【正文】 本著因地制宜, 經(jīng)濟(jì)適用的原則, 但由于知識(shí)和資料有限等問題其中有一些設(shè)備具體情況知識(shí)選擇而不能具體設(shè)計(jì)。1設(shè)計(jì)方案的確定與論證 根據(jù)典型鋼種的冶煉工藝流程與連鑄坯的類型, 如板坯、方坯或圓坯等, 再結(jié)合目前市場(chǎng)鋼產(chǎn)品的調(diào)研, 預(yù)測(cè)未來市場(chǎng)需要什么類型的鋼種, 也就是運(yùn)用市場(chǎng)的戰(zhàn)略眼光預(yù)測(cè)出將來的市場(chǎng)最需要哪種鋼材, 因此來確定本車間的產(chǎn)品大綱。IF鋼的出現(xiàn)最早可追溯到1960年, 日本的一位薄板研究員在一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)成功地開發(fā)了這種特殊的鋼。由于鋼中無間隙原子, 而使其具有優(yōu)異的深沖性能:高塑性應(yīng)變比、高延伸率、高硬化指數(shù), 以及較低的屈強(qiáng)比, 并具有優(yōu)異的非時(shí)效性, 因此被譽(yù)為第三代超深重用鋼[1]。所以在一定程度IF鋼上代表了一個(gè)國家的鋼鐵工業(yè)水平[2]。隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展, 對(duì)優(yōu)質(zhì)汽車用鋼的要求越來越高, 需求也越來越高。由于C, N含量決定了產(chǎn)品的最終性能和添加Ti, Nb量的多少, 因此在冶煉過程中盡量降低C, N含量是穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量和減少成本的關(guān)鍵, 所以IF鋼的冶煉要點(diǎn)是：(1)%～%。%。按化學(xué)當(dāng)量計(jì)算, 只要鋼中強(qiáng)碳氮化元素的含量X(X代表Ti或Nb)滿足：X(atom%)/(C(atom%)+N(atom%)=1則C和N原子可以被完全固定成X(CN)。 由以上的IF鋼冶煉要點(diǎn)可以確定IF鋼的冶煉工藝路線和各個(gè)環(huán)節(jié)的注意事項(xiàng)（以本溪鋼鐵公司煉鋼廠為例）[3]：① IF鋼生產(chǎn)工藝路線鐵水脫硫→復(fù)吹轉(zhuǎn)爐→RH→板坯連鑄②鐵水脫硫采用噴吹金屬鎂粉粒和鈍化的活性石灰對(duì)鐵水進(jìn)行脫硫, 要求處理后入轉(zhuǎn)爐的鐵水中w(S)≤%。③復(fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉采用精料廢鋼和活性石灰(硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤%)冶煉, 冶煉全程底吹氬氣, 鋼包內(nèi)預(yù)加活性石灰, 出鋼過程不脫氧, 只進(jìn)行錳合金化處理, 采用無碳包襯的鋼包盛裝鋼水。表11 復(fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉粗鋼成分要求（%）CSiMnPSON≤≤≤≤≤④ RH真空精煉 RH采用6級(jí)8個(gè)泵連續(xù)抽真空, kPa以下, 鋼水循環(huán)量為130t/min。完成脫碳脫氧任務(wù)后, 再進(jìn)行脫氧及鈦合金化。 E36船板鋼船板是造船工業(yè)不可缺少的原材料, 船板的性能和質(zhì)量狀況越來越受到船東、船廠和船舶設(shè)計(jì)者的重視。但是中厚板軋機(jī)軋制薄規(guī)格鋼板(≤18 mm)比較困難：一方面難以保證薄規(guī)格鋼板的板形和尺寸, 另一方面軋制薄規(guī)格鋼板時(shí)其產(chǎn)能將大大降低, 因此一般中厚板廠對(duì)薄規(guī)格鋼板進(jìn)行限制性生產(chǎn)。在目前的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下, 鋼材使用部門為了降低生產(chǎn)成本, 追求利益最大化, 對(duì)開平鋼板的使用越來越重視, 因此使用開平鋼板代替部分中厚板軋機(jī)的產(chǎn)品就具有重要的經(jīng)濟(jì)意義[4]。廢鋼要求干燥、潔凈, 且在冶煉DH36/EH36 級(jí)船板時(shí)廢鋼盡量采用低硫自產(chǎn)廢鋼。冶煉過程注意底吹氣體氮?dú)?、氬氣的及時(shí)切換, 防止冶煉后期增氮。鈮合金化采用出鋼前在鋼包加入鈮鐵完成。并在出鋼過程加入鋼芯鋁和石灰, 利用渣洗作用完成一個(gè)初渣的形成過程。④ RH及LF控制 LF爐采用進(jìn)站后立即喂鋁線工藝快速脫氧, 精煉過程分批加入石灰和螢石造渣, 并通過加入鋁丸、硅鈣粉、AD復(fù)合脫氧劑等完成擴(kuò)散脫氧。在造渣過程中遵循“快、白、穩(wěn)”的原則, 并配合合理的吹氬攪拌工藝。同時(shí)對(duì)于 B、D級(jí)船板精煉結(jié)束后, 進(jìn)行鈣處理及保證足夠的軟吹時(shí)間, 鈣處理效果要保證, 目標(biāo)值中包鈣含量達(dá)(2030)ppm。為保證處理效果, 鋁丸及鈦合金加入時(shí)機(jī)、凈循環(huán)時(shí)間、最佳循環(huán)流量的控制是關(guān)鍵。⑤連鑄參數(shù)配置嚴(yán)格執(zhí)行保護(hù)澆注, 中包使用前用Ar清掃, 確保大包與長水口之間的密封, 大包自流率保證100%, 以防止鋼水的二次氧化和澆注過程吸氮。生產(chǎn)節(jié)奏控制合理, 澆注過程始終保證中包鋼水高度高于臨界高度。采用動(dòng)態(tài)輕壓下技術(shù), 動(dòng)態(tài)輕壓下參數(shù)根據(jù)實(shí)際拉速確定。此類鋼一般由轉(zhuǎn)爐或平爐冶煉, 其主要原料為鐵水加廢鋼, 鋼中硫、磷含量高于優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼, %, %。由原料帶入鋼中的其他合金元素含量, 如鉻、鎳、%, 按成分和性能要求, 此類鋼的牌號(hào)由Q19Q215A、Q235A、B、C、D、Q255A、B、Q275等鋼級(jí)表示。主要用于廠房、橋梁、船舶等建筑結(jié)構(gòu)和一般輸送流體用管道。 Q235鋼管用來輸送低壓流體。也可采用易于焊接的其它軟鋼制造。焊管的規(guī)格用公稱口徑表示（毫米或英寸）公稱口徑與實(shí)際不同, 焊管按規(guī)定壁厚有普通鋼管和加厚鋼管兩種, 鋼管按管端形式又分帶螺紋和不帶螺紋兩種。這就決定了管線鋼向著高等級(jí)、高性能要求方向發(fā)展。為滿足X80高等級(jí)管線鋼的性能要求, 對(duì)冶煉工藝提出了新的要求, 具有較高的鋼液潔凈度, 低的雜質(zhì)元素含量, 如低磷、低硫、低氣體含量, 同時(shí)為滿足鋼坯內(nèi)部質(zhì)量控制中心偏析采用低碳成分設(shè)計(jì)體系。硫是管線鋼中最為有害的元素之一, 影響管線鋼的沖擊韌性, 導(dǎo)致管線鋼各向異性。X80管線鋼的采用低的硫含量成分要求。此外, 磷還惡化焊接性能, 顯著降低鋼的低溫沖擊韌性。 耐候鋼耐候鋼, 即耐大氣腐蝕鋼, 是指含少量耐候性合金元素, 在大氣中具有良好的耐腐蝕性能, 相對(duì)于不銹鋼價(jià)格較低的低合金鋼。耐候鋼可以裸露使用、涂裝使用或穩(wěn)定化處理后使用。美國是最早商業(yè)化耐候鋼產(chǎn)品的國家, 1933年美國鋼鐵公司研制出Corten系耐候鋼產(chǎn)品。如印度的SailcorA系列, 韓國的RAWS50、日本的SPAH、CUPTENG, 德國的ST 35等等。目前, 高強(qiáng)度耐候鋼發(fā)展較為前沿的是瑞典SSAB公司的Domex500700W系列, 其屈服強(qiáng)度達(dá)到了700MPa級(jí), 但產(chǎn)品規(guī)格存在局限性, 厚度在6 mm以下。我國的耐候鋼產(chǎn)品主要用于鐵路車輛、集裝箱、橋梁等領(lǐng)域, 建筑、工程機(jī)械、煤礦機(jī)械等大量暴露于大氣或特殊工況條件下器械, 由于腐蝕引起使用壽命縮短而造成經(jīng)濟(jì)損失, 或因腐蝕失效造成重大事故, 因此, 這一領(lǐng)域?qū)δ秃蚪Y(jié)構(gòu)鋼的需求將會(huì)日益增多, 但由于在具有良好機(jī)械性能、成型性、焊接性和低溫韌性的基礎(chǔ)上, 同時(shí)具有良好的耐腐蝕性能造成耐候結(jié)構(gòu)鋼的成本偏高, 因此開發(fā)具有低成本的經(jīng)濟(jì)耐候結(jié)構(gòu)鋼具有良好的市場(chǎng)前景和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力[7]。影響正常的生產(chǎn), 設(shè)備的利用率低。綜上所述本設(shè)計(jì)選用2吹2的模式配置。參照同類型的先進(jìn)技術(shù)指標(biāo)。當(dāng)前IF鋼的生產(chǎn)有三種典型的工藝流程, 必須根據(jù)企業(yè)現(xiàn)有的裝備條件來選擇合適的流程。工藝B和工藝C由于采用了LF精煉, 能使大包渣得到很好改性, 有利于渣吸收夾雜物, 凈化鋼液。本設(shè)計(jì)采用：鐵水預(yù)處理—轉(zhuǎn)爐冶煉—RH真空精煉—連鑄的工藝路線。（1） 魚雷罐車進(jìn)鐵魚雷罐車進(jìn)鐵又稱混鐵車進(jìn)鐵, 是指高爐鐵水用魚雷罐車運(yùn)輸, 其基本流程是：魚雷罐運(yùn)到煉鋼車間后, 經(jīng)過倒罐站倒入轉(zhuǎn)爐鐵水罐, 再進(jìn)行鐵水預(yù)處理或直接兌入轉(zhuǎn)爐。鐵水運(yùn)輸不需加隔離車, 鐵路運(yùn)行安全。（2） 混鐵爐進(jìn)鐵混鐵爐進(jìn)鐵是指高爐鐵水通過混鐵爐后再裝入轉(zhuǎn)爐, 這種進(jìn)鐵方式是一種在中小轉(zhuǎn)爐常用的進(jìn)鐵方式, 在我國使用比較普遍, 其基本流程是：高爐鐵水用鐵水罐車運(yùn)到煉鋼車間, 先倒入混鐵爐, 再由混鐵爐倒入轉(zhuǎn)爐鐵水罐?；扈F爐進(jìn)鐵的缺點(diǎn)：由于采用煤氣保溫, ；增加一次鐵水倒轉(zhuǎn)次數(shù), 鐵水溫降10～15℃；不宜工藝布置, 影響車間工序；鐵水罐機(jī)車不易布置。鐵水罐進(jìn)鐵的優(yōu)點(diǎn)：直接進(jìn)鐵, 減少了鐵水的倒轉(zhuǎn), 鐵水溫降在三種進(jìn)鐵方式中溫降最小, 節(jié)能效益最大, 主要投資相對(duì)較小。綜上所述, 從工藝順行和節(jié)能方面進(jìn)行分析, 鐵水罐直接進(jìn)鐵工序簡(jiǎn)單, 鐵水溫降小, 是一種有很大發(fā)展前景的轉(zhuǎn)爐進(jìn)鐵工藝, 但高爐現(xiàn)未能解決計(jì)量問題。結(jié)合本設(shè)計(jì)的車間要求年產(chǎn)鋼量為395萬噸, 采用魚雷罐車進(jìn)鐵方式合適。另外減去了轉(zhuǎn)爐脫磷、脫硫操作, 實(shí)現(xiàn)了少渣精煉?，F(xiàn)在鐵水預(yù)處理脫硫的方法主要有KR法和噴吹法。其優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)力學(xué)條件優(yōu)越, 有利于采用廉價(jià)的脫硫劑如CaO, 脫硫效果比較穩(wěn)定, 效率高(脫硫到≤%), 脫硫劑消耗少, 適應(yīng)于低硫品種鋼要求高、比例大的鋼廠采用。噴吹法是利用惰性氣體（N2或 Ar ）作載體將脫硫粉劑（如CaO, CaC2和Mg）由噴槍噴入鐵水中, 載氣同時(shí)起到攪拌鐵水的作用, 使噴吹氣體、脫硫劑和鐵水三者之間充分混合進(jìn)行脫硫。相比KR法而言, 一次投資少, 適合中小型企業(yè)的低成本技術(shù)改造。處理容器采用魚雷罐時(shí)其內(nèi)流場(chǎng)極不均勻, 漩渦橫向發(fā)展, 造成的死角多, 尤其是魚雷罐兩頭、底部、以及中間部分區(qū)域的鐵水流動(dòng)性較差, 在很大程度上惡化了脫硫的動(dòng)力學(xué)條件, 所以處理容器選擇鐵水包[8]。氧化轉(zhuǎn)爐煉鋼法可分為頂吹法, 底吹法, 頂?shù)讖?fù)臺(tái)吹煉法。但是鐵的蒸發(fā)率, 渣中含鐵高, 煙塵大, 吹損大, 金屬收得率低, 同時(shí)熱損失增大。特別在低碳區(qū)爐渣強(qiáng)烈過氧化, 吹煉過程容易出現(xiàn)噴濺, 限制了供氧強(qiáng)度的提高, 因而限制了頂吹法生產(chǎn)率和金屬收得率的進(jìn)一步提高。氧氣流從下向上吹入穿過熔池, 對(duì)熔池的攪拌力增強(qiáng), 使熔池的溫度和成分更加均勻, 渣一鋼之間混合得更好和更接近平衡, 防止了熔池的過氧化。但是缺點(diǎn)是熱效率低, 前期去P能力差, 爐底易損壞。底吹可彌補(bǔ)頂吹某些不足之處(如攪拌力弱), 但卻失去頂吹的某些長處(如前期去磷率高), 只有兩者結(jié)合才能達(dá)到最佳的冶金效果。爐外精煉即將轉(zhuǎn)爐或電爐中初煉過的鋼液移到另一個(gè)容器中進(jìn)行精煉的煉鋼過程, 也叫“二次煉鋼”。初煉：爐料在氧化性氣氛的爐內(nèi)進(jìn)行熔化、脫磷、脫碳和主合金化。這樣將煉鋼分兩步進(jìn)行, 可提高鋼的質(zhì)量, 縮短冶煉時(shí)間, 簡(jiǎn)化工藝過程并降低生產(chǎn)成本。爐外精煉設(shè)備具有熔池?cái)嚢韫δ? 這項(xiàng)操作可以鋼水的溫度以及其中所包含的成分更為均勻, 以確保所生產(chǎn)出來的鋼材質(zhì)量更為均勻。爐外精煉設(shè)備的控制溫度功能可以對(duì)鋼水中的成分進(jìn)行微調(diào), 以使鋼水的質(zhì)量符合規(guī)定的產(chǎn)品標(biāo)注。（1） LF爐精煉LF鋼包精煉爐, 是用來對(duì)初煉爐(電弧爐、平爐、轉(zhuǎn)爐)所熔鋼水進(jìn)行精煉, 并且能調(diào)節(jié)鋼水溫度, 工藝緩沖, 滿足連鑄、連軋的重要冶金設(shè)備。鋼包精煉爐主要功能：1） 使鋼液升溫和保溫功能。而且連鑄要求的鋼液開澆溫度得到保證, 有利干鑄坯質(zhì)量的提高。氬氣通過裝在鋼包底部的透氣磚向鋼液中吹氛, 鋼液獲得一定的攪拌功能。通過鋼包吊入真空罐后, 采用蒸汽噴射泵進(jìn)行真空脫氣, 同時(shí)通過包底吹入氬氣攪動(dòng)鋼液, 可以去除鋼液中的氫含量和氮含量, 并進(jìn)一步降低氧含量和硫含量, 最終獲得較高純凈度的鋼液和性能優(yōu)越的材質(zhì)。LF爐工藝的主要優(yōu)點(diǎn)有：1） 精煉功能強(qiáng), 脫氧、脫硫、凈化鋼水效果好, 鋼的質(zhì)量顯著提高；適宜生產(chǎn)超低硫、超低氧鋼種。3） 具備攪拌和合金化功能, 易于實(shí)現(xiàn)窄成分控制, 提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性。5） 設(shè)備簡(jiǎn)單, 投資較少。RH技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：1） 反應(yīng)速度快, 處理能力大, 處理周期短, 一般一次完整的處理需要15min, 即10min處理時(shí)間, 5min合金化及混勻時(shí)間。2） 反應(yīng)效率高, 鋼水直接在真空室內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)。4） 可進(jìn)行噴粉脫硫, 生產(chǎn)超低硫鋼。采用消耗式噴槍或水冷噴槍吹氧。VD/VOD裝置精煉處理的時(shí)間長溫降大不合適與大轉(zhuǎn)爐配合。IF鋼生產(chǎn)中要求極低的w(C)和較低的w(N), 通常均小于0. 003%, 并具有較高的純凈度, 加入合金達(dá)到鋼中無間隙原子, 從而獲得低的屈服強(qiáng)度、高的伸長率、高的垂直塑性各項(xiàng)異性應(yīng)變比、高的硬化指數(shù)和無時(shí)效性的深沖性能指標(biāo)。%以下, 并同時(shí)吹氬攪拌使成分均勻, 然后進(jìn)行轉(zhuǎn)爐冶煉。 連鑄機(jī)的選擇連續(xù)鑄鋼：將合格鋼水鑄成適合于軋制或鍛壓加工所需要的一定形狀、尺寸和單重的鑄坯（或鑄錠）；也稱連鑄。分類標(biāo)準(zhǔn)不同, 機(jī)型也不同；按照結(jié)構(gòu)外形分可以分為：立式連鑄機(jī)、立彎式連鑄機(jī)、帶直線段弧形連鑄機(jī)、弧形連鑄機(jī)、多半徑橢圓形連鑄機(jī)和水平連鑄機(jī)等。（2）立彎式連鑄機(jī)的特點(diǎn)：上半部與立式連鑄機(jī)相同：在垂直方向上進(jìn)行澆鑄及冷卻凝固。, 在水平方向上切斷和出坯。（3）弧形連鑄機(jī)的主要特點(diǎn)：鑄機(jī)高度低；鑄坯在凝固過程中承受的鋼水靜壓力小, 鼓肚變形小, 內(nèi)裂和偏析少；鋼水在凝固過程中, 非金屬夾雜物有向內(nèi)弧聚集的傾向, 鑄坯內(nèi)部夾雜物分布不均。（5）多半徑橢圓形連鑄機(jī)的特點(diǎn)：鑄機(jī)高度大大降低, 適宜在老廠房內(nèi)布置；鋼水靜壓力低, 鑄坯鼓肚小, 中心裂紋缺陷得到改善；鋼水中的夾雜物幾乎無上浮機(jī)會(huì)；對(duì)鋼水純凈度的要求很嚴(yán)格。立彎式連鑄機(jī)由于具有垂直結(jié)晶器和垂直導(dǎo)向段, 因此有利于使板坯內(nèi)部未凝固鋼液中夾雜物的上浮、分離, 而在弧型連鑄機(jī)中, 夾雜物容易在板坯內(nèi)弧側(cè)14/~1/5厚度處聚集, 影響板坯質(zhì)量；鑄坯在凝固時(shí)散熱均勻, 同一斷面坯殼凝固厚度均勻, 不易產(chǎn)生中心偏析, 在生產(chǎn)特厚板坯和特殊鋼種時(shí)板坯質(zhì)量能夠得到保證；鑄坯完全凝固后再進(jìn)行彎曲和矯直, 減小了鑄坯凝固過程的內(nèi)應(yīng)力, 能夠有效地防止鑄坯產(chǎn)生內(nèi)部裂紋；立彎式連鑄機(jī)通過鑄坯的在線彎曲和矯直, 有利于鑄坯的切割、去毛刺和下線[10]。2 物料平衡和熱平衡計(jì)算鐵水成分及溫度見表21。表22 原材料成分%CaOSiO2MgOAl2O3SP石灰礦石輕燒鎂球輕燒白云石爐襯%FeOFe2O3燒堿H2OC∑石灰100礦石100輕燒鎂球輕燒白云石100爐襯100冶煉鋼種成分見表23。表24 平均比熱材料固態(tài)平衡比熱容kJ/kgC液態(tài)或氣態(tài)平衡比熱容kJ/kgSiO24CaO+P2O5=4CaO 物料平衡計(jì)算