【導(dǎo)讀】本設(shè)計(jì)在生產(chǎn)其他合格鑄坯的情況下以耐候鋼作為主要生產(chǎn)的高附加值鋼種。本設(shè)計(jì)選用兩座200噸轉(zhuǎn)爐，并進(jìn)行了爐型尺寸、金屬結(jié)構(gòu)、傾動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)爐。連鑄系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)和論述。備的規(guī)格和數(shù)量的設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行車(chē)間尺寸計(jì)算，確定各層平臺(tái)標(biāo)高。爐車(chē)間設(shè)計(jì)的環(huán)境和安全要求進(jìn)行說(shuō)明。

　　

【正文】 采用的是直接控制和監(jiān)控級(jí)的兩極控制系統(tǒng) ,日本鋼鐵公司采取了一體化的轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)控制系統(tǒng)之后 ,明顯減少了人員使用 ,我國(guó)鋼鐵公司采用了計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng) ,實(shí)現(xiàn)了直接控制計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)進(jìn)行連接 ,另外還通過(guò)上位計(jì)算機(jī)來(lái)收集 ,顯示相關(guān)數(shù)據(jù) ,并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行交換和操作等。 轉(zhuǎn)爐煉鋼存在脫氧工藝的問(wèn)題 不同鋼種的脫氧方式不同 ,鞍鋼股份有 限公司第二煉鋼廠各鋼種的脫氧方法及脫氧劑見(jiàn)表 所示。 表 不同鋼種的脫氧方法 鋼種 脫氧劑 脫氧方法 普碳鋼 FeMn、 FeSi、 AMnFe、鋁粒 沉淀脫氧 低碳鋼 FeMn、 AMnFe、鋁線、鋁粒 沉淀脫氧 RH 輕處理鋼 鋁錠、 FeMn、鋁線、鋁粒、 鋁造渣球 沉淀脫氧、真空脫氧、 擴(kuò)散脫氧 超低碳鋼 鋁錠、 FeMn、鋁線、 鋁粒、鋁造渣球 沉淀脫氧、真空脫氧、 擴(kuò)散脫氧 普碳鋼脫氧工藝的現(xiàn)狀及不足 該鋼種原有的脫氧工藝是在出鋼過(guò)程中 ,依次加入 FeMn、 FeSi和 AMlnFe 等進(jìn)行脫氧合金化 ,然后進(jìn)行其它成分的合金化。精煉處理過(guò)程根據(jù)鋼水的實(shí)際脫氧度進(jìn)行調(diào)整 ,脫氧不足時(shí)在精煉處理開(kāi)始通過(guò)添加鋁粒調(diào)整 ,精煉搬出前再通過(guò)添加鋁粒做最后的脫氧度調(diào)整。若轉(zhuǎn)爐脫氧度滿足鋼種要求 ,在精煉開(kāi)始時(shí)可不調(diào)整脫氧度。此鋼種脫氧方式存在的不足是 Mn及 Si 等合金的收得率較低 (Mn 的收得率只有 90%左右 , Si 只有80% )。Al 合金的利用率低 ,消耗量大 ,Al2O3生成量較大。 低碳鋼脫氧工藝的現(xiàn)狀及不足 該鋼種原有的脫氧工藝是在出鋼過(guò)程中 ,依次加入 AMlnFe、 FeMn 等進(jìn)行脫氧 ,然后內(nèi)蒙古科技大學(xué)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 9 進(jìn)行其它成分的合金化。出鋼后進(jìn)氬站通過(guò)喂鋁線調(diào)整脫氧度及 Als 含量 ,精煉處理過(guò)程根據(jù)鋼水的實(shí)際脫氧度進(jìn)行調(diào)整 ,脫氧不足時(shí)在精煉處理開(kāi)始通過(guò)添加鋁粒調(diào)整 ,精煉搬出前再通過(guò)添加鋁粒做最后的脫氧度調(diào)整。若轉(zhuǎn)爐脫氧度滿足鋼種要求 ,在精煉開(kāi)始時(shí)可不調(diào)整脫氧度。此鋼種脫氧方式存在的不足是 Mn 系等合金的收得率較低(83% )。AMlnFe 合金的利用率低 ,消耗量大 ,Al2O3 生成量較大 。因鋼包頂渣氧化性強(qiáng) ,連鑄澆注過(guò)程 Als 損失較大 (大于 % )。由于出鋼過(guò)程 AMlnFe 合金加入量較大 ,造成出 鋼 過(guò)程脫氧度過(guò)強(qiáng) ,鋼水中的氮含量偏高。 RH 輕處理鋼脫氧工藝的現(xiàn)狀及不足 該鋼種原有的脫氧工藝是在出鋼過(guò)程中 ,依次加入鋁錠、 FeMn 等進(jìn)行脫氧 ,然后進(jìn)行 Cr 等其它成分的合金化。出鋼后進(jìn)氬站通過(guò)喂鋁線調(diào)整鋼水中的氧含量至鋼種要求范圍 ,喂鋁線結(jié)束后吹氬至少 3 min 以上 ,然后添加鋁造渣球或熔渣還原劑等擴(kuò)散脫氧劑。 RHTB 真空精煉脫碳結(jié)束后 ,通過(guò)添加鋁粒調(diào)整脫氧度和 Als 含量。該脫氧工藝的不足之處在于鋁錠的消耗量較大 。由于出鋼過(guò)程脫氧度較高 ,鋼水中氮含量有增加的趨勢(shì) 。雖然采用了擴(kuò)散脫氧劑 ,但 因精煉處理過(guò)程鋼水中氧含量依然較高 ,精煉結(jié)束后鋼包頂渣的氧化性較強(qiáng) ,連鑄澆注過(guò)程中鋼水的 Als 損失較大 (平均為 % )。 超低碳鋼脫氧工藝的現(xiàn)狀及不足 該鋼種原有的脫氧工藝是在出鋼過(guò)程中 ,加入少量鋁錠、 FeMn 等脫氧劑進(jìn)行脫氧。出鋼后進(jìn)氬站通過(guò)喂鋁線調(diào)整鋼水中的氧含量至鋼種要求范圍 ,喂鋁線結(jié)束后吹氬至少3 min 以上 ,然后添加鋁造渣球或熔渣還原劑等擴(kuò)散脫氧劑。 RHTB 真空精煉脫碳結(jié)束后 ,通過(guò)添加鋁粒調(diào)整脫氧度和 Als 含量。 該脫氧工藝的不足是雖然采用了擴(kuò)散脫氧劑 ,但因精煉處理 過(guò)程鋼水中氧含量依然較高 ,精煉結(jié)束后鋼包頂渣的氧化性較強(qiáng) ,連鑄澆注過(guò)程中鋼水的 Als 損失較大 (平均為 0. 017% )。由于出鋼后鋼水中氧含量過(guò)高 ,造成氬站鋁線消耗量較大。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 10 耐候鋼介紹 簡(jiǎn)介 耐候鋼 , 又稱(chēng)耐大氣腐蝕鋼 , 是通過(guò)在普通鋼中添加一定量的合金元素制成的一種低合金鋼 , 主要合金成分為 Cu、 P、 Cr、 Ni 等元素。耐候鋼的特點(diǎn)是能夠抵御自然大氣條件下的腐蝕。鋼鐵的銹蝕是鋼結(jié)構(gòu)損壞的主要原因之一，腐蝕損耗也是相當(dāng)可觀的，據(jù)報(bào)導(dǎo)北美每年因腐蝕損耗也是相當(dāng)可觀的，據(jù)報(bào) 據(jù) 報(bào)導(dǎo)北美每 年因腐蝕損耗的鋼占年產(chǎn)量的 20%, 在加拿大每年腐蝕損失達(dá)到 6 億美元。人們解決大型鋼結(jié)構(gòu)的防腐蝕問(wèn)題的方法一般是加大腐蝕余量 , 并涂以防銹油漆。前者會(huì)造成材料的浪費(fèi) , 后者因?yàn)樾枰ㄆ谶M(jìn)行維護(hù)性重涂 , 造成維護(hù)成本提高 , 有時(shí)還會(huì)影響正常使用。還有一種方法是在結(jié)構(gòu)中使用金屬涂覆層進(jìn)行保護(hù) , 主要是熱浸鍍或噴涂鋅或鋁 , 利用鍍層金屬的陰極保護(hù)性能延長(zhǎng)鋼結(jié)構(gòu)壽命。但應(yīng)用金屬涂覆層也存在著成本較高、污染環(huán)境、大型構(gòu)件應(yīng)用困難 , 以及不易焊接等問(wèn)題。 耐候鋼并非不銹鋼 , 初期同普通碳鋼一樣也會(huì)銹蝕 , 后期則 情況不同。耐候鋼銹蝕一段時(shí)間后由于鋼表面 Cu、 P等微量元素富集 , 形成一層致密的非晶態(tài)銹層組織 , 并與基體結(jié)合得非常牢固。這層穩(wěn)定化銹層能夠在一定程度上抵御大氣中水氣及有害離子的侵入 , 防止基體金屬進(jìn)一步腐蝕。 耐候鋼在使用時(shí) , 可以涂裝、裸用或進(jìn)行穩(wěn)定化處理 , 涂裝時(shí)的要求與普通碳鋼相同。這里特別要指出的是這種材料可以不涂漆裸用 , 這是耐候鋼最突出的優(yōu)點(diǎn)。在無(wú)嚴(yán)重大氣污染或非特別潮濕的地區(qū) ,耐候鋼可以不用涂裝 , 直接裸露于大氣中 , 一般經(jīng)過(guò)年時(shí)間后 , 銹層逐漸穩(wěn)定 , 腐蝕不再發(fā)展 , 外觀呈美麗的巧 克力色。這種鋼結(jié)因沒(méi)有油漆老化等問(wèn)題 , 無(wú)需涂裝維護(hù) , 大大降低了維護(hù)成本 , 當(dāng)然也就避免了因涂漆影響使用等造成的損失。 耐候鋼的發(fā)展 我國(guó)耐候鋼的研制始于年 60 代初 , 當(dāng)時(shí)鐵道部向冶金部提出仿制 Corten 牌號(hào)的耐候鋼 ,1965 年試制出 09Mn2Cu薄鋼板。 1967 年用武鋼生產(chǎn)的 09MnCuPTi 等兩種牌號(hào)的耐候鋼制造了兩輛 P61型試驗(yàn)棚車(chē) , 經(jīng)過(guò) 18 年的運(yùn)行 , 在 1985 年廠修時(shí)檢查發(fā)現(xiàn) , 兩種耐候鋼的防腐能力均比普通碳素鋼高 2～ 3 倍。鐵道部已決定從 1990 年起新造車(chē)輛全部采內(nèi)蒙古科技大學(xué)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 11 用耐候 鋼 , 這使耐候鋼成為鐵路車(chē)輛制造的主要材料。由于這種材料的使用使車(chē)輛維修周期延長(zhǎng) , 截?fù)Q率下降 ,在一定程度上緩和了目 前鐵路運(yùn)力緊張、車(chē)輛不足的矛盾。如圖， 圖 13 耐候鋼發(fā)展歷程 耐候鋼的成分 表 為國(guó)內(nèi)各個(gè)級(jí)別外耐候鋼的化學(xué)成分 內(nèi)蒙古科技大學(xué)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 12 圖 14 耐候鋼的化學(xué)成分 Cu、 P是賦于鋼以耐候性的元素 , 但又助長(zhǎng)焊接裂紋 , 特別是當(dāng)含 P量達(dá)到 %以上影響更大。此系因當(dāng)焊接金屬凝固時(shí) , P促進(jìn)低熔 點(diǎn)夾雜物生成 ,既易產(chǎn)生高溫裂紋 , 又增加低溫裂紋敏感性 , 使焊縫的延展性和韌性變壞。然而 , P對(duì)鋼的有害作用與鋼 種含 C量有關(guān) , 降低含 C量而使鋼中 C和 P的總量 不超過(guò) %時(shí) , 則可防止冷脆傾向。國(guó)產(chǎn)耐候鋼的含 C量和 P量均不超過(guò) %, C和 P的總含量最高不超過(guò) %, 未達(dá)到 %的限度 , 因此解決了 P對(duì)耐候性有利而對(duì)焊接性有害的矛盾。含 Cu量低于 %時(shí) , 對(duì)焊接性危害不大 , 。國(guó)產(chǎn)耐候鋼的含 Cu量均低于 %。國(guó)產(chǎn)耐候鋼具有良好的焊接性能。如表 為 焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼牌號(hào)及其化學(xué) 成分，因此選擇合理的加熱工藝對(duì)于避免銅脆有著重要意義。對(duì)含銅鋼的研究分析表明， 10801100oC是含銅鋼產(chǎn)生表面裂紋臨界溫度區(qū)。圖內(nèi)蒙古科技大學(xué)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 13 ， 圖 15 銅在高溫條件下的擴(kuò)散行為示意圖 圖中滲透速度是銅向奧氏體品界滲透傾向，為銅脆缺陷產(chǎn)生的根本原因；擴(kuò)散速度指氧化皮對(duì)銅的吸留能力及銅在基體中的擴(kuò)散能力，這種擴(kuò)散對(duì)表面裂紋危害不人。在圖 ，當(dāng)加熱溫度高于 1100℃左右時(shí)，擴(kuò)散速度比滲透速度快，可抑制銅在品界滲透造成的有害作用。根據(jù)以上分析，含銅鋼加熱溫度 可有兩個(gè)選擇，即低于銅的熔點(diǎn) 1083℃或高于 1100℃。 表 16 高耐候性結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)及其化學(xué)成分。 表 16 焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼牌號(hào)及其化學(xué)成分 牌號(hào) C Si Mn P S Cu Cr V Q235NH ≤ ~ ~ ≤ ≤ ~ ~ Q295NH ≤ ~0.50 ~ ≤ ≤ ~ ~ Q355NH ≤ ≤ ~ ≤ ≤ ~ ~ ~ Q460NH ~0.18 ≤ ~ ≤ ≤ ~ ~ ~ 內(nèi)蒙古科技大學(xué)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 14 表 17 高耐候性結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)及其化學(xué)成分 牌號(hào) C Si Mn P S Cu Cr Ni Ti RE Q295GNH ≤ ~ ~ ~ ≤ ~ ≤ ≤ Q295GNHL ≤ ~0 ~ ~ ≤ ~ ~ ~ Q345GNH ≤ ~0 ~ ~ ≤ ~ ≤ ≤ Q345GNHL ≤ ~5 ~ ~ ≤ ~ ~ ≤ Q390GNH ≤ ~5 ≤ ~ ≤ ~ ≤ ≤ 冶煉工藝 廣泛借鑒日本 JIS 標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)內(nèi)寶鋼、鞍鋼、武鋼等企業(yè)的生產(chǎn)工藝，確定以集裝箱用 SPA H 為主要牌號(hào)主要生產(chǎn)工序流程：鐵水預(yù)處理 分裝混鐵車(chē) 轉(zhuǎn)爐底吹氬 LF 爐精煉 板坯連鑄 中寬帶熱軋機(jī)組 粗軋 精軋 控制冷卻 卷取 取樣檢驗(yàn) 包裝 繳庫(kù)。 （ 1） 轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝 生產(chǎn) SPAH 鋼所用鐵水經(jīng)噴吹鎂粉脫硫處理后，ω [S]%，裝入量 47~48 t，轉(zhuǎn)爐冶煉采用恒壓變槍位操作，單渣法、兩批料不留渣工藝，盡量保證終點(diǎn)碳和溫度一次命中，終點(diǎn)。ω [C]=%~% ，ω [S]≤ %。采用銅板和鎳鐵配 Cu 和 Ni，由于 Cu 、 Ni 元素不易被氧化，所以銅板和 FeNi 合金隨廢鋼一起加入爐內(nèi)參考回收率98%，其他合金在出鋼 1/5 時(shí)開(kāi)始加入，加入 的順序?yàn)楣桢i合金 硅鐵 磷鐵 內(nèi)蒙古科技大學(xué)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 15 低碳鉻鐵，出鋼 4/5 時(shí)加完。特別指出的是用磷鐵配磷時(shí)，磷的回收率會(huì)達(dá)到甚至超過(guò) 100%出現(xiàn)回磷現(xiàn)象，回磷的主要原因是出鋼時(shí)，轉(zhuǎn)爐渣進(jìn)入鋼包被還原所致。下 渣量越大，回磷量越多，這一點(diǎn)在生產(chǎn)含磷鋼時(shí)應(yīng)特別注意，轉(zhuǎn)爐出鋼采用鋼芯鋁脫氧，用量為 2 kg/t 鋼。為減少回磷、為 LF 爐精煉創(chuàng)造條件，采用擋渣球擋渣出鋼，出鋼過(guò)程下渣量≤ 50 mm。 （ 2） LF 精煉工藝 生產(chǎn) SPAH 鋼時(shí)，鋼水經(jīng) LF 爐精煉處理后，在 LF 爐對(duì)鋼水化學(xué)成分和溫度進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)造還原渣對(duì) 鋼水進(jìn)一步脫氧、脫硫，并采用φ 13 mm 的硅鈣線進(jìn)行鈣處理，改變夾雜物形態(tài)，從而改善鋼水的可澆性喂線景 m/t 鋼喂線速度 3 m/s。 （ 3） 連鑄工藝 該鋼種液相線溫度 1520℃ ，中間包鋼水過(guò)熱度控制在 2030℃ 之間，大包 —— 中包采用長(zhǎng)水口加 L 封保護(hù)措施，結(jié)品器采用中碳保護(hù)渣保護(hù)澆注，鑄坯規(guī)格為： 180 mm 600 mm 6800 mm。拉速控制在 ~ m/min，二冷段采用中冷模式，鋼水溫度是煉鋼生產(chǎn)的重要參數(shù)，溫度控制合理不僅能保證生產(chǎn)順行，而目‘能提高鋼的表而和內(nèi)部質(zhì)景，圖 16 是生產(chǎn) SPAH 過(guò)程中鋼水溫度變化情況。 圖 16 SPAH 生產(chǎn)過(guò)程中鋼水溫度變化情況 結(jié)論 經(jīng)過(guò)工藝流程：鐵水預(yù)處理 分裝混鐵車(chē) 轉(zhuǎn)爐底吹氬 LF 爐精煉 內(nèi)蒙古科技大學(xué)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 16 板坯連鑄 中寬帶熱軋機(jī)組 粗軋 精軋 控制冷卻 卷取 取樣檢驗(yàn) 包裝 繳庫(kù)?？梢杂行У姆乐挂蚣尤?Cu 元素造成的耐候鋼易斷裂問(wèn)題，而且可以生產(chǎn)出合格的耐候鋼產(chǎn)品。 第二章 生產(chǎn)規(guī)模及產(chǎn)品方案 生產(chǎn)規(guī)模的 確定 根據(jù)要求設(shè)計(jì)一個(gè)年產(chǎn) 400 萬(wàn)噸合格鑄坯的鐵水預(yù)處理系統(tǒng)配套工程，主要用于 IF鋼和耐候鋼的生產(chǎn)。耐候鋼鋼板坯尺寸規(guī)格如下：厚度： 250mm；寬度： 1550mm