,滿足冶煉鋼種的要求。另外,由于 電弧直接加熱鋼液,其熱效率可達(dá) 65%以上。b .品種多范圍廣在電爐內(nèi)能夠去除鋼中的氣體(H 、 N ,夾雜等,提高鋼的質(zhì)量,冶煉品種范圍廣。c .設(shè)備簡(jiǎn)單、工藝流程短、建設(shè)周期短電弧爐的主要設(shè)備為變壓器、爐體機(jī)械結(jié)構(gòu)兩大部分,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,占地面積小,建設(shè)投資少,投 產(chǎn)快。存在的不足是:耗電量大;電弧對(duì)空氣的電離作用

20、能使空氣和水蒸汽離解成大量的氫、氮等離子 進(jìn)入鋼液,因此,電弧爐的增 H 、增 N 的速度要高于其它煉鋼法。1.3 連鑄技術(shù)及連鑄坯結(jié)晶特點(diǎn)連鑄,就是將經(jīng)過(guò)處理的鋼液連續(xù)不斷地注入有一定形狀的水冷結(jié)晶器中,使之凝固成鑄坯并連 續(xù)不斷地向外拉出的工藝過(guò)程。通常,我們把煉鋼分成二部分,即冶煉與澆鑄。冶煉的過(guò)程就是將廢鋼等通過(guò)粗煉和精煉加熱處 理成化學(xué)成分合格、溫度合格、純凈度符合要求的鋼液,澆鑄就是將合格鋼液鑄成符合一定質(zhì)量要求 的鋼坯。簡(jiǎn)而言之,前者將固體變成液體,后者是將液體變成固體。1.3.1 鑄坯結(jié)晶特點(diǎn)1.3.1.1 鑄坯的凝固過(guò)程連鑄坯凝固過(guò)程是一個(gè)向周?chē)h(huán)境放熱的過(guò)程。該過(guò)程釋放出三

21、種熱量:a .過(guò)熱:指鋼水進(jìn)入結(jié)晶器時(shí)的溫度與鋼的液相線溫度之差。b .潛熱:指鋼水由液相線溫度冷卻到固相線溫度,即完成從液相到固相轉(zhuǎn)變的凝固過(guò)程中放出的 熱量。c .顯熱:指從固相線溫度冷卻到出鑄機(jī)時(shí),表面溫度達(dá)到 1000左右時(shí)放出的熱量。金屬由液態(tài)到固態(tài)的變化過(guò)程,稱為鋼液的凝固或叫鋼液的結(jié)晶。鋼液凝固過(guò)程熱量的釋放有三 種形式,即輻射、傳導(dǎo)和對(duì)流。1.3.1.2 結(jié)晶的過(guò)程金屬的結(jié)晶過(guò)程由形核和核長(zhǎng)大兩個(gè)基本過(guò)程組成。a .晶核的形成從液態(tài)金屬中產(chǎn)生晶核一般有兩種形式,即均核(自發(fā)形核和異質(zhì)(非自發(fā)形核。均質(zhì)是從 液相直接產(chǎn)生晶核,異質(zhì)形核是依附于液相中的外來(lái)相(固體粒子產(chǎn)生晶核。b

22、.均質(zhì)形核當(dāng)液態(tài)金屬達(dá)到一定過(guò)冷度時(shí),液態(tài)金屬中體積很小,排列有序的“原子集團(tuán)”就變成規(guī)則排列 并穩(wěn)定下來(lái),成為胚胎晶核,我們把能起晶核作用而尺寸最小的“原子集團(tuán)”稱為臨界晶核。c .異質(zhì)形核借助于外來(lái)物質(zhì)的幫助,依附于液相中的那些晶體結(jié)構(gòu)與鋼的晶體結(jié)構(gòu)相類(lèi)似的固體微?；蛟诮Y(jié) 晶器壁界面上而形核,這種方式叫做異質(zhì)形核。d .晶核的長(zhǎng)大晶核形成以后,將隨即長(zhǎng)大,晶核長(zhǎng)大的實(shí)質(zhì)就是原子由液相向固相的擴(kuò)散轉(zhuǎn)移的過(guò)程,晶核長(zhǎng) 大需要一定的過(guò)冷度,增加過(guò)冷度,晶體的長(zhǎng)大速度增加。金屬晶體長(zhǎng)大后的外形,在通常的過(guò)冷度 下是樹(shù)枝狀。晶核長(zhǎng)大的過(guò)程就是凝固的過(guò)程。鋼液在一定的過(guò)冷度下出現(xiàn)固相溶解度不同,并且在

23、凝固過(guò)程中發(fā)生選分結(jié)晶,溶質(zhì)元素在液相 和固相中的分布是不均勻的,我們將這種現(xiàn)象稱之為偏析。在鋼中 Cr 、 C 、 P 、 S 、 Mn 等元素都能發(fā)生 偏析,使得鋼中某個(gè)局部范圍內(nèi)的元素成分與所冶煉鋼種不一致,導(dǎo)致鋼性能的波動(dòng)。偏析有“正” 偏析和“負(fù)”偏析之分,一般先凝固的部位產(chǎn)生負(fù)偏析,后凝固的部位產(chǎn)生正偏析。1.3.1.3 鋼坯的結(jié)構(gòu)鋼坯由邊部向中心逐步凝固,其結(jié)構(gòu)可分三層,它們是激冷層,柱狀晶帶,錠心等軸晶區(qū)。 1.3.2 澆鑄操作的注意事項(xiàng)1.3.2.1 拉速控制拉速過(guò)高,鑄坯內(nèi)部將出現(xiàn)嚴(yán)重縮孔,疏松,裂紋等。對(duì)高碳鋼來(lái)講容易出現(xiàn)嚴(yán)重的碳偏析而影 響連鑄坯的質(zhì)量。同時(shí)整個(gè)澆鑄過(guò)程

24、拉速應(yīng)平穩(wěn)。拉速選定除與鑄機(jī)的性能有關(guān)外,還與鋼種和中間包溫度有密切的關(guān)系。1.3.2.2 中間包液面中間包內(nèi)鋼液必須保持一定的深度,以使鋼液內(nèi)部的夾雜物有足夠的時(shí)間上浮,減少夾雜物。同 時(shí)確保更換大包時(shí),不至于因液面過(guò)低發(fā)生卷渣污染鋼液。一般情況下連鑄操作都要實(shí)行多爐連澆。 1.3.2.3 中間包溫度中間包的鋼液溫度很重要,因?yàn)闇囟冗^(guò)低,將發(fā)生斷流的危險(xiǎn);但鋼溫過(guò)高,將會(huì)使鑄坯內(nèi)部縮 孔增大,偏析增加,從而影響鑄坯的質(zhì)量。1.3.2.4 保護(hù)澆鑄在連鑄澆注過(guò)程中,對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行保護(hù),防止鋼液直接與空氣接觸而產(chǎn)生二次氧化。使鋼中增 加氣體(N , H , O ,同時(shí)增加鋼中的夾雜物。大包至中間

25、包要用保護(hù)套管,中間包液面用覆蓋劑,中 間包到結(jié)晶器使用浸入式水口,結(jié)晶器液面使用保護(hù)渣等進(jìn)行保護(hù)。1.4 鋼坯缺陷及對(duì)線材的影響鑄坯質(zhì)量的好壞,直接影響到線材產(chǎn)品質(zhì)量的高低。沒(méi)有合格的坯料,就不可能生產(chǎn)出質(zhì)量符合 要求的線材。近幾十年來(lái),煉鋼、連鑄工藝技術(shù)的改進(jìn)以及無(wú)缺陷坯生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用,使鋼坯質(zhì)量有 了很大提高,為保證線材產(chǎn)品質(zhì)量提供了有利條件。1.4.1 表面缺陷及對(duì)線材的影響1.4.1.1 表面缺陷鑄坯表面缺陷基本可分為以下幾種a .表面縱向裂紋在鑄坯表面, 沿鑄坯軸向擴(kuò)展的裂紋, 稱之為表面縱向裂紋。 發(fā)生在鑄坯角部及靠近角部的稱為 表面縱向角裂。表面縱向角部裂紋有時(shí)與縱向凹陷及菱形

26、變形同時(shí)發(fā)生。b .表面橫向裂紋在鑄坯表面, 沿振動(dòng)波紋的波谷處發(fā)生的橫向開(kāi)裂稱為表面橫向裂紋。 對(duì)發(fā)生在鑄坯的角部的橫 向開(kāi)裂,稱之為表面橫向角裂。表面橫裂有時(shí)發(fā)生在橫向凹陷中,表面橫裂與角裂往往同時(shí)發(fā)生。 c .表面龜裂表面龜裂一般指在鑄坯表面的星狀裂紋。 該缺陷一般覆蓋在氧化鐵下。 表面龜裂的鑄坯在軋制時(shí), 裂紋會(huì)擴(kuò)展。d .氣泡沿柱狀晶生長(zhǎng)方向伸展, 在鑄坯表面附近的大氣泡稱之為氣泡; 而對(duì)比較小的氣泡且密集的稱之 為氣孔。根據(jù)氣泡的位置,將露出表面的稱之為表面氣泡,對(duì)不露出表面的稱之為皮下氣泡,氣泡的 殘留,使成品表面產(chǎn)生缺陷。e .雙澆因各種原因使鋼液澆注中斷而在彎月面處產(chǎn)生凝殼,

27、 且不易與再澆鑄的鋼液相融, 在鑄坯四周產(chǎn) 生的連續(xù)痕跡稱之為“重接”或“雙澆” 。如果操作不慎會(huì)引起在結(jié)晶器出口處的漏鋼。f .夾渣直徑為 23mm到 10mm 以上的脫氧產(chǎn)物和侵蝕的耐火材料卷入彎月面,在連鑄坯表面形成的斑 點(diǎn)稱為夾渣。 直徑小于 2mm 的夾渣經(jīng)樣品酸洗后也可以看出:錳硅酸鹽系夾渣大而且分布淺; Al 2O 3系夾渣小而且分散。由于夾渣下面的凝固緩慢,故常有細(xì)裂紋與氣泡伴生。g .翻皮凝固在結(jié)晶器內(nèi)發(fā)生輕微的破裂時(shí), 會(huì)有少量鋼水流出來(lái), 彌合裂口, 鑄坯表面好象貼了一層皮 似的,稱為翻皮或重皮。h .冷濺由于金屬小顆粒夾在鑄坯與結(jié)晶器壁之間,在鑄坯表面形成非常粗糙的凹痕

28、面,稱之為冷濺。 i .擦傷外來(lái)的金屬異物粘附在導(dǎo)輥、拉矯輥等其他固定輥上引起的鑄坯表面機(jī)械損傷稱為擦傷。1.4.1.2 表面缺陷對(duì)線材的影響連鑄坯的缺陷除因鋼水質(zhì)量原因外, 還有連鑄設(shè)備及工藝操作本身造成的缺陷, 其最主要的表面 缺陷是針孔及氧化結(jié)疤。 針孔在加熱中被氧化, 使線材表面產(chǎn)生發(fā)裂。 一般針孔深度要求不得大于 2mm 。 氧化結(jié)疤在連鑄坯上呈點(diǎn)狀缺陷。這些結(jié)疤不僅影響線材質(zhì)量,而且會(huì)在軋制過(guò)程中堵塞導(dǎo)板而造成 事故,必須予以清理。鋼坯的皮下氣泡、橫裂、龜裂、縮孔、角裂、邊裂、中心裂紋、重接、夾渣、翻皮等缺陷,按照 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定不得存在。其他如劃痕、深振痕、擦傷、凸坑、凹坑尺寸偏差、鼓

29、肚等缺陷,必須嚴(yán)格控制, 一般以下產(chǎn)生軋制缺陷為限。1.4.2 連鑄坯的偏析、縮孔、疏松1.4.2.1 鑄坯偏析所謂偏析是指鑄坯中化學(xué)成分的差異。在鋼中,總有一定程度的偏析出現(xiàn)。局部偏析聚集是由定向的、樹(shù)枝晶間或者等軸晶區(qū)的晶粒之間的吸入流動(dòng)引起的 。 而對(duì)中心偏析 來(lái)說(shuō),聚集總是在鑄坯心部發(fā)生的。中心偏析是由鑄坯橫斷面液心內(nèi)濃化液相的流動(dòng)引起的, 而伴隨凝固過(guò)程的體積收縮正是促使這 種流動(dòng)的原因。宏觀縮孔和疏松的產(chǎn)生往往伴有嚴(yán)重的偏析。對(duì)低碳鋼來(lái)說(shuō),中心偏析不會(huì)成為問(wèn)題。而對(duì)含較高合金元素的鋼來(lái)說(shuō),它們的組合會(huì)發(fā)生不同 程度的偏析。對(duì)碳含量較高鋼來(lái)說(shuō),碳表現(xiàn)出最明顯的偏析傾向。其次產(chǎn)生偏析傾

30、向的元素順序由強(qiáng) 到弱是 S 、 P 、 Nb 、 Mn 、 Cu 、 Ni 、 V 和 Si ,而鋁很難產(chǎn)生偏析。1.4.2.2 縮孔和疏松疏松的產(chǎn)生在很大程度上與鋼的成分有關(guān),特別是碳含量。隨著碳含量增加和澆鑄速度增加,中 心疏松的程度也加重。然而澆鑄速度的影響并不像碳含量的影響那么明顯。產(chǎn)生中心縮孔和中心疏松 的一個(gè)原因就是凝固前沿之間彼此搭接產(chǎn)生所謂“搭橋” ,從而阻止或妨礙液體金屬進(jìn)入收縮孔穴。即 使二次冷卻非常均勻,也會(huì)出現(xiàn)一定程度的疏松。1.4.3連鑄坯夾雜種類(lèi)、產(chǎn)生途徑及不利影響鋼中夾雜物的存在破壞了鋼的基體的連續(xù)性,造成了鋼的組織不均勻。1.4.3.1 夾雜物種類(lèi)及產(chǎn)生途徑按

31、夾雜物的來(lái)源來(lái)分,它的種類(lèi)及產(chǎn)生途徑有:a . 外來(lái)夾雜物這類(lèi)夾雜物是由于耐火材料、熔渣等在冶煉、出鋼、澆鑄過(guò)程中進(jìn)入鋼中并滯留在鋼中造成的。 一般外來(lái)夾雜物具有的特征是:外形不規(guī)則:尺寸比較大;偶然地在這里或那里出現(xiàn)。b . 內(nèi)生夾雜物這類(lèi)夾雜物是在液體或固體鋼內(nèi),由于脫氧和凝固時(shí)進(jìn)行的各種物理化學(xué)反應(yīng)而形成的。內(nèi)生夾雜物在鋼中的分布,相對(duì)來(lái)說(shuō)是比較均勻的,顆粒一般比較細(xì)小。1.4.3.2 夾雜物對(duì)鋼的性能的影響夾雜物降低鋼的塑性、韌性和疲勞性能。a . 夾雜物對(duì)鋼的塑性和韌性的影響夾雜物對(duì)金屬材料抵抗塑性形變能力的一系列強(qiáng)度指標(biāo), 如屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等不會(huì)產(chǎn)生多少 影響。夾雜物對(duì)金屬材料

32、與斷裂過(guò)程有關(guān)聯(lián)的性能指標(biāo)如延伸率、斷面收縮率等影響很大。夾雜物對(duì)鋼材韌性的影響是通過(guò)它對(duì)韌性斷裂過(guò)程的影響而起作用的。 在金屬的變形過(guò)程中, 夾 雜物不能隨基體相應(yīng)地發(fā)生變形,這樣在它的周?chē)彤a(chǎn)生愈來(lái)愈大的應(yīng)力集中,而使之本身裂開(kāi),或 者是使夾雜同基體的聯(lián)結(jié)遭到破壞。一般來(lái)說(shuō),夾雜物數(shù)量多、尺寸大則鋼的韌性下降。b . 夾雜物對(duì)鋼的疲勞性能的影響金屬材料承受一定的重復(fù)或變應(yīng)力,經(jīng)多次循環(huán)后發(fā)生破壞,這種現(xiàn)象稱為疲勞。不同類(lèi)型的夾雜物對(duì)疲勞壽命有不同程度的影響,夾雜物愈不容易變形,影響就愈大。微裂紋是 產(chǎn)生疲勞斷裂的胚芽,它繼續(xù)發(fā)展就引起零件過(guò)早的疲勞破壞。鋼的強(qiáng)度水平愈高,則夾雜物對(duì)疲勞極限

33、所產(chǎn)生的不利影響就愈顯著。c . 夾雜物對(duì)鋼的加工性能的影響鋼中硫化物夾雜增加,鋼的熱加工性能和彎曲性能下降。增加鋼中 Mn/S,可形成 MnS 以代替 FeS ,鋼的性能得到顯著改善。對(duì)鋼的切削性能來(lái)說(shuō),夾雜物起好的作用。易切削鋼中一般要加入 S 、 Pb 、 P 等元素,它們?cè)阡?中和其它元素形成非金屬夾雜物或金屬化合物。1.5 純凈度對(duì)結(jié)構(gòu)鋼的影響1.5.1 純凈鋼的概念及其發(fā)展什么是純凈鋼?顧名思義, 純凈鋼應(yīng)該是所含雜質(zhì)很少的鋼。 可見(jiàn), 不管人們?cè)鯓痈倪M(jìn)精煉技術(shù), 所得的鋼仍然含有非金屬夾雜物。即,理論上不可能產(chǎn)生出不含非金屬夾雜的鋼。而非金屬夾雜物對(duì) 鋼性能的影響十分復(fù)雜。氮,人

34、們也早就發(fā)現(xiàn)它的有害作用。但到今天,則出現(xiàn)了尖銳的對(duì)立。一方面,除眾所周知的奧 氏體不銹鋼之外,在低合金高強(qiáng)度鋼和鐵素體合金鋼兩大類(lèi)中主張以氮代碳;另一方面,對(duì)其它的鋼 種又提出了超低氮的純度要求。純凈鋼的一個(gè)重要進(jìn)展是把微量元素(Pb 、 As 、 Sb 、 Bi 、 Cu 、 Sn 歸入夾雜之列。它們一般不 是作為合金元素使用的,而是作為各種原材料的伴隨物被無(wú)意中帶入鋼液,含量又少,約在 0.01%以 下,長(zhǎng)期以來(lái)它們不是煉鋼生產(chǎn)中常規(guī)檢驗(yàn)的對(duì)象。此外,促使人們注意這些元素的另一個(gè)因素是它 們并非一般的氧化或還原操作所能有效排除的。這樣,隨著廢鋼一次又一次地返回利用,它們?cè)谄渲?就越來(lái)越多

35、。碳, 鋼是鐵碳合金, 但不銹鋼中碳為有害元素。 汽車(chē)制造業(yè)對(duì)薄板的需求而推出無(wú)間隙元素鋼 等新鋼種,碳在這些鋼中又變成了最主要的雜質(zhì)。對(duì)不同的鋼種,雜質(zhì)的概念有所不同,甚至截然相反。純凈鋼是一個(gè)至今仍然含義模糊的概念。 所謂雜質(zhì)是隨鋼種而變化的。 某一元素在某種鋼內(nèi)是雜 質(zhì),在另一種鋼內(nèi)也可能是有用的。某元素是否是雜質(zhì)還和其含量有關(guān),在某種鋼內(nèi)其含量相當(dāng)?shù)? 但可能仍是雜質(zhì),而在另一些鋼中甚至其含量成倍增加,但它卻不是雜質(zhì)。一句話,什么是“雜質(zhì)” , 又怎樣定義“很少” ,這是要根據(jù)鋼的性能要求來(lái)考慮的。總之,純凈鋼的標(biāo)準(zhǔn)常是生產(chǎn)者和用戶之間的一個(gè)妥協(xié)。1.5.2 結(jié)構(gòu)鋼的純凈度要求結(jié)構(gòu)鋼種

36、類(lèi)繁多,分別適應(yīng)不同的用途,對(duì)性能的要求也就不同。1.5.2.1 冷加工性冷鐓工藝是生產(chǎn)螺栓、 螺母和鉚釘?shù)葮?biāo)準(zhǔn)件的主要手段。 冷鐓過(guò)程中材料要遭受相當(dāng)大的復(fù)雜變 形,因而易于開(kāi)裂。這種冷壓加工方式對(duì)鋼的純凈度有較高的要求,除要求控制 S、 P和非金屬夾雜 物之外,還要求控制 Si與 Cr的含量。汽車(chē)輪胎增強(qiáng)用鋼絲的材料是用 Si 和 Mn 脫氧的高碳鋼。冷拉中最嚴(yán)重的問(wèn)題是拉斷。除夾雜 物數(shù)量和尺寸外,生成的夾雜物最好是低熔點(diǎn)的復(fù)合氧化物,因?yàn)樗呻S著鋼絲減徑而被延伸。 1.5.2.2 易切削性線材用于切削是很少的,但鋼棉鋼是切削而成的,所以順帶提一下易切削性?，F(xiàn)在, 汽車(chē)等的制動(dòng)片中正逐步

37、棄用石棉, 而廣泛使用鋼絲絨。 它是用高速切削加工出來(lái)的。 %Al越高,則 Al 2O 3越多,刀具磨損就越快。這種鋼只能用 Si 與 Mn 脫氧。1.5.2.3 疲勞抗力影響材料抗疲勞性能的因素不少。 鋼中夾雜物也是一個(gè)很重要的因素。 減輕鋼中夾雜物對(duì)疲勞壽 命的不利影響的方法有:一是降低非金屬夾雜物數(shù)量,減小夾雜物粒度,二是控制夾雜物的組分、形 態(tài),更多的是上述兩種方法的組合。一般通過(guò)調(diào)整爐渣成分來(lái)控制夾雜物。1.6 沙鋼冶煉工藝裝備特點(diǎn)及新技術(shù)應(yīng)用自 1976年 10月沙鋼第一座 3噸電弧爐投產(chǎn)以來(lái), 生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大, 電爐煉鋼發(fā)展經(jīng)歷了由小到大,由弱到強(qiáng),由落后到先進(jìn)的不平凡歷程。目

38、前,電爐鋼產(chǎn)量居全國(guó)之首,技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)名列前 茅,裝備水平與國(guó)際接軌。隨著我國(guó)進(jìn)入 WTO ,沙鋼正瞄準(zhǔn)世界冶金前沿水平,走自己發(fā)展之路。 截止 2001年底,沙鋼正在生產(chǎn)的電爐有四座,二煉、永新煉鋼、潤(rùn)忠煉鋼、沙景煉鋼。 2002年投 產(chǎn)的煉鋼車(chē)間有 100萬(wàn)噸特鋼。1.6.1 各煉鋼車(chē)間的工藝裝備各煉鋼車(chē)間工藝參數(shù)見(jiàn)表 1-4。 1.6.2 豎爐主要特點(diǎn)1.6.2.1 裝備先進(jìn)豎式電爐具有上世紀(jì) 90年代國(guó)際先進(jìn)水平,許多新技術(shù)在電爐上得到應(yīng)用,使得該類(lèi)電爐的故障 成本低,技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平高。廢鋼通過(guò)豎井加入, 充分進(jìn)行二次燃燒化學(xué)能的轉(zhuǎn)換和高溫爐氣的物理余熱回收, 兼顧過(guò)濾煙塵, 排除爐內(nèi)廢

39、氣的作用。豎井側(cè)爐墻上裝有氧油燒咀,在廢鋼熔化前向爐內(nèi)噴射火焰助熔,并有爐壁氧槍,切割廢鋼,助 熔,脫碳。爐子底部裝有 3個(gè)透氣磚供吹氬氣,加強(qiáng)熔池?cái)嚢?加快傳熱,促進(jìn)爐內(nèi)反應(yīng)。在爐門(mén)處安裝有水冷碳氧槍,向爐內(nèi)吹氧和噴碳粉。代替人工吹氧,減少勞動(dòng)強(qiáng)度。其余設(shè)備有自動(dòng)加料系統(tǒng)、水冷爐壁及爐蓋、偏心爐底出鋼等。1.6.2.2 生產(chǎn)效率高90t 豎爐設(shè)計(jì)冶煉周期為 58分鐘 /爐,年作業(yè)按 300天計(jì)算,年產(chǎn)鋼能力為 65萬(wàn)砘,經(jīng)不斷革新 改造,特別是向電爐內(nèi)熱裝鐵水的成功,不但鋼的質(zhì)量有了進(jìn)一步的提高,而且生產(chǎn)效率也大大提高, 目前年產(chǎn)鋼能力已達(dá)到 90萬(wàn)砘。1.6.2.3 工藝配置合理電爐完成氧

40、化升溫的任務(wù)以后即出鋼,精煉方式采用脫氧合金化,調(diào)溫,純潔鋼液的模式,對(duì)于 我們生產(chǎn)棒材和優(yōu)質(zhì)線材等產(chǎn)品,其質(zhì)量保證是充分的,并且具有操作簡(jiǎn)單,投資少的特點(diǎn)。參考文獻(xiàn):李 慧.鋼鐵冶金概論.北京:冶金工業(yè)出版社, 1993.姜均普.鋼鐵生產(chǎn)短流程新技術(shù)沙鋼的實(shí)踐(煉鋼篇 .北京:冶金工業(yè)出版社, 2000.2 高速線材生產(chǎn)2.1 線材生產(chǎn)工藝裝備特點(diǎn)及先進(jìn)性2.1.1線材概述線材因其以盤(pán)卷狀態(tài)交貨又為稱盤(pán)條。線材的品種按其斷面形狀分,有園形、六角形、方形、螺 紋園形等,主要是圓形和螺紋圓形。對(duì)高速線材來(lái)說(shuō),幾乎只生產(chǎn)圓形和螺紋形線材。其規(guī)格為 5.5 13mm ,近年來(lái)又發(fā)展到 1418mm

41、。有的高速線材軋機(jī)為擴(kuò)大成盤(pán)交貨的大尺寸盤(pán)條,研制開(kāi)發(fā)了相 應(yīng)的直徑為 20mm 60mm 的盤(pán)條。用戶可根據(jù)需要任意截取長(zhǎng)度,從而提高了大規(guī)格卷材的利用率, 也就提高了用戶的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)線材的質(zhì)量性能特點(diǎn),線材又有軟線、硬線及優(yōu)線、普線之分。 軟線:通常把含碳量不大于 0.25%的低碳鋼軋制的線材稱之為軟線。如我公司按美國(guó)及日本有關(guān) 標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的 1008、 1010、 1012、 1015、 1018、 15A 、 22A 等。硬線:通常把優(yōu)質(zhì)碳素鋼中含碳量不小于 0.45%的中高碳線材稱之為硬線。對(duì)于變形抗力與硬線 相當(dāng)?shù)牡秃辖痄?、合金鋼及某些?zhuān)用鋼線材也可歸入硬線。如 30MnSi 、

42、 45、 50、 60、 65、 70、 72B-1、 77B-1、 80、 82B 及 65Mn 、 60Si 2Mn 等等。優(yōu)線:一般是指用優(yōu)質(zhì)鋼加工而成的線材。此類(lèi)產(chǎn)品要求鋼質(zhì)比較純凈、性能比較優(yōu)良,具有較 好的深加工性能。普線:一般指碳素結(jié)構(gòu)鋼(如 GB/T700中的部分牌號(hào)或國(guó)外相應(yīng)牌號(hào)加工成的線材。用于生產(chǎn)線材的鋼種很多,有碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、焊條用鋼、碳素彈簧鋼、碳素工具 鋼等非合金鋼,還有低合金鋼及合金結(jié)構(gòu)鋼、合金彈簧鋼、滾珠軸承鋼、合金工具鋼、高速工具鋼、 不銹鋼、耐蝕和耐熱鋼等,數(shù)量最大的是非合金鋼。2.1.2我國(guó)高速線材生產(chǎn)現(xiàn)狀改革開(kāi)放以來(lái),我國(guó)線材產(chǎn)量及消費(fèi)量逐

43、年上升,線材產(chǎn)量占鋼材總產(chǎn)量的比例及占世界線材總 產(chǎn)量的比例也逐漸增加, 1999年線材產(chǎn)量已達(dá) 2594.85萬(wàn) t ,線材生產(chǎn)總量已連續(xù)數(shù)年居世界首位,占 世界線材總產(chǎn)量的 27%左右。我國(guó)現(xiàn)有線材軋機(jī)約 150套,其中高速線材軋機(jī) 37套 (引進(jìn)機(jī)組 24套, 共 34線,國(guó)產(chǎn)機(jī)組 13套,共 18線,生產(chǎn)能力 1086萬(wàn) t/年 ,其余均為復(fù)二重式或橫列式軋機(jī),生產(chǎn) 能力為 1100萬(wàn) t/年 。在建的高線軋機(jī)有杭鋼、重鋼、萍鋼、邢鋼、鄂鋼、安鋼等 11套,生產(chǎn)能力約 430萬(wàn) t/a 。投產(chǎn)后線材軋機(jī)總能力將達(dá) 2800萬(wàn) t/年,高速線材軋機(jī)總能力將達(dá)到 1560萬(wàn) t/年,占線

44、材總能力的 60%左右。1997年高線產(chǎn)品占線材比例已達(dá) 42.4%,硬線比例也有增加。特別是近年來(lái)新引進(jìn)高線軋機(jī)都 具有國(guó)際先進(jìn)水平,如 1996年投產(chǎn)的張家港潤(rùn)忠鋼鐵公司的高速線材軋機(jī),最大實(shí)際軋制速度可達(dá) 120m/s, 最大卷重 2.5t , 單線設(shè)計(jì)年產(chǎn)量達(dá) 63萬(wàn) t , 目前已達(dá) 75萬(wàn) t , 是世界上目前單線生產(chǎn)能力最大 的線材軋機(jī)。 1999年初投入試生產(chǎn)的寶鋼高線軋機(jī)為高精度線材軋機(jī),在無(wú)扭精軋機(jī)列后設(shè)有減徑、 定徑機(jī)組,能生產(chǎn)最小規(guī)格 5mm 的高精度線材,可年產(chǎn)硬線材 40萬(wàn)噸,是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)硬線規(guī)模最大、 最先進(jìn)的生產(chǎn)線。2.1.3沙鋼高速線材軋機(jī)裝備簡(jiǎn)介從 1996年

45、 9月第一條高線建成投產(chǎn)以來(lái), 沙鋼已相繼建成三條類(lèi)型相似、生產(chǎn)能力相近的高線 生產(chǎn)線。其主體設(shè)備由超高功率交流電弧爐、爐外精煉、連鑄、高速線材軋機(jī)組成“四位一體”的典 型的短流程生產(chǎn)線。整個(gè)生產(chǎn)流程采用德國(guó) FUCHS (?？怂构镜膯呜Q井超高功率交流電弧爐,配 套鋼包精煉爐,年煉鋼為 80至 100萬(wàn) t ,與瑞士 CONCAST (康卡斯特公司提供的小方坯連鑄機(jī)配 套實(shí)現(xiàn)全連鑄,生產(chǎn)工藝、設(shè)備水平和控制技術(shù)代表了高速線材軋機(jī)的國(guó)際先進(jìn)水平。新型摩根軋機(jī)采用全線無(wú)扭單線連續(xù)軋制,高架式布置,設(shè)計(jì)速度 132m/s, 最小輥徑時(shí)保證速 度 105m/s, 最大軋制速度 120m/s, 最多軋

46、制 26道次。坯料尺寸(120150 mm 2³16000mm ,成 品線材 5.520mm , 螺紋鋼盤(pán)條 612mm , 平均盤(pán)重 2.4t ,設(shè)計(jì)年產(chǎn)量 63萬(wàn) t ,生產(chǎn)鋼種有碳 結(jié)、優(yōu)質(zhì)碳結(jié)、低合金、彈簧、焊條鋼、焊絲鋼和冷鐓鋼。優(yōu)線及硬線生產(chǎn)占有較大的比例,目前達(dá)80%以上。潤(rùn)忠一軋是沙鋼高速線材具有代表性的生產(chǎn)線之一, 近年以來(lái), 通過(guò)不斷的技術(shù)改造挖潛, 各項(xiàng) 技經(jīng)指標(biāo)已達(dá)國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平,其工藝流程框圖如圖 2-1所示。圖 2-1 沙鋼潤(rùn)忠一軋高線生產(chǎn)線工藝流程圖2.1.4生產(chǎn)工藝及裝備技術(shù)特點(diǎn)沙鋼三套高速線材生產(chǎn)線,引進(jìn)美國(guó)摩根公司的全套技術(shù)及關(guān)鍵工藝設(shè)備,采用德國(guó)西

47、門(mén)子或美 國(guó) ABB 公司提供的電控設(shè)備,并盡可能采用了當(dāng)前線材生產(chǎn)的高新技術(shù)。全線 26架軋機(jī)采用平立交 替布置,實(shí)現(xiàn)了無(wú)扭、小張力軋制和活套控制,生產(chǎn)線投產(chǎn)以來(lái)運(yùn)行正常, 第一條線投產(chǎn)第二年便達(dá) 年產(chǎn) 56萬(wàn)噸,各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均列國(guó)內(nèi)同行業(yè)之首的良好成績(jī),這在國(guó)內(nèi)冶金建設(shè)史上是罕見(jiàn)的。 2.1.4.1全連續(xù)高速無(wú)扭軋制現(xiàn)代線材生產(chǎn)的主要特點(diǎn)之一是連續(xù)式軋制,即軋件同時(shí)在幾架或全部軋機(jī)上軋制,每架軋機(jī)只 軋制一道次,相鄰機(jī)架間有一定的連軋關(guān)系。連續(xù)式軋制使設(shè)備布置緊湊,軋件溫降小,特別是可以 使用長(zhǎng)坯料生產(chǎn)大盤(pán)重線材。現(xiàn)代高速線材軋機(jī)的另一個(gè)主要特點(diǎn)是精軋機(jī)和預(yù)精軋機(jī)采用軋件無(wú)扭軋制,對(duì)于

48、以高碳鋼和合 金鋼產(chǎn)品為主的軋機(jī),由于鋼的塑性較差,對(duì)產(chǎn)品性能要求較嚴(yán)格,粗、中軋機(jī)也應(yīng)采用平-立交替 布置的無(wú)扭軋制。沙鋼三條線材軋機(jī)機(jī)組全線平立交替布置,實(shí)現(xiàn)無(wú)扭軋制,從而降低了軋制故障,減少了導(dǎo)衛(wèi)消 耗,有效防止了軋件因扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的劃傷及其它缺陷的擴(kuò)展,提高了線材質(zhì)量。當(dāng)前,高速線材生產(chǎn)主流工藝發(fā)展的特點(diǎn)是采用單線、高速、無(wú)扭及微張力軋制,沙鋼高線采用 的軋機(jī)機(jī)組即以其單線、高速、無(wú)扭和小張力軋制為特色。在粗、中軋機(jī)組的前 10個(gè)機(jī)架間,設(shè)定為 小張力軋制,從 10V 到精軋機(jī)之間設(shè)置有活套,共有 5個(gè)立活套 2個(gè)側(cè)活套,進(jìn)行無(wú)張力軋制,精軋 機(jī)組則通過(guò)精確的孔型設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)微張力軋制,提高

49、了產(chǎn)品的精度。為實(shí)現(xiàn)高速生產(chǎn),沙鋼高線的精軋 機(jī)組采用摩根公司最先進(jìn)的機(jī)型, 即 10機(jī)架超重載V型 45°無(wú)扭機(jī)組, 該機(jī)組重心低, 高速軋制狀態(tài) 下機(jī)組穩(wěn)定、振動(dòng)小,取消了扭轉(zhuǎn)裝置,減少了軋件前進(jìn)中的阻力,可有效避免軋件的劃傷。該機(jī)組 結(jié)構(gòu)緊湊,軋機(jī)剛度高,采用集體傳動(dòng),由一臺(tái) 6800KW 的交流變頻電機(jī)傳動(dòng),適合于高速單線無(wú)扭 軋制。精軋機(jī)組設(shè)計(jì)速度達(dá) 132m/s,實(shí)際生產(chǎn) 6.5mm 線材時(shí)已達(dá) 105m/s。2.1.4.2高產(chǎn)品精度和表面質(zhì)量的技術(shù)保證沙鋼線材軋線的工藝裝備使產(chǎn)品精度和表面質(zhì)量得到保障。其軋機(jī)分為粗軋機(jī)組、中軋機(jī)組、預(yù) 精軋機(jī)組和精軋機(jī)組,主要特點(diǎn)如下:

50、(1 粗軋機(jī)組 粗軋機(jī)組的主要功能是通過(guò)對(duì)坯料初步的壓縮和延伸,得到溫度適宜,斷面形狀 正確,尺寸合格,表面光滑,端頭整齊的軋件。沙鋼高線粗軋機(jī)組由 6架軋機(jī)組成,軋輥平立交替布 置,立式機(jī)架采用上傳動(dòng)方式,軋機(jī)單機(jī)架直流傳動(dòng),用小張力和微張力軋制,為保證產(chǎn)品質(zhì)量的高 精度和生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性,粗軋機(jī)組軋出的軋件尺寸公差控制在±1.0mm 以內(nèi)。(2 中軋機(jī)組 中軋機(jī)組的主要功能是使粗軋機(jī)組過(guò)來(lái)的軋件斷面繼續(xù)縮減,為后續(xù)軋制提供良 好的無(wú)缺陷的中間坯,尤其是要保證中間坯料尺寸精確并且沿全長(zhǎng)方向的斷面尺寸均勻。沙鋼高線的中軋機(jī)組由 6架軋機(jī)組成,平立交替布置,立式機(jī)架為上傳動(dòng),軋機(jī)單機(jī)架

51、直流傳動(dòng)。 中軋機(jī)組包括 2臺(tái)立式活套,分別布置在 10V 和 11H , 11H 和 12V 之間,實(shí)現(xiàn)該機(jī)架之間的無(wú)張力軋 制。整個(gè)中軋機(jī)組采用小張力和無(wú)張力控制軋制。以合理的道次選擇和壓下分配獲得較高精度的中間 料,中軋機(jī)組各機(jī)架條形尺寸精度為±0.6mm 。(3 預(yù)精軋機(jī)組 為保證產(chǎn)品的尺寸精度,現(xiàn)代高速線材軋機(jī)必須在高速無(wú)扭精軋機(jī)組前設(shè)置預(yù) 精軋機(jī)組,預(yù)精軋機(jī)組通常由 4架或 6架平 -立輥交替布置的軋機(jī)組成, 機(jī)架間設(shè)有立式活套, 實(shí)現(xiàn) 軋件單線無(wú)扭無(wú)張力軋制。其主要作用是對(duì)中軋機(jī)組的來(lái)料進(jìn)一步縮減斷面,獲得斷面形狀合適,尺 寸精確的中間料,保證精軋機(jī)組的成品尺寸精度。沙

52、鋼高線的預(yù)精軋機(jī)組由 4架懸臂式軋機(jī)組成,平立交替布置。立式機(jī)架為下傳動(dòng),軋機(jī)亦是單 機(jī)架直流傳動(dòng)。機(jī)架間分布有立式活套共 3臺(tái),在中軋機(jī)組間有一臺(tái)水平活套,保證了無(wú)張力軋制。 為獲得較好成品公差進(jìn)供了保證。高速無(wú)扭線材精軋機(jī)組的機(jī)架間軋輥速比固定。 通過(guò)改變來(lái)料尺寸和不同的孔型以微張力連續(xù)軋 制的方式生產(chǎn)出各種規(guī)格的線材。這種工藝裝備和軋制方式?jīng)Q定了精軋的成品的尺寸。精度與軋制工 藝的穩(wěn)定性有緊密的依賴關(guān)系。生產(chǎn)實(shí)踐表明,精軋 810個(gè)道次的消差能力為來(lái)料尺寸偏差的 50%左右。也就是說(shuō),要使成品斷面的尺寸公差不大于±0.1mm ,就必須保證預(yù)精軋來(lái)料斷面尺寸公差不 大于±

53、;0.2mm 。(4 精軋機(jī)組 現(xiàn)代高速線材精軋機(jī)組的生產(chǎn)工藝固定了道次間軋輥轉(zhuǎn)速比,以單線微張力無(wú)扭 高速連續(xù)軋制方式,通過(guò)橢圓孔型系統(tǒng)中的 23個(gè)軋槽,將預(yù)精軋機(jī)組供給的 34個(gè)規(guī)格的軋件, 軋成十到二十多個(gè)規(guī)格的成品。合理的孔型設(shè)計(jì)和精確的軋件尺寸計(jì)算,配以耐磨的軋槽,是保證微 張力軋制和產(chǎn)品斷面尺寸高精度的基本條件。在高速無(wú)扭線材精軋機(jī)組中, 保持來(lái)料的金屬秒流量差不大于 1%是工藝設(shè)計(jì)的一個(gè)基本出發(fā)點(diǎn), 從而來(lái)保證成品尺寸公差不大于±0.1mm 。沙鋼高線精軋機(jī)組的 10個(gè)機(jī)架,由一臺(tái)交流電機(jī)集體傳動(dòng)。輥徑為 230mm 和 160mm ,偶數(shù) 道次出成品。精軋機(jī)組間采用微

54、張力軋制,為減少軋件頭尾張力失控而引起的尺寸波動(dòng)。精軋機(jī)組的 機(jī)架間距較小,為 820mm ,為降低因高速軋制而產(chǎn)生的軋件溫升,精軋機(jī)組中的橢圓孔出口和圓孔型 入口采用水冷導(dǎo)衛(wèi)。該生產(chǎn)線的精軋機(jī)組以碳化鎢輥環(huán)代替軋輥,軋機(jī)間呈 90°頂交V型布置,實(shí)現(xiàn)了無(wú)扭軋制。 10機(jī)架無(wú)扭精軋機(jī)組在設(shè)計(jì)上采用組合結(jié)構(gòu),取消了傳統(tǒng)的接軸,解決了軋機(jī)的振動(dòng)問(wèn)題。尤其是 90°頂交,降低了整個(gè)機(jī)組的重心,為高速軋制提供了條件。同時(shí),機(jī)架設(shè)計(jì)采用超重載型,剛度高,彈 跳小,機(jī)架間間距小 (820mm,采用集體傳動(dòng),通過(guò)精確的孔型設(shè)計(jì)產(chǎn)生的減速比來(lái)保證微張力軋制, 從而獲得高精度的成品。機(jī)組采用

55、小輥徑輥環(huán),前 5架為 230mm ,后 5架為 160mm 。輥徑小,寬 展小,延伸大,軋件尺寸波動(dòng)小,便于成品精度控制,碳化鎢輥環(huán)具有很高的耐磨性,生產(chǎn)出來(lái)的線 材表面光亮,尺寸精度高。為更好地確保線材的尺寸精度,及時(shí)迅速地掌握產(chǎn)品精度信息,在精軋機(jī)組前安裝了一臺(tái)英國(guó) ORBIS 公司生產(chǎn)的在線測(cè)徑儀,可以對(duì)進(jìn)行入精軋機(jī)組的條形進(jìn)行在線檢測(cè),從而使其得到有效的控 制。同時(shí)在精軋機(jī)后的水箱之間也安裝了一臺(tái)同樣的在線測(cè)徑儀,快速提供線材尺寸及部分表面質(zhì)量 信息,進(jìn)一步確保了產(chǎn)品精度。為有效地去除氧化鐵皮, 在 1#機(jī)架前設(shè)置了高壓水除鱗裝置。 利用壓力高達(dá) 200bar 的高壓水把鑄 坯表面氧

56、化鐵皮去掉,保證無(wú)氧化鐵皮進(jìn)入下一道工序,從而大大提高了線材的表面質(zhì)量。為更好更快地監(jiān)測(cè)產(chǎn)品質(zhì)量,在精軋機(jī)后增設(shè)了一臺(tái)渦流探傷儀,能及時(shí)了解線材成品的表面質(zhì) 量情況,一旦發(fā)現(xiàn)有缺陷,采取相應(yīng)的解決辦法,進(jìn)行消除。與該生產(chǎn)線相匹配的是由美國(guó)戴維公司提供全套技術(shù)的小方坯步進(jìn)梁式加熱爐。該爐采用優(yōu)化了 的加熱曲線加熱,能顯著地節(jié)省能源外,有效的控制脫碳。鋼坯在入爐以前,對(duì)鋼坯逐根進(jìn)行表面質(zhì)量的檢查,發(fā)現(xiàn)有不合格的坯料,通過(guò)入爐前的剔廢裝 置將其剔出,并設(shè)有離線的鋼坯修磨機(jī),對(duì)不合格的坯料進(jìn)行表面清理,重新組批入爐,成品另行堆 放,定向發(fā)貨,跟蹤控制。2.2 線材生產(chǎn)控冷工藝及其特點(diǎn)2.2.1控制冷卻

57、簡(jiǎn)介熱軋后對(duì)鋼材進(jìn)行的旨在控制金相組織和鋼材力學(xué)性能的冷卻稱為控冷。 控制冷卻是在精軋機(jī)后 輸出輥道上設(shè)置一個(gè)一定長(zhǎng)度的冷卻帶,鋼材熱軋后通過(guò)冷卻帶,按一定的冷卻制度進(jìn)行冷卻。冷卻 制度根據(jù)鋼的化學(xué)成分和對(duì)鋼材的組織性能的要求決定。軋后控制冷卻通?？煞譃橐韵氯齻€(gè)階段:(1 第一階段 從終軋到 A r3溫度區(qū)間。終軋后,特別是在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)軋制后,在奧氏體 內(nèi)產(chǎn)生了大量位錯(cuò)和變形帶,奧氏體晶粒產(chǎn)生了很大變形。在相變前如進(jìn)行一定強(qiáng)度的冷卻,既可阻 止在高溫下奧氏體晶粒的長(zhǎng)大,又可阻止碳化物過(guò)早析出,同時(shí)也可適當(dāng)固定位錯(cuò),增加相變的過(guò)冷 度,為變形奧氏體以后的相變作好組織上的準(zhǔn)備。(2 第二階段

58、 從 A r3到以后的相變溫度區(qū)間。 在此溫度區(qū)間奧氏體發(fā)生相變。 冷卻速度在這個(gè) 溫度區(qū)間起著決定的作用。而冷卻速度的選擇則要根據(jù)鋼的化學(xué)成分和所要求的鋼材性能來(lái)決定。 (3 第三階段 第二階段后的空冷。 空冷主要起自回火和消除由前段快冷產(chǎn)生的應(yīng)力的作用, 也 有增大析出強(qiáng)化和使相變組織均勻化的作用?，F(xiàn)代高速線材軋機(jī)均設(shè)有軋后控制冷卻線, 采用控制冷卻后可取得如下經(jīng)濟(jì)效益 :(1 減少氧化損失, 節(jié)約金屬。 通過(guò)控制冷卻的線材, 可使表面二次氧化鐵皮由 2-3%減少到 0.5%以下, 節(jié)約金屬約 1.52.5%。(2 簡(jiǎn)化二次加工工藝, 節(jié)約能源。經(jīng)控冷生產(chǎn)的中高碳線材,絕大部分可以省去一次鉛淬火。(3 經(jīng)過(guò)控冷的線材, 由于表面氧化鐵皮薄, 而且為易于清除的