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炼钢

发布时间2019-11-05人气:107

炼钢

炼钢炉

为了生产钢铁,工厂使用以下两种工艺之一:碱性氧气炉(BOF)或电弧炉(EAF)。

碱性氧气炉(BOF)
碱性氧气炉是将高炉中的废料(25%至30%)和铁水(75%至70%)的混合物暴露于高速吹入熔池中的氧气的过程。这样的炉可以是顶吹的,底吹的或两者的组合。基本原理在所有情况下都是相同的;氧气与不需要的元素结合形成氧化物,这些氧化物要么作为气体离开熔池,要么进入熔池顶部的炉渣层。这是一个非常高的生产率过程。典型的220吨热量可以在45分钟或更短的时间内产生。

碱性氧气炉(BOF)
碱性氧气炉(BOF)
炼钢

电炉(EAF)
当今广泛使用的另一种炼钢工艺是电炉。炉膛装料通常是100%的废料,电弧被用作精炼过程的热源。电炉通常不用于深冲钢或超轻型钢,因为它无法将铁屑中常见的残留元素含量降低到所需的低水平。但是,在精心选择的地方,可以提供高质量的废料;在电炉中生产的钢可以满足许多应用的要求。

铸造,热轧和酸洗

一旦钢的热量达到所需的化学和温度要求,便放出炼钢炉,并将钢水倒入钢包中。可以在单独的容器(例如脱气机)中对钢进行额外的处理,以微调其性能,然后进行铸造。

连铸
连铸过程是通过一个连续操作将钢包中的钢水转变为板坯。将钢水从钢包倒入连铸机顶部的中间包或保温容器中。将从中间包中计量出的钢计量入水冷却的开放式模具中进行初始固化,然后在大量的轧辊和导向设备的支持下将其从中取出。随着钢缓慢通过连铸机,钢从熔融状态转变为固态板坯形式。从钢水到板坯的转化只需数分钟即可完成,而不是几天。该过程使板坯具有出色的质量属性,并且具有很高的能源利用率和成本效益。

热轧机
板坯虽然从连铸机或板坯轧机上还是在加热后或在重新加热后仍然很热,但通过轧制包括热轧机的一系列粗轧和精轧机架可以减小厚度并大大延长。带钢通过一系列机架,每个机架由四个或六个垂直堆叠的卷组成。接触带材的两个辊称为工作辊,对工作辊施加均匀压力的较大辊称为支撑辊。机架同步,以补偿材料拉长和规格降低时不断提高的速度。在制造锡轧机产品或其他轻轨距产品时,板坯进入厚度为7-1 / 2至9英寸的热轧带钢厂,并被还原成厚度约为0.070至0.10英寸的热轧带,现已成为卷材形式。

酸洗和上油
接下来,必须清除热轧带材上的热轧过程中形成的氧化物。该过程称为酸洗,使热轧带材通过一系列装有稀盐酸或硫酸的罐。在去除氧化物之后,酸洗单元随后冲洗钢带,干燥钢带,给钢带上油以防锈并添加润滑剂以进行进一步处理,并反冲钢带,所有这些都以连续操作的方式进行。


冷轧和退火

冷轧机
现在必须进一步将热轧的酸洗和上油的带子压成更轻的规格。这是在串联冷轧机上进行的。这些轧机由一系列5或6个机架组成,串联4或6高辊。当带钢通过轧机时,它会不断减少。装入冷轧机的热轧带钢可以减小到0.006英寸的标称规格,大约减少80%。离开冷轧机的产品被适当地称为“全硬”。这种状态下的材料太硬或太硬而无法成型,必须对其进行退火(即软化)以获得所需的强度和可成型性。

箱式退火和连续退火
在对冷轧机进行退火或软化之前,必须清洗整个硬卷,以清除冷轧机上使用的所有轧制和冷却液。当带材通过碱性浴时,以电解方式进行清洁。清洁可以在单独的设备上进行盒式退火,也可以作为连续退火线的一部分进行。

对于较软的回火,箱式退火(或分批退火)是通过将清洗过的线圈放入箱式退火炉中来完成的。线圈被堆叠在底座上,被炉子覆盖,密封,然后暴露于精心控制的温度循环和大气环境中。将线圈缓慢加热到特定温度,在该温度下保持预定时间,然后冷却。循环的温度和持续时间都是决定线圈最终性能的关键因素。

在连续退火线中,将完整的硬卷解开,并连续输送通过清洗带材,加热到指定温度,在指定时间段内保持该温度的装置,然后冷却带材并反冲。该周期以分钟为单位,而不是批量退火过程的天数。由于加热周期短,该工艺最适合于刚性更高的强度规格。连续退火的钢在整个卷材中表现出非常均匀的性能。

平整机
单还原产物上改善平坦度和形状的2台,4-高回火轧机加工,赋予最终所需刚度(或回火),并赋予期望的表面纹理或完成的材料。

更具体地说,在回火机中,最终量规的减小幅度不超过其原始厚度的1-1 / 2%。这种最小的减少确保了形状和机械性能(即硬度)在规格范围内,并且消除了后续成型过程中的不连续屈服或开槽。另外,通过在回火轧机上使用变化粗糙度的辊,可以使钢的光洁度或表面质地从非常光滑到非常粗糙。材料的表面处理由客户指定,并且会因产品的最终用途和最终用户的制造过程而异。

双冷轧机
对于通常低于0.0077英寸的锡轧机量规,采用了三步生产程序,其中包括冷轧,退火和第二冷轧至最终量规。此类产品无法在常规的5机架或6机架串联轧机上生产,因为常规热轧带规会要求过高的减量。双还原轧机通常是2机架或3机架,4辊高轧机,大部分还原都在第一机架中进行。可以使用箱式退火或连续退火,后者使成品强度稍高。根据所需的最终性能,第二次还原的量将在原始厚度的约15%到35%之间变化。这些钢具有高强度,但具有足够的可成型性以制造罐。


辊研磨热轧和冷轧机中使用的轧辊必须承受轧制所涉及的高负荷,高温和变形,同时还要对带钢进行精心控制的形状和表面光洁度。在常规加工到接近最终尺寸之后,通过在计算机控制的辊磨机中进行精密研磨来精加工轧辊(根据应用可以是铸铁,铸钢或锻钢)。磨削操作为辊筒提供适当的形状,并为其表面提供所需的纹理(粗糙度)。对于具有比通过研磨可得到的表面更粗糙的辊,将铸铁或钢丸喷丸处理作为最终精加工操作。

物理冶金概述

原子键
材料的特性可能与原子级键的性质有关。从化学上讲,键合的类型以三种基本方案发生。

离子键的产生是由于正负电荷原子或离子的相互吸引。由于这些吸引力相对较强,因此在外力作用下原子几乎没有运动,并且最终效果是材料是非延性或脆性的。材料的例子是盐和陶瓷。

当来自原子的电子被几个原子共享时,就会发生共价键合键的强度会发生变化,并且可能相对较弱(如有机分子的情况),或者非常强(如钻石的情况)。聚合材料通常属于此类。

当具有正离子核的原子与任何数量的原子共享电子时,就会发生金属键电子很容易移动,因为它们形成电子“云”或“气体”。

晶体结构
金属是发生金属键合并且原子以规则的重复晶体结构排列的材料。几何重复图案在一个元素之间可能有所不同,但是重复图案保持一致。这种重复模式的结果是,原子排列在平行平面中,这些平行平面在受到外力时有效地彼此“滑动”。这种滑动是金属的“延展性”特征。当原子平面可以相对轻松地滑动时,该金属被认为是易延展的或柔软的。当原子平面遇到滑动障碍时,金属被认为是脆性或坚硬的。通过控制影响金属平面滑动的因素,可以更改金属的属性。

控制机械性能的方法
如前所述,金属变形的难易程度与它们在原子水平上经历“滑移”的能力有关。有几个因素会影响飞机滑行的能力。三个常见因素是:

  1. 晶粒尺寸 - 晶粒是具有规则平行平面图案的晶体。边界存在于平面方向改变的地方。这些不连续性定义了晶粒的边界,并且还充当了“滑移”的障碍。晶界面积越大(晶粒直径越小),抗滑移或变形的能力就越大,并且材料越硬。制造过程中的热处理(热轧,退火)是用来影响晶粒尺寸的方法。

  2. 固溶硬化 -每个元素的原子大小都不同。在钢的情况下,用锰原子代替铁原子会导致晶体结构变形,从而使“滑动”更加困难。这种作用是通过合金化或钢的“化学”来控制的。

  3. 加工硬化 -由于在金属变形过程中发生打滑,因此晶体结构的变形使进一步打滑变得越来越困难。这种效果有时称为“冷加工”。双重还原锡板的高拉伸性能是这种“冷加工”机制的一个很好的例子。


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