大單重鋼板的生產(chǎn)與應(yīng)用

大單重鋼板的生產(chǎn)與應(yīng)用

1總結(jié)1.1大單重鋼板的腐蝕隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，許多新材料品種的需求非常高，尤其是高強(qiáng)度大重板和耐腐蝕、耐鹽高差的大重板。例如,高端模具鋼、潛艇耐壓殼體用鋼板、鍋爐容器鋼、核電用鋼等,而且絕大多數(shù)是厚板和特厚鋼板。這些大單重鋼板為了達(dá)到其特殊的使用性能,均有共同的特點(diǎn)即必須擁有高致密度、高純凈度、高均勻性、低缺陷率和大壓縮比。1.2連鑄工藝,生產(chǎn)大尺寸的可持續(xù)鑄造生產(chǎn)目前供生產(chǎn)鋼板的鑄坯來源主要有三種:模鑄、連鑄和電渣重熔。模鑄鋼錠現(xiàn)在是厚板和特厚板生產(chǎn)的主要工藝,它的優(yōu)點(diǎn)是:錠型齊全、易于操作、場地占用面積小、可實(shí)現(xiàn)較大軋制壓縮比;但它有致命的缺陷:頭尾偏析嚴(yán)重、成才率低。連鑄工藝其優(yōu)點(diǎn)是:生產(chǎn)率高、成才率高、可連續(xù)作業(yè),缺陷是:坯厚受限制也即軋制壓縮比小,主要是供生產(chǎn)薄板和中厚板,無法生產(chǎn)特厚板。根據(jù)目前世界冶煉工藝技術(shù)的發(fā)展,電渣重熔技術(shù)是集精煉和凝固于一體的一種鑄造方法,它除了可以有效地去除鋼中的非金屬夾雜物和減少硫等有害物的含量外,還可以有效地控制結(jié)晶速度和方向,獲得所期望的趨于軸向的結(jié)晶組織,以及滿足大單重特厚板的大壓縮比的要求。2其它成型技術(shù)電渣重熔是利用電流通過熔渣時產(chǎn)生的電阻熱作為熱源進(jìn)行熔煉的方法,其主要目的是提純金屬并獲得潔凈組織均勻致密的鋼錠。其工藝就是利用重熔電流產(chǎn)生熱能熔化插入熔池的自耗電極,金屬熔滴通過渣液清洗后,在水冷結(jié)晶器中結(jié)晶成為電渣錠的一種特殊冶煉工藝。由于渣液的去夾雜作用和良好的結(jié)晶條件,電渣重熔金屬具有良好的純凈度,鑄態(tài)組織精細(xì)、致密、均勻,無白點(diǎn)、無疏松及年輪狀偏析,金相組織和化學(xué)成分均勻、表面光潔、硫含量低,非金屬夾雜物少且細(xì)小彌散,沒有傳統(tǒng)煉鋼方法的重大偏析等優(yōu)良性能。電渣重熔鋼錠在以下方面具有明顯的優(yōu)勢:1)在電渣作用下容易去除大型非金屬夾雜物,提高鋼的純凈度,且塑性和韌性比其它冶煉方法好;因鋼液在水冷結(jié)晶器內(nèi)凝固,冷卻速度快,選擇結(jié)晶不可能充分發(fā)展,使鋼錠成分偏析小,而且鋼的結(jié)晶是由下而上逐次地進(jìn)行,組織均勻,沒有疏松和縮孔。2)電渣鋼錠組織致密,成分均勻,在寬闊的溫度區(qū)間內(nèi),具有良好的加工塑性,可以允許更小的加工壓縮比。例如,用700mm厚度的電渣扁錠可以生產(chǎn)出350mm的厚板。3)電渣重熔鋼錠軋成鋼板,性能優(yōu)良,和普通鋼板比較,橫向塑性、韌性大大提高,改善了各向異性、斷裂韌性、缺口敏感性和低周波疲勞指標(biāo)顯著改善。4)電渣重熔鋼錠軋制的鋼板可焊性良好,焊接接頭熱影響區(qū)縮小,可以省去大型焊接結(jié)構(gòu)件(高壓容器、鍋爐、反應(yīng)堆殼體)焊接后正火處理。5)良好的使用性能。電渣重熔鋼錠軋制的鋼板具有良好的低溫抗冷脆性。6)電渣重熔鋼錠的成材率高,制造同樣規(guī)格的大單重特厚板,電渣鋼錠比一般模鑄鋼錠的質(zhì)量小。大單重特厚板的噸位越大,電渣重熔鋼錠比普通鋼錠的利用率優(yōu)勢也越大。綜上所述,采用電渣重熔技術(shù)生產(chǎn)的鋼錠,在生產(chǎn)大單重特厚板領(lǐng)域具有明顯的優(yōu)勢。如果在電渣重熔技術(shù)的基礎(chǔ)上采用其它的先進(jìn)技術(shù),將會進(jìn)一步擴(kuò)大其優(yōu)勢。如:采用加壓技術(shù),則可使氮作為鋼中間隙原子,通過與其它元素的協(xié)同作用,能改善鋼的多種性能,包括高強(qiáng)度、高韌性、高的抗蠕變能力、高的耐磨性、良好的耐腐蝕性能。另外,高氮不銹鋼(尤其是高氮奧氏體不銹鋼)在交通運(yùn)輸(汽車、火車、輪船)、建筑(如超高強(qiáng)度鋼筋)、宇航空間工業(yè)、海洋工程、原子能和軍事工業(yè)等許多領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用。寶鋼集團(tuán)特鋼分公司引進(jìn)的5t保護(hù)氣氛電渣爐由于氣氛保護(hù)罩的良好作用,由低熔速而穩(wěn)定的全過程計(jì)算機(jī)自動熔煉控制,在Ar氣保護(hù)狀態(tài)下,合金電渣爐錠有著良好的成分和組織均勻性,合金錠頭尾及橫截面上Ti、Al的濃度偏差≤±0.02%,其它部位的Ti、Al的濃度偏差≤±0.05%。由于該工藝采用強(qiáng)脫S渣系,且有著良好的Ar氣保護(hù)作用,雙聯(lián)工藝冶煉的普通合金鋼S、O含量分別降低到20ppm以下和6ppm左右;而精選原材料的三聯(lián)工藝生產(chǎn)的合金鋼S、O含量分別降低至7ppm和5ppm左右。3渣鋼錠生產(chǎn)線電渣重熔技術(shù)是“電渣冶金”學(xué)的分支,目前世界電渣鋼錠生產(chǎn)能力已超過120萬t,用于生產(chǎn)低合金高強(qiáng)度鋼、軸承鋼、工模具鋼、艦艇鋼、不銹耐熱鋼、高溫合金和核電用鋼等,最大電渣錠重已超過200t。3.1雙極串聯(lián)板坯生產(chǎn)技術(shù)烏克蘭在用電渣重熔生產(chǎn)大板坯方面處于領(lǐng)先地位。早在20世紀(jì)70年代烏克蘭巴頓電焊研究所就成功地開發(fā)了板坯電渣爐技術(shù)。在研究所實(shí)驗(yàn)室建成了可生產(chǎn)600×1500×2000mm(錠重14t)雙極串聯(lián)板坯電渣爐。之后,為烏克蘭亞速鋼廠設(shè)計(jì)建造了4臺20t單相雙電極串聯(lián)板坯電渣爐。1974年底日本新日鐵八幡廠建立了40t雙極串聯(lián),抬結(jié)晶器式板坯電渣爐(變壓器容量5630kVA),可生產(chǎn)斷面為300×1900mm,510×1900mm,510×2400mm的板坯。德國ALD公司為德國蒂森公司建造的50t單電極,抬結(jié)晶器式電渣爐(變壓器4680kVA),三相交流經(jīng)變頻后變成低頻(0~10Hz)供電,可生產(chǎn)斷面為650×1320mm(最大錠重為30t)的板坯,采用交換電極方式進(jìn)行生產(chǎn)。隨后,英國鋼鐵公司建立了50t三相板坯電渣爐(變壓器容量9000kVA),可生產(chǎn)斷面為480×1500~640×3200mm的板坯。3.2生產(chǎn)s13、語言、設(shè)備的多極串聯(lián)電渣爐2.鋼鐵研究總院與太原鋼鐵公司采用雙極串聯(lián)電渣爐重熔出超低碳00NiCr7Mo13Ti耐蝕合金板;太鋼采用4.3t扁結(jié)晶器可生產(chǎn)D2模具鋼電渣扁錠(848×390/895×455mm,高2020mm)。攀鋼集團(tuán)四川長城特殊鋼有限公司采用5t雙極串聯(lián)電渣爐生產(chǎn)H13大型錠(762×830×1450mm;650×726×1850mm)。寶鋼股份特殊鋼事業(yè)部從美國的CONSARC公司引進(jìn)了7t單相單電極板坯電渣爐。2006年舞鋼公司建成了世界上最大斷面的板坯電渣爐。最大錠重40t,斷面尺寸為950×2000mm,2009年第2臺和第3臺同樣規(guī)模的電渣爐也相繼投產(chǎn)。2009年鞍鋼公司建成了錠重22t的板坯電渣爐,斷面尺寸為400mm×2000mm,錠高4000mm。3.3電渣重熔,性質(zhì)好,使用可投資小的生成大鑄件上海重型機(jī)械廠有限公司于1980年創(chuàng)建了當(dāng)時世界上最大的200t級電渣爐,可生產(chǎn)300t(Ф3300mm×5000mm)以內(nèi)的任意重量的電渣鋼錠。據(jù)分析300t電渣鋼錠相當(dāng)于500t普通鋼錠,可生產(chǎn)250t重的鍛件。該電渣重熔爐子靈活多變、適應(yīng)性強(qiáng),屬于萬能型。自建成以來承擔(dān)了國家重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目的攻關(guān)任務(wù)。1)該電渣重熔爐子于1980年建成后,1984年底完成秦山核電站大鍛件所需大鋼錠的生產(chǎn)任務(wù),用電渣鋼錠鍛壓成的核電大鍛件共124件,經(jīng)國家級鑒定和驗(yàn)收,技術(shù)性能符合設(shè)計(jì)要求,綜合質(zhì)量達(dá)到ASME標(biāo)準(zhǔn)。秦山核電站于1991年12月并網(wǎng)發(fā)電,提前2年達(dá)到年發(fā)電設(shè)計(jì)能力,至今運(yùn)行正常。2)此后相繼批量生產(chǎn)了電機(jī)轉(zhuǎn)子,汽輪機(jī)高、中、低壓轉(zhuǎn)子,560t加氫反應(yīng)器等大鍛件,全部通過國家級鑒定和驗(yàn)收。3)進(jìn)入21世紀(jì)后,憑借技術(shù)優(yōu)勢,批量生產(chǎn)了核潛艇堆內(nèi)構(gòu)件,三峽工程710MW水輪機(jī)導(dǎo)葉軸頭,100萬千瓦核電站堆內(nèi)構(gòu)件,超臨界汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子等高合金大鍛件,獲得了巨大的社會和經(jīng)濟(jì)效益。巨型鋼錠的生產(chǎn)技術(shù)是衡量一個國家重工業(yè)發(fā)展水平和科學(xué)技術(shù)擁有一定攻堅(jiān)能力的重要標(biāo)志之一。作為自主原創(chuàng)技術(shù),200t級電渣爐開辟了生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)巨型鋼錠的新方法、新途徑。電渣重熔在特大型鍛件制造的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上優(yōu)勢都很突出。首先,其投資僅為傳統(tǒng)方法的10%。原因在于:一是設(shè)備簡單。比如,200t級電渣爐的電氣設(shè)備容量僅與20t電弧爐相當(dāng),而且無需解決傳統(tǒng)法通常存在的特大負(fù)荷超高功率供電、耐火材料和石墨電極等一系列難題。二是生產(chǎn)相同重量的大鍛件,電渣錠噸位小。比如,一個要用400t鋼錠來鍛造的鍛件,用電渣錠240t就夠了,因此,廠房基礎(chǔ)、車間規(guī)模、起重運(yùn)輸和鍛壓設(shè)備容量都大大減小。三是可以直接利用原有小煉鋼爐,提供若干爐自耗電極,通過以小拼大重熔成數(shù)百噸的巨型鋼錠。這既可節(jié)省傳統(tǒng)法建造大型煉鋼和澆鑄設(shè)備的巨額投資,又無傳統(tǒng)法龐大設(shè)備利用率不高之憂,還可充分發(fā)揮現(xiàn)有小設(shè)備的能力,這在經(jīng)濟(jì)上極其合理。其次,由于電渣鋼錠的冶金質(zhì)量與普通鋼錠迥然不同,采用電渣鋼錠生產(chǎn)百噸以上的大鍛件,鋼錠利用率要比普通鋼錠高出20個百分點(diǎn)以上,這就大大增加了鋼錠的有效噸位。比如,200t重的鋼錠,利用率提高20個百分點(diǎn)就等于多生產(chǎn)40t鍛件。此外,電渣鋼錠的重量可以通過抽錠任意變化,因此鋼錠重可根據(jù)鍛件需要準(zhǔn)確獲得,不像普通鋼錠那樣一定的鋼錠模就只能澆一定重量的鋼錠,這就可避免余料造成的浪費(fèi)。還有,電渣鋼優(yōu)異的冶金質(zhì)量使大鍛件的廢品率極低。上百噸的大鍛件價值數(shù)百萬乃至數(shù)千萬元,廢品率稍為下降就會對單件生產(chǎn)的大鍛件的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生重大影響。生產(chǎn)實(shí)踐證明,采用電渣重熔法生產(chǎn)特大鍛件用巨型鋼錠,質(zhì)量可靠性高,投資節(jié)省,經(jīng)濟(jì)合理,是最理想的手段。為了滿足市場需求,上海重型機(jī)械廠有限公司近期已投資建造450t電渣爐(450t電渣錠相當(dāng)于600t普通錠),設(shè)備安裝即將竣工,近期可投入運(yùn)行。3.4電渣爐電耗的前景展望隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,電渣重熔已顯示出強(qiáng)大的生命力,即使在世界鋼鐵不景氣的今天,電渣重熔技術(shù)仍然發(fā)展迅速,技術(shù)和生產(chǎn)力處于穩(wěn)定的上升階段,預(yù)計(jì)在21世紀(jì)它將在如下方面具有發(fā)展的潛力:1)我國電渣冶金誕生至今已50余年,隨著電渣重熔技術(shù)的發(fā)展,其重要性已越來越被人們所認(rèn)識和接受,故對于制定我國自己的電渣鋼國家標(biāo)準(zhǔn)和改造陳舊的設(shè)備,將會被提上議事日程。2)目前國內(nèi)在用的電渣爐電耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其理論計(jì)算值,且由于我國電渣爐短網(wǎng)布置不盡合理,充填比偏小等原因,電耗高達(dá)1600~2000KW/h,故降低電耗已刻不容緩。降低電渣爐電耗有如下途徑:(1)爐型方面:采用三相電渣爐、雙極串聯(lián)電渣爐及同軸導(dǎo)電電渣爐。(2)機(jī)械方面:采用爐口接觸式導(dǎo)電電渣爐。(3)工藝方面:采用大充填比。(4)渣系方面:采用低氟高阻值節(jié)能渣系。3)電渣重熔技術(shù)在中型及大型鍛件生產(chǎn)中將處于重要地位,特別是在優(yōu)質(zhì)工具鋼、模具鋼、不銹耐酸鋼、管坯、冷軋輥生產(chǎn)領(lǐng)域中占絕對優(yōu)勢,真空電弧重熔在這一領(lǐng)域必將被電渣重熔所取代。4)對超級合金(高溫合金、耐蝕合金、精密合金、電熱合金等)的生產(chǎn),電渣重熔技術(shù)也占有絕對的優(yōu)勢。5)在有色金屬方面,電渣重熔技術(shù)處于方興未艾的階段;電渣重熔技術(shù)在空心錠和異性鑄件方面也具有獨(dú)特的地位。6)電渣冶金技術(shù)的發(fā)展不會僅局限于結(jié)晶器,它將成為鋼鐵冶金流程中的一環(huán);鋼包精煉、連鑄中間包加熱、連鑄結(jié)晶器內(nèi)電渣渣洗、電渣熱封頂、電渣多爐澆鑄技術(shù)將是今后的發(fā)展方向。7)隨著進(jìn)入2