高碳钢线材工艺研发与生产doc.docx
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高碳钢线材工艺研发与生产doc.docx
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高碳钢线材工艺研发与生产doc
CL0214-高碳钢线材工艺研发与生产
案例简要说明:
依据国家职业标准和金属材料及热处理技术、材料成型与控制技术专业教学要求,归纳提炼出所包含的知识和技能点,弱化与教学目标无关的内容,使之与课程学习目标、学习内容一致,成为一个承载了教学目标所要求知识和技能的教学案例。
该案例是轧制生产工艺优化案例,体现了线材轧制工艺流程;普遍线材车间轧制部分,粗轧、中轧、精轧机数量;线材车间冷却工艺参数通常设定原则;线材控冷工艺设定时主要考虑的因素等知识点和岗位技能,与棒线材生产与实训课程线材轧制工艺优化单元的教学目标相对应。
案例名称
高碳钢线材工艺研发与生产
适用说明
本案例适合高职、职业本科等院校金属材料及热处理技术、材料成型与控制技术专业,在轧制工艺、高线材生产工艺研发优化或相似的综合性课程教学中使用,同时也适合在轧钢工、工段长等工种的职工培训中使用。
案例背景
山东钢铁集团淄博张钢有限公司高线生产线装备和自动化程度达到国际先进水平,全线采用最新的工艺技术及最优设备,其中精轧机组、减定径机组、飞剪、夹送辊、吐丝机等设备从意大利DNIELI公司引进。
经过研讨会讨论,认为从设备、工艺、电气方面考虑是可行的。
同时近年来,我国钢铁企业获得了很大的发展,自2013年进行产品结构调整,以品种钢为主,增强市场竞争力,是很有必要的。
案例所涉及的知识点
(1)通常高线车间轧制部分,粗轧、中轧、预精轧、精轧机数量?
(2)高线车间冷却工艺参数的设定原则
(3)设定轧制压下量考虑的主要因素有哪些
案例所涉及的技能点
高线生产工艺的制定
案例工作任务的分解
线材轧制生产的基本原理、工艺、设备;
轧制生产的工艺参数、控冷工艺、产品质量检测
高速线材轧制生产车间的主要设备、设备参数、车间布置以及工艺流程;
通常的线材车间轧制部分,粗轧、中轧、精轧机数量;
线材车间冷却工艺参数通常设定原则;
线材控冷工艺设定时主要考虑的因素;
教学目标
(1)掌握高质量高碳钢线材应关注的问题;
(2)掌握线材轧制的工艺过程;
(3)学习综合考虑影响线材材轧制的影响因素,合金元素、轧制制度、冷却制度;
(4)全面复习所学知识,并将知识转化为能力。
案例建议的教学时间
4-6学时
案例的操作演示
现场调研、问题讨论、点评、案例分析、讲授、课堂练习、分组讨论、大作业。
(视频、仿真模拟、图片等)
案例点评
案例教学可实现现场案例与所学理论知识的有机结合,将书本知识转化为现实工作能力,培养锻炼学生的分析问题、解决问题的能力。
本案例可迁移为其他品种的线材工艺教学,学生通过本案例学习,具有其他品种线材质量分析、工艺分析、优化的能力。
高碳钢线材工艺研发与生产
山东工业职业学院李丙亮山钢张钢有限公司谢红委
1.背景介绍
山东钢铁集团淄博张钢有限公司地处山东省沿海开放城市淄博市,国家大型钢铁企业,全国地方重点骨干钢铁企业之一,张钢轧钢厂高速线材(高线)车间是张店钢铁厂结合自身的特点,以及山东钢铁集团统筹规划,为扩大张店钢铁厂生产规模,优化产品结构,打造山东钢铁集团线材精品生产基地,于2011年10月建成的南北两条分别独立的高速线材生产线。
两条独立的高速线材轧制生产线,每条轧制生产线设计年生产能力均为60万t,车间总年产量120万t。
轧制产品规格为Φ5-Φ22mm的光面线材和Φ6-Φ14mm的螺纹钢线材,最大精轧速度为115m/s,盘卷最大重量可达2.5t。
主要生产优质碳素钢、钢帘线、冷镦钢、焊条钢、弹簧钢、低合金钢等钢种。
2.主要内容
2.1.研发过程
根据实际情况,张钢轧钢事业部成立了新品种钢开发小组,对此课题进行了分析、研究和技术论证。
于2013年9月份开始为方案的调研和可行性研究阶段;2013年10~12月份为确定方案阶段。
2014年1~6月份为试生产阶段。
2.1.1可行性研究阶段
山东钢铁集团淄博张钢有限公司高线生产线装备和自动化程度达到国际先进水平,全线采用最新的工艺技术及最优设备,其中精轧机组、减定径机组、飞剪、夹送辊、吐丝机等设备从意大利DNIELI公司引进。
经过研讨会讨论,认为从设备、工艺、电气方面考虑是可行的。
同时近年来,我国钢铁企业获得了很大的发展,自2013年进行产品结构调整,以品种钢为主,增强市场竞争力,是很有必要的。
2.1.2确定方案阶段
根据预应力钢丝及钢绞线用热轧盘条GB/T24238-2009标准中产品的技术要求,制定化学成分、冶炼工艺、轧制工艺、轧后控冷工艺,改进工艺及实践,使批量生产的产品达到技术要求。
2.1.3试验阶段
根据初步编制的试验工艺方案及生产计划书,组织炼钢和轧钢进行生产试验,根据产品的性能数据,调整工艺参数,使之完全符合《预应力钢丝及钢绞线用热轧盘条》标准和客户的使用要求。
具体研发试验分4个阶段:
第1阶段:
2013年9月~2013年11月,实验室基础研究阶段,前期的基础数据研究及分析,工艺制定。
第2阶段:
2013年12月~2014年1月少试,规格Φ8mm~12mm预应力钢丝及钢绞线用热轧盘条试验分析,总结。
第3阶段:
2014年2月中试,规格Φ8mm~12mm预应力钢丝及钢绞线用热轧盘条试验分析,总结。
2014年2月以后逐步进行了批量生产,并对生产出的产品进行质量跟踪反馈,及时与下游使用厂家,进行信息的沟通反馈与总结。
2.2.轧制工艺研发分析
钢中化学成分的合理性和均匀性是决定线材也是决定预应力钢丝性能好坏的关键因素,它也能反映钢的冶炼和铸坯的浇注质量。
根据YL77B的产品特点,参照现行标准GB/T24238-2009《预应力钢丝及钢绞线用热轧盘条》要求,并结合张钢公司生产实际,制定出其成分设计方案。
根据YL77B盘条的主要技术要求和性能要求确定了内控化学成分。
对性能要求影响较大的C、Mn、Cr、P、S、O、N、H作了重点分析研究,以求得到科学合理的化学成分。
轧钢工艺路线设计:
连铸坯→加热炉加热→高压水除磷→粗中轧机→预精轧→水冷段→精轧机→水冷段→减定径机→水冷段→夹送辊→吐丝机→风冷线冷却→集卷筒→打包入库。
2.2.1轧制
加热炉为侧装侧出蓄热步进梁式加热炉,加热炉能力为140t/h。
实行一级自动化系统控制,分为预热段、加热段、均热段三段式加热,严格控制加热温度,能保证加热均匀。
YL77B钢种设计预热段温度750±50℃,加热段温度1050±40℃,均热段1100±15℃,开轧温度1030±10℃,加热时间控制在2h,尽量增加炉内的还原性气氛。
轧制线共设有7个水冷箱,采用“温度闭环控制系统”——轧制过程中,根据来料长度方向上的温度偏差,微处理器通过流量调节阀对冷却水进行连续调节。
水冷箱间设有均温导槽(温度恢复段),使离开水箱的轧件温度非常均匀,与设定温度的偏差在±10℃范围内。
YL77B钢种在900~950℃变形时,组织与性能稳定,有利于盘条的通条性,在过高温度(1000℃)下变形则晶粒易于变大,不利于避免马氏体的产生。
2.2.2冷却工艺的设定
张钢斯太尔摩风冷线采用大风量高风压冷却机,通过调节风口的开口度来调节风量;为了使线材获得均匀一致的冷却速率,每个风机的风室都安装了“V”形闸板。
相变区的冷却速度决定着奥氏体的分解转变温度和时间,也决定着线材的最终组织形态,所以整个控冷工艺的核心问题就是如何控制相变区冷却速度。
相变区的冷速对珠光体也有影响:
吐丝温度高(900℃以上),珠光体转变开始温度降低,片层间距减小,强度、硬度升高,塑性也变好,但也更容易产生马氏体组织。
试验开发YL77B中相变前最佳冷速控制在5~15℃/s,转变温度在600~650℃之间,获得的组织性能最好。
图1风冷线
生产YL77B时,经计算在第3段与第4段辊道之间开始相变,而第3段与第4段辊道之间正处于6#和7#风机控制之中,相变应该在11#风机之前完成,生产过程中应严格控制6#~12#风机风量。
在实际测温过程中,由于相变放出的潜热可看出温度有回升的现象,实际上在观察到温度回升之前,就已发生了相变,所反应出的温度回升具有滞后现象。
根据相变理论,随着冷却速度的加快,相变的形核率加快,而长大速度减小,所形成的组织细小,片间距极小,无大片状及开花状组织,这样的组织即可保证在获得高强度的基础上,具有良好的塑性、韧性。
所以要求在相变过程,必须加快冷却速度,即要求1#~6#风机尽可能开大,将其冷却速度控制在5~15℃/s之间。
实际生产中证实了这一范围的合理性。
相变完成之后,一方面要使线材不断降温,另一方面如果降温速度太快,势必造成应力增大,影响机械性能。
所以,在轧制YL77B时,10#、11#风机可适当减低开启度,测得线材表面温度为350℃以下时,即可停风机。
由于风冷设备冷却能力(主要由风机的开启度来控制)受环境,尤其是气候的影响较大,使得风机的开启与冷却速度之间没有线性关系,但随着季节的变换,风机的开启有一定的规律性。
要想随时控制冷却速度,就必须随时进行测温,计算冷却速度。
合理控制轧制温度和轧后冷却速度以获得更高比例的索氏体,简化拉丝生产工艺,降低拉丝生产成本。
2.3.工艺研发成果
生产实践证明,通过本项目的成功实施,生产规格Φ8mm~Φ12mm的预应力钢丝及钢绞线用热轧盘条均能满足技术标准要求,质量稳定,完全达到了预定指标。
山钢集团淄博张钢有限公司开展的高碳钢线材YL77B新产品工艺的研发,在实际生产上是成功的,能够达到产品标准质量要求,并且满足了客户性能需求,增强了市场竞争力,为张钢产品结构调整奠定了基础,同时经济效益比较显著,具有广泛的应用价值和推广价值,对张钢树立精品棒线生产基地也起到很好的激励作用。
3.本案例的分析路径
该案例是轧制生产工艺优化案例,本生产案例体现了线材轧制工艺流程;普遍线材车间轧制部分,粗轧、中轧、精轧机数量;线材车间冷却工艺参数通常设定原则;线材控冷工艺设定时主要考虑的因素等知识点和岗位技能,与材料成型与控制技术专业《棒线材生产与实训》课程线材轧制工艺优化单元的教学目标相对应。
根据国家职业标准关于轧钢工工种要求,对应教学目标,从此生产案例归纳提炼出所包含的知识和技能点,弱化与教学目标无关的内容,使之与课程学习目标、学习内容一致,成为一个承载了教学目标所要求知识和技能的教学案例。
采用视频、图片、实物展示等手段,引导学生通过自学、老师讲授、分组讨论等方式学习线材轧制工艺、轧制制度设定、控冷工艺设定等知识,掌握轧钢工工艺优化技能,达到教学目标要求。
4.教学目标
通过本案例的教学,使得学生具备基本的研发工艺流程的概念,对工艺研发需要考虑的内容有一个基本的理解,尤其是结合钢厂实际的设备和现有的生产水平,充分利用现有的条件,进行最优化的研发。
对新产品的质量性能要求,掌握轧制工艺和冷却工艺相关知识。
具备对生产现场发生事故的处理和分析能力,严细操作,注重岗位接口沟通。
全面复习所学知识,并将所学知识转化为动手能力。
5.教学方式方法
围绕教学目标,结合学生已知实际生产案例,进行现场生产调研、生产视频观摩、图片教学等方法手段,引导学生和工人师傅展开问题讨论、并让技术人员做现场点评,再由教师对对案例涉及的教学内容和知识点进行详细系统地讲授,通过课堂练习和大作业进行知识巩固,最后由学生结合案例对所学内容和知识点进行自我复习和总结。
具体教学过程设计如下:
5.1.课前计划
(1)学生已掌握知识内容:
线材轧制生产的基本原理、工艺、设备;
(2)学生分组,指定组长;
(3)进行现场教学之前,提前与张钢相关人员联系,进行现场教学的准备工作,主要包括安全教育、劳保用品、行走路线,现场兼职教师,现场教室等;
(4)安全教育,教师带领学生下厂调研,记录轧制生产的工艺参数、控冷工艺、产品质量检测结果,并收集其他相关资料;
(5)学生根据所学知识和实习,结合从张钢调研中获得的资料,总结张钢高速线材轧制生产车间的主要设备、设备参数、车间布置以及工艺流程;
(6)与技术人员交流,请技术人员讲授轧制生产中出现的工艺参数和冷却工艺规程的设定原则;
(7)教室学习,准备投影仪器,利用多媒体进行教学,每组学生自行准备并携带记录现场相关工艺数据的笔记本。
5.2.课中计划
(1)学生按小组就座学习讨论分析,安排学生记录、每组推选出发言人。
(2)学习讨论,每人找出一条线材新产品工艺研发的设备工艺等考虑因素,按顺时针顺序轮流发言,记录人分别记录。
要求每人发言,可以轮空,直到所有人员无法补充为止,时间8~10分钟;
(3)整理完成后,小组发言人汇总展示小组人员的发言总结,并向全体师生汇报;发言学生汇报完成后,同组学生可以补充。
汇报完成,本组自评,其它组进行点评打分,现场技术人员参与对学生汇报的要点评价,指出优点和不足,每组时间5~8分钟;
(4)技术人员讲授实际生产中轧制工艺和控冷工艺设定考虑因素,时间20分钟;
(5)教师讲授高碳钢线材工艺研发案例,引导学生分析线材生产过程中轧制设备、轧制工艺、冷却工艺以及产品性能,时间30分钟。
5.3.课后计划
布置作业,结合本案例,请同学模拟一种线材新产品的研发工艺流程,以及注意事项。
6.思考题及考评
6.1.课前思考题
布置课前思考题,保证学生进厂调研之前,必须知道要去找什么材料、看什么操作、思考为什么如此操作。
(1)通常高线车间轧制部分,粗轧、中轧、预精轧、精轧机各有几台?
(2)高线车间冷却工艺参数的设定原则?
(3)设定轧制压下量考虑的主要因素有哪些?
6.2.课堂练习
结合本案例,为巩固本节课学习内容,及时复习、巩固知识,检查教学效果。
采用课堂提问或者集体回答的方式进行练习。
练习题:
(1)高线生产整个控冷工艺的核心问题是()。
A
A.如何控制相变区冷却速度 B.降低传送速度
C.延长冷却时间 D.提高终轧温度
(2)线材轧后在高温下迅速穿水冷却,具有细化(),减少氧化铁皮、改善拉拔性能等优点。
A
A.晶粒B.晶体C.晶格D.组织
(3)线材上的裂纹,如果是由于()形成的,则裂纹无脱碳现象伴生。
C
A.钢坯上的缺陷B.钢锭上的缺陷C.轧后控冷不当D.板坯上的缺陷
(4)线材的外观质量检查是检查()是否符合标准规定的要求。
D
A.性能B.化学成分C.温度D.形状、尺寸和表面缺陷
(5)轧钢工序的两大任务是()和改善组织性能。
A
A.精确成型B.减少断面C.提高机械性能D.细化晶粒
(6)线材的控制冷却主要目的是改变金相组织,进而改善拉拔性能等,其工艺参数设计的理论依据是()。
B
A.塑性图B.C曲线C.拉伸曲线D.铁碳相图
(7)线材成卷堆冷,冷却(),对于含碳量较高的线材来说,容易引起二次脱碳。
C
A.很快B.加速C.缓慢D.快
(8)线材轧机一般分为粗轧、()、预精轧和精轧机组。
D
A.横轧B.纵轧C.斜轧D.中轧
(9)高速线材轧机中,精轧机组孔型系统主要采用()孔型系统。
B
A.箱-箱B.椭圆-圆C.菱-方D.椭圆-方
(10)高速线材生产常采用()轧机布置形式。
B
A.横列式B.连续式C.棋盘式D.顺列式
(11)冷却对高速线材质量有影响。
()√
(12)高速线材轧机的无扭精轧机是生产线材工艺最完备的轧机。
()√
(13)高速线材轧机的特点是高速、单线、无扭、微张力、组合结构、控冷、碳化钨辊环和自动化。
()√
6.3.课后作业
课后作业,为进一步复习巩固本节课知识内容,提升学生解决实际问题的能力,继续采用分组的形式,向现场或者技术人员进行采集轧制工艺参数和冷却工艺的设置参数。
(1)每组结合调研结果,选择一个现场轧制工艺规程案例进行分析。
(2)一个新产品工艺的研发工作主要做那些准备?
(3)模拟一种线材新产品的研发及生产流程。
6.4.评价建议
教师在完成一个教学任务后,必须组织教学任务考核,任务考核以教师为主,小组组长为辅,做好教学任务考核记录;完成一个教学项目后,通知教研组或教学科组织教学项目考核,项目考核以教学科(教研组)安排监考教师为主,任课教师为辅进行检查评定考核,并做好教学项目考核记录。
理实一体化教学(任务)考核评分表
第组组长:
组员:
序号
考核内容
配分
评分标准
得分
1
高碳钢线材知识
30
1、知道常见的高碳钢产品、型号
2、知道高碳钢分类及用途
3、线材生产线设备
2
线材轧制设备检查维护
30
1、加热炉技术状况检查
2、轧机使用与维护
3、线材轧制孔型设置原则
3
高碳钢线材常见问题
25
1、线材控冷措施
2、线材生产事故原因分析
3、轧制温度影响
4
岗位职业素养
15
1、规范操作
2、安全规范
3、工具使用与摆放
合计
100
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