冷镦钢SAE1008钛成分控制doc.docx
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冷镦钢SAE1008钛成分控制doc.docx
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冷镦钢SAE1008钛成分控制doc
YJ0408-冷镦钢SAE1008钛成分控制
案例简要说明:
依据国家职业标准和冶金技术专业教学要求,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。
该案例是冷镦钢SAE1008钛成分控制分析案例,体现了转炉炼钢终点控制、脱氧合金化、终渣控制等知识点和岗位技能,与本专业转炉炼钢课程脱氧合金化学习单元的教学目标相对应。
案例名称
冷镦钢SAE1008钛成分控制
适用说明
本案例适合中职、高职、职业本科等院校冶金技术专业,在转炉炼钢、炉外精炼合金成分的控制课程教学中使用,更适合在转炉炼钢工、炉外精炼工等工种的职工培训中使用。
案例背景
某大型转炉炼钢厂,采用铁水预脱硫→80t转炉复合吹炼→LF精炼炉→大方坯连铸机
的工艺生产冷镦钢SAE1008。
生产过程中出现Ti低改判钢种成分异常事故。
案例所涉及的知识点
复吹转炉炼钢脱氧、合金化及终点控制。
案例所涉及的技能点
终点控制及脱氧合金化操作
案例工作任务的分解
分析钛成分出格的原因,找出合理的解决措施。
教学目标
(1)了解转炉炼钢的终点控制;
(2)掌握脱氧合金化操作的关键;
(3)能够分析影响合金元素收得率的因素;
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、案例分析、讲授、课堂练习。
(现场生产操作记录、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,培养了学生的分析问题、解决问题的能力。
本案例结合冷镦钢SAE1008生产中钛成分出格事故的原因进行分析,找出了事故原因,提出了合理解决措施。
为解决生产中合金成分出格事故的处理提供了一般解决的思路和办法。
冷镦钢SAE1008钛成分控制
张海臣(邢台职业技术学院)、李富伟(邢台钢铁有限责任公司)
一、背景介绍
某大型转炉炼钢厂,本着“信誉至上、管理为先、以人为本、永不满足”的企业理念,大力推进技术创新,产品结构、工艺技术结构全面优化,实现了从普钢到精品钢的战略转移。
该企业生产的中、高端冷镦钢在国内市场广受赞誉。
用冷镦钢系列产品生产的零部件、紧固件可满足从五金机具、家用电器、汽车、摩托车乃至航空航天机械的制造要求。
企业生产本钢种所用设备和工艺包括:
采用喷吹颗粒镁法铁水预脱硫,拥有三座混铁炉、三座转炉,容量50吨,一座80吨转炉;采用炉后吹氩工艺、LF炉、RH炉精炼设备,小/大方坯连铸机。
本案例结合该厂生产冷镦钢SAE1008过程中钛成分控制进行工艺分析。
二、主要内容
(一)冷镦钢中钛元素的作用和要求
1、钛元素的作用
钛铁在炼钢过程中作为合金元素加入到钢水中,起到细化组织晶粒、固定间隙元素(C、N),提高钢材的强度,增加钢材的耐腐蚀性作用,而且还能够提高钢材的综合力学性能及良好的焊接性能等。
但是钢中钛含量与碳氮化钛夹杂有一定的关系,随着钛含量的降低,钢中的碳氮化钛夹杂相应减少。
氮化钛是一种硬而脆的夹杂物,它对钢的疲劳寿命特别有害。
在相同尺寸下,氮化钛比氧化物更有害。
研究表明,钛含量超过(30~50)×10-6后钢的疲劳寿命就明显降低。
为提高冷镦钢质量,应减少其形成氮化钛夹杂物的可能性。
2、钛元素控制的要求
(1)控制炉渣氧元素的含量,前期使用脱氧剂进行脱氧,再加入钛铁合金,减少炉渣中钛氧化物的含量;
(2)控制钢水吸氮,减少氮化钛夹杂。
(二)案例分析
2015年2月27日到3月1日夜班,在5#LF炉连续生产了三个浇次SAE1008(加Ti)钢种,第三个浇次出现了一炉次Ti低改判钢种成分异常事故。
231502134炉次是5#LF炉处理,使用G053#钢包,包龄43次,上7#连铸机,为浇次第13炉。
231502134炉次在5#LF炉处理26min,加热4次,加热16分钟,软吹5分钟,具体处理过程如下:
表1具体处理过程记录表
时间
现场实绩
底吹气量NL/min
加热时间min/样品成分%
0:
48
钢包到站取样1
0:
49
出样1
90
样1:
C-0.0569Si-0.0545Mn-0.3233Ti-0.00185
0:
59
钢包进站,定氧43.68ppm,温度1524℃,陆续加入硅铝铁24Kg,电石30Kg,高碳锰12Kg,硅铁44Kg;开始加热,过程分批加入石灰共106Kg
90-260
加热10分钟
1:
09
加热结束,加入中铁铁120Kg
219
加热5分钟
1:
14
结束加热,取样2,定氧1.7ppm,温度1560℃
240
1:
15
继续加热
240
加热5分钟
1:
19
出样2
240
样2:
C-0.0702Si-0.1438Mn-0.3651Ti-0.07862
1:
20
结束加热,测温1588℃
240
1:
21
开始加热
240
加热2分钟
1:
25
喂钙线130m,开出钢包车,开始软吹
81
1:
26
钢包车开出
81
1:
26
取样3,测温1601℃,开出准备起吊
81
1:
31
软吹结束,钢包离站
0
1:
34
出样3
样3:
C-0.0757Si-0.1466Mn-0.3683Ti-0.05130
2:
22
出成品
中包成品:
C-0.08Si-0.14Mn-0.37Ti-0.044
2:
26
出副样
中包副样成品:
C-0.07Si-0.14Mn-0.37Ti-0.043
3:
32
割样
割样:
C-0.08Si-0.14Mn-0.36Ti-0.041
查MES记录,本炉次处理过程底吹气量见下表:
表2本炉次处理过程底吹气量记录表
处理号
炉号
吹氩流量NL/min
记录时刻
51501859
231502134
90.51663971
2015-3-10:
52
51501859
231502134
90.3237381
2015-3-10:
57
51501859
231502134
90.70954132
2015-3-11:
02
51501859
231502134
260.0726013
2015-3-11:
07
51501859
231502134
260.4101868
2015-3-11:
12
51501859
231502134
219.9501953
2015-3-11:
17
51501859
231502134
240.7346954
2015-3-11:
22
51501859
231502134
81.25760651
2015-3-11:
27
(三)案例原因分析
从整个处理过程的温度、成分及底吹气量方面分析来看,存在以下几个原因:
(1)炉长对于新钢种(未完全脱氧情况下控制Ti)的生产经验不足;
(2)进站定氧温度低,未引起重视;
(3)生产节奏紧张情况下,加入钛铁时间相对于操作规范的加入时间偏早;
结合以上几个原因得出:
本炉次按照操作规范加入钛铁,但是没有考虑加入钛铁时的钢水温度,使得加入钛铁后长时间升温,导致钛损严重,是成分异常的主要原因。
(四)预防措施
1、车间完善该钢种操作规范,把钛铁加入时间相应后延,保证钢水温度,控制钛损;
2、转炉使用铝块进行完全脱氧,精炼炉使用铝粒进行脱氧操作。
(五)措施实施情况
231502475炉次是5#LF炉处理,使用G036#钢包,包龄61次,上7#连铸机,为浇次第10炉。
231502475炉次在5#LF炉处理28min,加热4次,加热14分钟,软吹7分钟,对比情况如下:
表3事故炉次与成功炉次成分控制对比
C%
Si%
Mn%
P%
S%
Ti%
协议
≤0.10
≤0.30
0.30-0.50
≤0.03
≤0.04
0.05-0.07
内控
0.06-0.08
≤0.10
0.30-0.40
≤0.025
≤0.035
0.055-0.065
事故炉次
0.08
0.14
0.36
0.018
0.011
0.041
成功炉次
0.07
0.15
0.34
0.018
0.006
0.054
两炉次重点参数对比:
表4事故炉次与成功炉次重点参数对比
重点参数
231502475炉次
231502134炉次
钛铁加入量
90Kg
120Kg
加如钛铁前钛含量
0.00799%
0.00185%
钛铁加入时温度
1594℃
1560℃
加入钛铁后钛含量
0.05952%
0.07862%
钛铁加入后加热时间
4.9min
12min
钛铁加入至喂丝间隔时间
9min
16min
软吹时间
7min
5min
成品钛含量
0.054%
0.044%
钛损
0.00552%
0.03462%
(六)措施总结
1、保证温度的前提下,减少钛铁加入后的加热时间,可以有效地降低钛损;
2、钛铁加入时间适当后延,其吸收率明显增高;
3、使用脱氧剂铝粒相比较硅铝铁的脱氧效果要好;
(七)工艺路线
1、生产工艺路线:
铁水预脱硫→80t转炉复合吹炼→LF精炼炉→大方坯连铸机。
2、铁水经过脱硫后进入混铁炉,生产前化验分析,铁水条件满足如下条件才具备生产:
硫含量不大于0.04%;磷含量不大于0.120%;
3、转炉总装入量控制在52±2t。
废钢比控制在35%以下。
转炉终点控制如下:
表5转炉终点成分控制
钢种
C
P
S
SAE1008-Ti
≤0.06%
≤0.025%
≤0.035%
4、根据吹氩站温度要求及出钢温降等确定出钢温度,参考温度不低于1600℃。
5、出钢前必须进行定氧操作,根据终点氧含量加入相应数量铝块。
6、转炉出钢脱氧合金化控制要求:
6.1当钢包内钢水量约12t时,从转炉炉后加入全部铝块(可根据终点情况等调整)。
6.2当钢包内钢水量约18t时,依次加入下列合金和顶渣:
200Kg中碳锰铁→顶渣。
7、满足LF炉进站成分控制要求;
8、LF炉使用铝粒和碳化钙对炉渣脱氧,待下次加热停止后蘸样观察渣子颜色,根据颜色判断是否继续加入脱氧剂;
9、白渣形成后,加入中钛铁或高钛铁,可根据钢水成分调整加入量;
10、LF进行加热升温,满足连铸机浇注所需要的温度;
11、LF炉调整钢水成分,满足钢种标准/内控要求;
12、连铸机使用优质塞棒和水口,提高钢水质量;
13、连铸机严格保护浇注,防止钢水二次氧化、增氮和浇注絮流事故;
14、连铸机使用专用保护渣和中间包钢水覆盖剂;
15、铸坯进行缓冷或全封闭保温车热送。
三、分析路径
该案例是质量事故案例,本事故案例体现了转炉炼钢终点控制、脱氧合金化、终渣控制等知识点和岗位技能,与冶金技术专业《转炉炼钢》课程脱氧合金化学习单元的教学目标相对应。
根据国家职业标准关于合金工的要求,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。
采用分析生产现场操作记录表的手段,引导学生通过自学、讨论、对比、讲授等方式学习脱氧合金化相关知识,掌握脱氧合金化操作技能,达到教学目标要求。
四、教学目标
(1)了解高质量钢种冶炼应关注的问题;
(2)掌握冷镦钢冶炼操作要点;
(3)学习综合考虑钢种质量保证的措施,根据设备、原材料,选择工艺路线。
(4)全面复习所学知识,并将知识转化为能力。
五、教学方式方法
现场调研、问题讨论、点评、案例分析、讲授、课堂练习、大作业。
具体教学过程设计如下:
(一)课前计划
(1)学生掌握知识:
铁水预处理、转炉炼钢、LF精炼、连续铸钢生产的基本原理、工艺、设备;
(2)学生分组,指定组长;
(3)与现场联系,进行现场教学准备,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10炉冷镦钢冶炼工艺参数,收集钢种生产相关资料;
(5)学生根据所学知识和实习、调研中获得的资料,总结该钢种生产的操作要点;
(6)与技术人员交流,请技术人员讲授该钢种生产中出现的事故。
(7)教室设置成学习岛,准备投影,为每组准备2张0开白纸,大号记号笔1支、作业纸每人2张。
(二)课中计划
(1)学生按小组就座学习岛周围,选举记录人、发言人。
(2)采用头脑风暴法,每人总结一条操作要点,按顺时针顺序轮流发言,记录人将操作要点在0开白纸上按铁水预处理、转炉炼钢、炉外精炼、连续铸钢分工序记录。
要求每人发言,可以轮空,直到所有人员无法补充为止,时间15~20分钟;
(3)整理完成后,小组发言人上台展示0开白纸上的记录,并向全体师生汇报交流该钢种操作要点;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操作要点评价,指出优点和不足,每组时间8~10分钟;
(4)技术人员讲授实际生产该类钢种事故案例,时间20分钟;
(5)教师讲授帘线钢的用途、性能要求、成分控制要求,生产操作要点,时间45分钟。
(三)课后计划
布置作业,见六(三)。
六、思考题及考评
(一)课前思考题
布置课前思考题,保证学生下厂调研知道找什么材料、看什么操作、思考为什么如此操作。
(1)对冷镦钢成分、质量有哪些要求?
(2)生产冷镦钢各岗位有哪些关键的操作要点?
(3)冶炼过程中影响合金元素收得率的因素有哪些?
(二)课堂练习
课堂提问或者集体回答,目的:
及时复习、巩固知识,检查教学效果。
练习题
1、向钢中加入一种或几种合金元素,使其达到成品钢成份要求的操作称为( )。
答案:
合金化
2、金属在冷加工变形中,金属的变形抗力指标,随着变形程度的增加而( )。
答案:
升高
3、LF钢包精炼炉的主要冶金效果( )。
答案:
升温;脱硫;成分微调;降低钢中气体及夹杂物含量
4、钛铁在炼钢过程中作为合金元素加入到钢水中,起到细化组织晶粒、固定间隙元素(C、N),提高钢材的强度,增加钢材的耐腐蚀性作用,而且还能够提高钢材的综合力学性能及良好的焊接性能等。
()√
5、冷镦钢,又称铆螺钢或冷顶锻钢,是利用金属的塑性,采用冷镦加工成型工艺生产互换性较高的标准件用钢。
()√
6、出钢过程中在钢包内合金化时,影响合金收得率的主要因素是()。
A.出钢时间长短B.钢水温度高低
C.下渣量及渣中氧化铁含量多少
答案C
7、下列元素脱氧能力由弱到强的顺序为()
A.Cr<Mn<V<Si<B<TiB.Cr<Mn<V<Si<Ti<B
C.Cr<Mn<B<Si<V<TiD.Cr<Mn<Ti<Si<V<B
答案:
A
(三)课后作业
课后作业,复习巩固知识、提升能力。
(1)每人记录10炉以上冷镦钢的冶炼操作数据(包括铁水预处理、转炉炼钢、炉外精炼LF、连续铸钢)。
(2)每人结合自己调研结果,选择冷镦钢生产流程中的某一岗位生产操作,结合所学知识编写详细的操作要点。
(3)总结钢的成产过程中合金元素控制的关键操作
(四)评价建议
学生考核评价实施表
评价方式
评价内容
评价结果
得分
过程性
评价
(100%)
学生出勤(10%)
迟到一次及以下
8~10
迟到三次
5~7
缺勤
0
课堂参与
(50%)
小组评价
(20%)
小组合作融洽,讨论能达到预定的目标
16~20
小组合作比较融洽,讨论基本达到预定的目标
10~15
小组合作相对融洽或不融洽,讨论未达到预定的目标
1~9
展示评价
(20%)
展示内容全面,条理清楚、语言流畅
4~20
现场教学
评价
(10%)
遵守现场规章制度,有良好的安全意识。
0~10
完成作业(30%)
思路清晰,格式规范,内容正确
自我评价(10%)
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