材料成型及控制工程畢業(yè)設(shè)計(jì)-電渣重熔模具鋼冶煉工藝研究

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　（20 屆）</b></p><p>　　電渣重熔模具鋼冶煉工藝研究</p><p><b>　　誠(chéng)信聲明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下獨(dú)立

2、完成的，在完成論文時(shí)所利用的一切資料均已在參考文獻(xiàn)中列出。</p><p>　　本人簽名： </p><p>　　年 月 日 </p><p><

3、;b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 電渣重熔模具鋼冶煉工藝研究</p><p>　　1．設(shè)計(jì)的主要任務(wù)及目標(biāo)</p><p>　　本文主要研究電渣重熔模具鋼冶煉工藝，因?yàn)殡娫厝勰＞咪撘睙挼难芯砍晒F(xiàn)在還處在初級(jí)階段，無(wú)論是從理論上，還是從具體實(shí)驗(yàn)的設(shè)置及結(jié)果上，所出的成果還是很少的。人們對(duì)電渣重熔模具鋼冶煉工藝過(guò)程機(jī)

4、理及其涉及到的諸多科學(xué)問(wèn)題，基本上還沒(méi)有很好的認(rèn)識(shí)和解釋。對(duì)于怎么樣選擇的元素種類(lèi)，也沒(méi)有科學(xué)的依據(jù)可循。此外，對(duì)模具鋼的機(jī)械性能、物理性能和化學(xué)性能之間的關(guān)系，也沒(méi)有找到其間的規(guī)律性。因此有待于開(kāi)展這方面的研究工作，探索其組織和性能的形成機(jī)理及其影響規(guī)律。</p><p>　　2．設(shè)計(jì)的基本要求和內(nèi)容</p><p>　　1.完成普通鋼冶煉工藝研究</p><p>

5、;　　2.完成模具鋼研究 </p><p>　　3.制定電渣重熔模具鋼冶煉工藝研究方案 </p><p>　　4.電渣重熔冶煉工藝研究 </p><p>　　5.電渣重熔模具鋼冶煉工藝研究 </p><p>　　6.整理材料，撰寫(xiě)論文</p><p><b>　　3．主要參考文獻(xiàn)</b>&

6、lt;/p><p>　　[1]Wang XF,Zhang Y Chen GL，et a1．Novel microstructure and properties of multi-component CoCrCuFeNiTix alloys[J]．Intermetailics，2007，15：357-359 </p><p>　　[2] Cantor B，Chang ITH，Knight

7、P'ct a1．Microstructural development in equiatomic multicomponent alloys[J]．Mater．Sci．Eng．2004，375-377：213·218</p><p>　　[3] Zhou YJ,Zhang Y,Wang,YL,et al.Solid solution alloys of AlCoCrFeNiTix with e

8、xcellent romm-temperature mechanical properties[J]. Appl. Phys. Lett,2007,90:181904-181906</p><p>　　[4] 葉均蔚，陳瑞凱，劉樹(shù)均.髙熵合金的發(fā)展概況[J].工業(yè)材料雜志，2005，224:71-79</p><p>　　[5] 劉源，李言祥，陳祥，等.多主元髙熵合金研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)

9、報(bào)，2006，(20):4-7</p><p>　　[6] Huang PK,Yeh JW,Shun TT,et al.Multi-principal-element alloys with improve oxidation and wear resistanse for themal spraycoating[J]. Adv. Eng.Matet,2004,6:74-78</p><p&g

10、t;　?。?］轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn) 化學(xué)工業(yè)出版社 李建朝、齊素慈主編</p><p>　?。?］轉(zhuǎn)爐煉鋼 機(jī)械工業(yè)出版社 張芳主編</p><p>　?。?］特種冶煉與金屬功能材料 冶金工業(yè)出版社 崔雅茹、王超主編</p><p>　?。?0］轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)實(shí)訓(xùn) 化學(xué)工業(yè)

11、出版社 李建朝、齊素慈主編</p><p>　　［11］鋼鐵冶金學(xué) 冶金工業(yè)出版社 陳家詳主編</p><p>　?。?2］轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝和設(shè)備 中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社 人力資源和社會(huì) 保障部教材辦公室組織編寫(xiě)</p><p><b>　　4．進(jìn)度安排</b></p>

12、<p>　　電渣重熔模具鋼冶煉工藝研究</p><p>　　摘要：把一般冶煉方法(如平爐、轉(zhuǎn)爐、電弧爐或感應(yīng)爐等)煉得的金屬當(dāng)作電極(該電極可以是鑄造的、鍛造的或鋼的切頭切尾焊成的)，通過(guò)熔渣電阻熱進(jìn)行二次重熔，電極熔入渣池、在渣池底金屬液結(jié)晶形成鑄錠，即為電渣重熔鋼。電渣重熔鋼一般沒(méi)有縮孔、疏松、夾雜物聚集宏觀偏析等缺陷，具有很高的組織致密性，成分均勻性和表面光潔。由于重熔設(shè)備簡(jiǎn)單、投資少、見(jiàn)效快，

13、故廣泛用于冶煉滾珠軸承鋼、不銹鋼、耐熱鋼、高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、高速切削鋼、熱強(qiáng)鋼等特殊鋼種。電渣熔鑄工藝從根本上解決了一般鑄造工藝的主要矛盾，它綜合了電渣重溶-獲得高冶金質(zhì)量的金屬和鑄造-澆鑄異型零件精化毛坯的長(zhǎng)處，并具有與普通冶煉的變形金屬相近的致密組織以及無(wú)各向異性的特點(diǎn)。與普通鍛件相比，電渣熔鑄件的各項(xiàng)性能指標(biāo)完全達(dá)到同鋼種的變型金屬指標(biāo)，甚至還避免了鍛件的一些不足之處。電渣重熔設(shè)備簡(jiǎn)單，投資較少，生產(chǎn)費(fèi)用較低。電渣重熔的缺點(diǎn)是電耗較高

14、，目前通用的渣料含CaF□較多，在重熔過(guò)程中，污染環(huán)境，必須設(shè)除塵和去氟裝置。</p><p>　　模具鋼是用來(lái)制造冷沖模、熱鍛模壓鑄模等模具的鋼種。模具是機(jī)械制造、無(wú)線電儀表、電機(jī)、電器等工業(yè)部門(mén)中制造零件的主要加工工具。模具的質(zhì)量直接影響著壓力加工工藝的質(zhì)量、產(chǎn)品的精度產(chǎn)量和生產(chǎn)成本、而模具的質(zhì)量與使用壽命除了靠合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加工精度外，主要受模具材料和熱處理的影響。冷作模具包括冷沖模、拉絲模、拉延模、壓印

15、模、搓絲模、滾絲板、冷鐓模和冷擠壓模等。冷作模具有鋼，按其所制造具的工作條件，應(yīng)具有高的硬度、強(qiáng)度、耐磨性、足夠的韌性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工藝性能。用于這類(lèi)用途的合金工具用鋼一般屬于高碳合金鋼，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.80%以上，鉻是這類(lèi)鋼的重要合金元素，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常不大于5%。但對(duì)于一些耐磨性要求很高，淬火后變形很小模具用鋼，最高鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)13%，并且為了形成大量碳化物，鋼中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)也很高，最高可達(dá)2.0%~2.3%。冷作模

16、具鋼的碳含量較高，其組織大部分屬于過(guò)共析鋼或萊氏體鋼。常用的鋼類(lèi)有高碳低合金鋼、高碳高鉻鋼、鉻鉬鋼、中碳鉻鎢釧鋼等。關(guān)鍵詞：電渣重熔、冶煉、模具鋼</p><p>　　Study of steel smelting technology of electroslag </p><p>　　remelting die</p><p>　　Abstract:The ge

17、neral method of smelting (such as open hearth furnace, converter,electric arc furnace or induction furnace smelting of metal electrode) as (the electrode can be cut head casting, forging or steel cutting tail welded), fo

18、r the two time by slag remelting electrode resistance heat, melt into the slag pool inthe bottom of the pool, slag metal liquid crystal formation of ingot, the ESR steel. Electroslag remelting steel general no shrinkage,

19、 porosity, inclusionsmacrosegregation defects</p><p>　　Die steel was used for the manufacture of stamping die, die casting, hot forging die. Mould is the main tool of manufacturing machinery manufacturing,mo

20、tor, electrical appliances, radio instrument industry in. Mold quality directly affects the processing quality, the precision of product yield and production cost, and the quality </p><p>　　and service life

21、of die except by reasonable structure design and machining precision, is mainly affected by mould material and heat treatment. Cold working die includes a die, drawing die, drawing die, stampingdie, thread rolling dies,

22、thread rolling plate, Leng Dunmo and cold extrusiondie. Cold working die steel, according to their manufacturing with working conditions, should have high hardness, strength, wear resistance, enough toughness, and high h

23、ardenability, hardenability and other proce</p><p>　　Keyword：Electroslag remelting, smelting, die steel</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 緒論 ………………………………………………………………………………1&

24、lt;/p><p>　　1.1概述 ……………………………………………………………………………1</p><p>　　1.2選題背景、研究的目的和意義 ………………………………………………1</p><p>　　1.3本課題研究主要內(nèi)容………………………………………………………… 4</p><p>　　2 文獻(xiàn)綜述………………………………………

25、…………………………………5</p><p>　　2.1電渣重熔冶煉的定義 ………………………………………………………5</p><p>　　2.1.1電渣重熔冶煉 ………………………………………………………………5</p><p>　　2.1.2電渣重熔的界定 ……………………………………………………………6</p><p>　　2.2電渣

26、重熔的制備方法 …………………………………………………………7</p><p>　　2.2.1電渣重熔法 …………………………………………………………………7</p><p>　　2.2.2.電渣重熔模具鋼冶煉 ………………………………………………………9</p><p>　　2.2.3其他熔煉方法 ………………………………………………………………10</p&

27、gt;<p>　　3.1普通鋼冶煉的特點(diǎn)………………………………………………………12</p><p>　　3.1.1煉鋼原理 ……………………………………………………………………12</p><p>　　3.1.2煉鋼反應(yīng)……………………………………………………………………14</p><p>　　3.1.3煉鋼基本任務(wù)………………………………………

28、………………………17</p><p>　　3.2.轉(zhuǎn)爐煉鋼方法………………………………………………………………19</p><p>　　3.2.1氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐………………………………………………………………22</p><p>　　3.2.2轉(zhuǎn)爐煉鋼的應(yīng)用領(lǐng)域………………………………………………………27</p><p>　　3.3模具鋼研

29、究……………………………………………………………28</p><p>　　3.3.1模具鋼工作條件…………………………………………………………29</p><p>　　3.3.2模具鋼性能…………………………………………………………………31</p><p>　　4 結(jié)論………………………………………………………………………………36</p><

30、p>　　5 參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………38</p><p>　　6 致謝………………………………………………………………………………39 </p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1概述</b></p><p>　　

31、電渣重熔其主要目的是提純金屬并獲得潔凈組織均勻致密的鋼錠。經(jīng)電渣重熔的鋼，純度高、含硫低、非金屬夾雜物少、鋼錠表面光滑、潔凈均勻致密、金相組織和化學(xué)成分均勻。電渣鋼的鑄態(tài)機(jī)械性能可達(dá)到或超過(guò)同鋼種鍛件的指標(biāo)。電渣鋼錠的質(zhì)量取決于合理的電渣重熔工藝和保證電渣工藝的設(shè)備條件。</p><p>　　電渣重熔工藝從根本上解決了一般鑄造工藝的主要矛盾，它綜合了電渣重溶-獲得高冶金質(zhì)量的金屬和鑄造-澆鑄異型零件精化毛坯的長(zhǎng)處

32、，并具有與普通冶煉的變形金屬相近的致密組織以及無(wú)各向異性的特點(diǎn)。與普通鍛件相比，電渣熔鑄件的各項(xiàng)性能指標(biāo)完全達(dá)到同鋼種的變型金屬指標(biāo)，甚至還避免了鍛件的一些不足之處。</p><p>　　電渣重熔基本過(guò)程在銅制水冷結(jié)晶器內(nèi)盛有熔融的爐渣，自耗電極一端插入熔渣內(nèi)。自耗電極、渣池、金屬熔池、鋼錠、底水箱通過(guò)短網(wǎng)導(dǎo)線和變壓器形成回路。在通電過(guò)程中，渣池放出焦耳熱，將自耗電極端頭逐漸熔化，熔融金屬匯聚成液滴，穿過(guò)渣池，落

33、入結(jié)晶器，形成金屬熔池，受水冷作用,迅速凝固形成鋼錠。在電極端頭液滴形成階段,以及液滴穿過(guò)渣池滴落階段,鋼-渣充分接觸，鋼中非金屬夾雜物為爐渣所吸收。鋼中有害元素（硫、鉛、銻、鉍、錫）通過(guò)鋼-渣反應(yīng)和高溫氣化比較有效地去除。 液態(tài)金屬在渣池覆蓋下，基本上避免了再氧化。因?yàn)槭窃阢~制水冷結(jié)晶器內(nèi)熔化、精煉、凝固的，這就杜絕了耐火材料對(duì)鋼的污染。鋼錠凝固前，在它的上端有金屬熔池和渣池，起保溫和補(bǔ)縮作用，保證鋼錠的致密性。上升的渣池在結(jié)晶器內(nèi)壁

34、上形成一層薄渣殼，不僅使鋼錠表面光潔，還起絕緣和隔熱作用，使更多的熱量向下部傳導(dǎo),有利于鋼錠自下而上的定向結(jié)晶。由于以上原因,電渣重熔生產(chǎn)的鋼錠的質(zhì)量和性能得到改進(jìn)，合金鋼的低溫、室溫和高溫下的塑性和沖擊韌性增強(qiáng)，鋼材使用壽命延長(zhǎng)。</p><p>　　1.2選題背景、研究的目的和意義</p><p>　　主要煉鋼方法的發(fā)展概況 現(xiàn)有的大規(guī)模煉鋼方法都是1856年以后出現(xiàn)的。主要可分為轉(zhuǎn)爐

35、煉鋼法、平爐煉鋼法、電弧爐煉鋼法三類(lèi)。1860～1980年，各種煉鋼方法所生產(chǎn)的鋼，在鋼的總產(chǎn)量中所占的百分比,如圖2所示，從中可以看出各種煉鋼法的興起和衰落。</p><p>　　空氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法 最早發(fā)明的是酸性空氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法，又稱(chēng)貝塞麥轉(zhuǎn)爐煉鋼法。此法煉鋼過(guò)程中所需的熱量，來(lái)自原料鐵水物理熱及所含硅、碳及其他元素的發(fā)熱氧化反應(yīng)，因此，不用另外的燃料，就能達(dá)到鋼水澆鑄所要求的高溫。貝塞麥法由于冶煉過(guò)程快，而

36、且能耗低，發(fā)明以后，迅速得到推廣，基本上取代了原有的熟鐵攪煉爐和坩堝爐煉鋼法。從此，開(kāi)始了人類(lèi)大量用鋼的新時(shí)代。但貝塞麥法用酸性耐火材料(氧化硅質(zhì))作爐襯，不能造堿性渣脫磷脫硫，因此只適用于低磷低硫原料。為了利用西歐大量的高磷鐵礦資源，后來(lái)發(fā)展出了使用堿性耐火材料的堿性空氣底吹轉(zhuǎn)爐法（托馬斯轉(zhuǎn)爐煉鋼法）。這種方法在西歐各國(guó)很快推廣。</p><p>　　平爐煉鋼法 又稱(chēng)馬丁爐法或西門(mén)子-馬丁爐法。此法用外來(lái)燃料加

37、熱，靠蓄熱室把爐溫提高到可以熔化鋼的程度，這樣就擴(kuò)大了煉鋼原料的范圍，實(shí)際上可以采用0～100％的任何比例的廢鋼和生鐵配料（圖3）。最初的平爐也用酸性材料作爐襯，因此不能熔煉含磷高的生鐵。和轉(zhuǎn)爐一樣，酸性平爐不久就被堿性平爐所取代。</p><p>　　以空氣作氧化劑的轉(zhuǎn)爐，由于空氣所含的氮從爐內(nèi)帶走大量的熱，使煉鋼原料中不能搭配很多廢鋼。堿性平爐法的突出優(yōu)點(diǎn)，就是在廢鋼與生鐵配比方面和生鐵磷含量方面有寬廣的適應(yīng)

38、能力，因而在發(fā)明后為全世界廣泛采用。到了20世紀(jì)中葉，即在氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法崛起之前，平爐鋼產(chǎn)量穩(wěn)定地占了世界鋼總產(chǎn)量約80％。</p><p>　　氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法 50年代初，出現(xiàn)了堿性氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法。同原有的空氣轉(zhuǎn)爐相比，它的熱平衡條件更為有利，所以原料中可以加入較多廢鋼（可達(dá)30％左右），所產(chǎn)的鋼含氮量低，質(zhì)量更好。另一方面，同平爐相比，它不耗燃料，而且生產(chǎn)率高得多，利用廢鋼的能力雖差一些，但在廢鋼來(lái)源

39、不多的多數(shù)地區(qū)也已夠用。因此從60年代起，世界氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼的產(chǎn)量和比例扶搖直上。現(xiàn)在,可以說(shuō)氧氣轉(zhuǎn)爐已徹底淘汰了空氣轉(zhuǎn)爐,并在很大程度上取代了平爐的地位。60年代末出現(xiàn)了氧氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法。近年來(lái)又發(fā)展了復(fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐煉鋼法，已在許多國(guó)家應(yīng)用。</p><p>　　電弧爐煉鋼法 從20世紀(jì)初開(kāi)始，徐緩地向前發(fā)展，目前約占世界鋼產(chǎn)量的20％。電弧爐以電為熱源，可以迅速熔化廢鋼和合金，而且可以基本密閉，排除大氣的作用。

40、另一方面，電弧爐一般容量較?。ㄍD(zhuǎn)爐和平爐比），操作成本較高。由于這些特點(diǎn)，電弧爐煉鋼法曾主要用來(lái)生產(chǎn)特殊鋼或合金鋼。但近年來(lái)，隨著電弧爐本身大型化和加大功率的成功，降低了電弧爐鋼的生產(chǎn)成本，加上用廢鋼作原料價(jià)格低廉，在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家中出現(xiàn)了許多專(zhuān)門(mén)煉普通鋼的電弧爐鋼廠。這種所謂小鋼廠投資遠(yuǎn)比同樣產(chǎn)量的高爐-轉(zhuǎn)爐聯(lián)合企業(yè)低,所以發(fā)展較快。有些廠原料中除廢鋼外，還摻用一部分海綿鐵。</p><p>　　中國(guó)的煉鋼情況

41、 中華人民共和國(guó)成立以前，中國(guó)煉鋼技術(shù)落后，生產(chǎn)設(shè)備以平爐為主，有少量的電弧爐和轉(zhuǎn)爐。50～60年代除鞍山、武漢和包頭等鋼鐵基地?cái)U(kuò)建和新建了一些新型平爐以外，全國(guó)在較大范圍內(nèi)建立了許多小型空氣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐(見(jiàn)側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼)。60年代初，氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐在首都鋼廠投產(chǎn)。由于這種設(shè)備在經(jīng)濟(jì)上具有明顯的優(yōu)越性，后來(lái)在許多鋼廠新建了較大的氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐,最大的爐子容量為150噸。原有的空氣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐一部分停產(chǎn),大部分改建成為氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐。1980年中國(guó)各種

42、設(shè)備在總的煉鋼能力所占的比重約為：轉(zhuǎn)爐44％，平爐33％，電爐23％。</p><p>　　電渣重熔其主要目的是提純金屬并獲得潔凈組織均勻致密的鋼錠。經(jīng)電渣重熔的鋼，純度高、含硫低、非金屬夾雜物少、鋼錠表面光滑、潔凈均勻致密、金相組織和化學(xué)成分均勻。電渣鋼的鑄態(tài)機(jī)械性能可達(dá)到或超過(guò)同鋼種鍛件的指標(biāo)。電渣鋼錠的質(zhì)量取決于合理的電渣重熔工藝和保證電渣工藝的設(shè)備條件。</p><p>　　電渣重

43、熔工藝從根本上解決了一般鑄造工藝的主要矛盾，它綜合了電渣重溶-獲得高冶金質(zhì)量的金屬和鑄造-澆鑄異型零件精化毛坯的長(zhǎng)處，并具有與普通冶煉的變形金屬相近的致密組織以及無(wú)各向異性的特點(diǎn)。與普通鍛件相比，電渣熔鑄件的各項(xiàng)性能指標(biāo)完全達(dá)到同鋼種的變型金屬指標(biāo)，甚至還避免了鍛件的一些不足之處。</p><p>　　電渣重熔的產(chǎn)品品種多，應(yīng)用范圍廣。其鋼種有：碳素鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、軸承鋼、模具鋼、高速鋼、不銹鋼、耐熱鋼、超高強(qiáng)度

44、鋼、高溫合金、精密合金、耐蝕合金、電熱合金等400多個(gè)鋼種。此外，可用電渣法直接熔鑄異形鑄件，可以鑄代鍛，簡(jiǎn)化生產(chǎn)工序，提高金屬的利用率。</p><p>　　電渣重熔技術(shù)在軍事上早有應(yīng)用，坦克炮的壽命是衡量一個(gè)國(guó)家坦克制造水平的重要標(biāo)志。以前俄羅斯及中國(guó)制造的坦克炮的壽命一般只有100-500發(fā)，而西方國(guó)家比如說(shuō)德國(guó)的坦克炮采用了電渣重熔、內(nèi)膛鍍鉻技術(shù)，使其壽命達(dá)到了800-1000發(fā)，大大提高了軍事裝備的水平

45、。當(dāng)然通過(guò)近年來(lái)的不斷的科技投入，中國(guó)的坦克炮技術(shù)與西方國(guó)家的技術(shù)差距在逐漸縮小。電渣重熔設(shè)備簡(jiǎn)單，投資較少，生產(chǎn)費(fèi)用較低。電渣重熔的缺點(diǎn)是電耗較高，目前通用的渣料含CaF□較多，在重熔過(guò)程中，污染環(huán)境，必須設(shè)除塵和去氟裝置?，F(xiàn)代的轉(zhuǎn)爐、平爐、電弧爐煉鋼工藝可以不同程度地保證鋼的純凈，能夠滿足一般用戶對(duì)鋼質(zhì)量的要求。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，需要質(zhì)量更高、品種更多的高級(jí)鋼。為了滿足這種要求，第二次世界大戰(zhàn)以來(lái)，出現(xiàn)了多種鋼水爐外處理（又稱(chēng)爐外

46、精煉）的方法，對(duì)轉(zhuǎn)爐、平爐和電弧爐煉出的鋼水進(jìn)行附加處理，然后澆鑄。根據(jù)處理的目的不同，發(fā)展出了多種多樣的方法。應(yīng)用最廣的爐外處理有：吹氬處理、真空脫氣、爐外脫硫等，使用這些方法以后，不論轉(zhuǎn)爐、平爐和電弧爐都可以生產(chǎn)高級(jí)的鋼種。某些尖端技術(shù)或特殊用途要求特高質(zhì)量的鋼，如果用爐外處理的辦法也達(dá)不到要求，則</p><p>　　1.3本課題研究主要內(nèi)容</p><p>　　研究和使用電渣熔鑄產(chǎn)

47、品。在發(fā)展這項(xiàng)新工藝方面，原蘇聯(lián)、日本和美國(guó)的研究成果較多，其次是西德、捷克斯洛伐克、英國(guó)、瑞典和法國(guó)。東北大學(xué)電冶金研究室在發(fā)展電渣熔鑄新近些年來(lái)，電渣熔鑄新工藝逐漸引起了國(guó)內(nèi)外工程技術(shù)界的重視，許多工業(yè)部門(mén)在加緊工藝研究。</p><p>　　本文主要研究煉鋼基本任務(wù)、鋼生產(chǎn)的基本原料和基本途徑、主要煉鋼方法的發(fā)展概況 、鋼水爐外處理和特殊煉鋼法 、轉(zhuǎn)爐煉鋼、轉(zhuǎn)爐煉鋼基本任務(wù)、　轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)的基本原料和基本途

48、徑、電渣重熔煉模具鋼基本任務(wù)、　電渣重熔煉模具鋼生產(chǎn)的基本原料和基本途徑。</p><p>　　主要做以下幾方面的工作：</p><p>　　研究煉鋼基本任務(wù)、鋼生產(chǎn)的基本原料和基本途徑、主要煉鋼方法的發(fā)展概況 、鋼水爐外處理和特殊煉鋼法。</p><p>　　研究轉(zhuǎn)爐煉鋼、轉(zhuǎn)爐煉鋼基本任務(wù)、　轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)的基本原料和基本途徑。</p><p&g

49、t;　　通過(guò)以上研究，研究電渣重熔煉模具鋼基本任務(wù)、　電渣重熔煉模具鋼生產(chǎn)的基本原料和基本途徑。 </p><p><b>　　2 文獻(xiàn)綜述</b></p><p>　　2.1電渣重熔冶煉的定義</p><p>　　電渣重熔（熔鑄）是一種二次精煉技術(shù)，集鋼水二次精煉與定向凝固相結(jié)合的綜合冶金鑄造過(guò)程。其原理是電流通過(guò)液態(tài)渣池渣阻熱，

50、將金屬電極熔化，熔化的金屬匯集成熔滴，滴落時(shí)穿過(guò)渣層進(jìn)入金屬熔池，然后于水冷結(jié)晶器中結(jié)晶凝固成鋼錠。其主要目的是提純金屬并獲得潔凈組織均勻致密的鋼錠。經(jīng)電渣重熔的鋼，純度高、含硫低、非金屬夾雜物少、鋼錠表面光滑、潔凈均勻致密、金相組織和化學(xué)成分均勻。電渣鋼的鑄態(tài)機(jī)械性能可達(dá)到或超過(guò)同鋼種鍛件的指標(biāo)。電渣鋼錠的質(zhì)量取決于合理的電渣重熔工藝和保證電渣工藝的設(shè)備條件。</p><p>　　2.1.1電渣重熔冶煉<

51、/p><p>　　在銅制水冷結(jié)晶器內(nèi)盛有熔融的爐渣，自耗電極一端插入熔渣內(nèi)。自耗電極、渣池、金屬熔池、鋼錠、底水箱通過(guò)短網(wǎng)導(dǎo)線和變壓器形成回路。在通電過(guò)程中，渣池放出焦耳熱，將自耗電極端頭逐漸熔化，熔融金屬匯聚成液滴，穿過(guò)渣池，落入結(jié)晶器，形成金屬熔池，受水冷作用,迅速凝固形成鋼錠。在電極端頭液滴形成階段,以及液滴穿過(guò)渣池滴落階段,鋼-渣充分接觸，鋼中非金屬夾雜物為爐渣所吸收。鋼中有害元素（硫、鉛、銻、鉍、錫）通過(guò)鋼

52、-渣反應(yīng)和高溫氣化比較有效地去除。 液態(tài)金屬在渣池覆蓋下，基本上避免了再氧化。因?yàn)槭窃阢~制水冷結(jié)晶器內(nèi)熔化、精煉、凝固的，這就杜絕了耐火材料對(duì)鋼的污染。鋼錠凝固前，在它的上端有金屬熔池和渣池，起保溫和補(bǔ)縮作用，保證鋼錠的致密性。上升的渣池在結(jié)晶器內(nèi)壁上形成一層薄渣殼，不僅使鋼錠表面光潔，還起絕緣和隔熱作用，使更多的熱量向下部傳導(dǎo),有利于鋼錠自下而上的定向結(jié)晶。由于以上原因,電渣重熔生產(chǎn)的鋼錠的質(zhì)量和性能得到改進(jìn)，合金鋼的低溫、室溫和高溫

53、下的塑性和沖擊韌性增強(qiáng)，鋼材使用壽命延長(zhǎng)。</p><p>　　2.1.2 電渣重熔的應(yīng)用 </p><p>　　電渣重熔的產(chǎn)品品種多，應(yīng)用范圍廣。其鋼種有：碳素鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、軸承鋼、模具鋼、高速鋼、不銹鋼、耐熱鋼、超高強(qiáng)度鋼、高溫合金、精密合金、耐蝕合金、電熱合金等400多個(gè)鋼種。此外，可用電渣法直接熔鑄異形鑄件，可以鑄代鍛，簡(jiǎn)化生產(chǎn)工序，提高金屬的利用率。</p>

54、<p>　　近些年來(lái)，電渣熔鑄新工藝逐漸引起了國(guó)內(nèi)外工程技術(shù)界的重視，許多工業(yè)部門(mén)在加緊研究和使用電渣熔鑄產(chǎn)品。在發(fā)展這項(xiàng)新工藝方面，原蘇聯(lián)、日本和美國(guó)的研究成果較多，其次是西德、捷克斯洛伐克、英國(guó)、瑞典和法國(guó)。我們東北大學(xué)電冶金研究室在發(fā)展電渣熔鑄新工藝以及研制使用它的異型件方面取得了以下成果：電渣重熔 電渣熔鑄冷軋輥、閥體、三通管、厚壁中空管、石油裂解爐管、齒輪毛坯、各種模具(包括沖壓模具)和柴油機(jī)曲軸等。目前，國(guó)外著名

55、的電渣爐制造廠家，如美國(guó)的CONSARC、德國(guó)的ALD和奧地利的INTECO等公司均采用基于PLC和工控機(jī)的2級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)整個(gè)重熔過(guò)程的設(shè)備和工藝的全自動(dòng)控制。 東北大學(xué)從20世紀(jì)90年代開(kāi)始研制以液壓傳動(dòng)或滾珠絲杠傳動(dòng)為核心的新型機(jī)械設(shè)備，以工控機(jī)和PLC為硬件，以專(zhuān)家控制為軟件的智能化計(jì)算控制系統(tǒng)的新一代電渣爐，目前已有近20臺(tái)設(shè)備成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)的工業(yè)生產(chǎn)中，使用效果良好。把平爐、轉(zhuǎn)爐、電弧爐或感應(yīng)爐冶煉的鋼鑄

56、造或鍛壓成為電極，通過(guò)熔渣電阻熱進(jìn)行二次重熔的精煉工藝，英文簡(jiǎn)稱(chēng)ESR。美國(guó)霍普金斯(R.K.Hopkins)于20世紀(jì)40年代首先提出這種精煉</p><p>　　2.2電渣重熔的主要設(shè)備</p><p>　　2.2.1電渣重熔爐</p><p>　　1980年4月，一臺(tái)200噸級(jí)的大型電渣重熔爐在上海重型機(jī)器廠試制成功。它是中國(guó)最大，也是世界上最大的一臺(tái)電渣重熔

57、爐。這臺(tái)電渣爐有以下特點(diǎn)：雙極串聯(lián)供電，可以減少回路感應(yīng)，提高電功率因數(shù)；采用三相電源，有利于外網(wǎng)絡(luò)電壓平衡；三搖臂輪換電極，用小截面電極重熔大鋼錠，有利于控制電極成分偏析；采用抽錠操作，能用短結(jié)晶器重熔長(zhǎng)的鋼錠。用它重熔鋼錠制成的鍛件，1982年通過(guò)國(guó)家鑒定，同意用這臺(tái)電渣爐為中國(guó)第一臺(tái)核電站——秦山30萬(wàn)千瓦核電站生產(chǎn)安全一級(jí)壓力容器用鋼錠。接著為核電站的蒸發(fā)器和穩(wěn)壓器提供了所需的全部大型電渣錠。其中最大的兩只電渣錠單重分別為205

58、噸和207噸。后還用這臺(tái)電渣爐重熔了火電鍛件和化工容器用的大型電渣錠。它生產(chǎn)的大型電渣錠經(jīng)過(guò)國(guó)家鑒定，表明電渣鋼純度高，成份均勻，性能良好，韌性特別優(yōu)良。從而為中國(guó)優(yōu)質(zhì)大型鍛件的制造開(kāi)辟了一條新的途徑。大型電渣爐建設(shè)是一項(xiàng)重大工程。整個(gè)工程由副總工程師林宗棠負(fù)責(zé)領(lǐng)導(dǎo)和組織，北京鋼鐵學(xué)院朱覺(jué)教授任顧問(wèn)，上海重型機(jī)器廠和北京鋼鐵學(xué)院共同開(kāi)發(fā)研制。重熔工藝和車(chē)間設(shè)計(jì)由劉椿林負(fù)責(zé)；電渣重熔設(shè)備由皇甫埏負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)；高壓和低壓電氣由蘇燁和談家寶負(fù)責(zé)設(shè)

59、計(jì)；土</p><p>　　2.2.2模具鋼的研究</p><p>　　模具鋼是用來(lái)制造冷沖模、熱鍛模壓鑄模等模具的鋼種。模具是機(jī)械制造、無(wú)線電儀表、電機(jī)、電器等工業(yè)部門(mén)中制造零件的主要加工工具。模具的質(zhì)量直接影響著壓力加工工藝的質(zhì)量、產(chǎn)品的精度產(chǎn)量和生產(chǎn)成本、而模具的質(zhì)量與使用壽命除了靠合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加工精度外，主要受模具材料和熱處理的影響。 模具鋼大致可分為（冷作模具鋼）、（熱作

60、模具鋼）和（塑料模具鋼）3類(lèi)，用于鍛造、沖壓、切型、壓鑄等。由于各種模具用途不同，工作條件復(fù)雜，因此對(duì)模具用鋼，按其所制造模具的工作條件，應(yīng)具有高的硬度、強(qiáng)度、耐磨性，足夠的韌性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工藝性能。由于這類(lèi)用途不同，工作條件復(fù)雜，因此對(duì)模具用鋼的性能要求也不同。</p><p>　　冷作模具包括冷沖模、拉絲模、拉延模、壓印模、搓絲模、滾絲板、冷鐓模和冷擠壓模等。冷作模具有鋼，按其所制造具的工作

61、條件，應(yīng)具有高的硬度、強(qiáng)度、耐磨性、足夠的韌性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工藝性能。用于這類(lèi)用途的合金工具用鋼一般屬于高碳合金鋼，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.80%以上，鉻是這類(lèi)鋼的重要合金元素，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常不大于5%。但對(duì)于一些耐磨性要求很高，淬火后變形很小模具用鋼，最高鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)13%，并且為了形成大量碳化物，鋼中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)也很高，最高可達(dá)2.0%~2.3%。冷作模具鋼的碳含量較高，其組織大部分屬于過(guò)共析鋼或萊氏體鋼。常用的鋼類(lèi)有高碳低

62、合金鋼、高碳高鉻鋼、鉻鉬鋼、中碳鉻鎢釧鋼等。</p><p>　　熱作模具分為錘鍛、模鍛、擠壓和壓鑄幾種主要類(lèi)型，包括熱鍛模、壓力機(jī)鍛模、沖壓模、熱擠壓模和金屬壓鑄模等。熱變形模具在工作中除要承受巨大的機(jī)械應(yīng)力外，還要承受反復(fù)受熱和冷卻的做用，而引起很大的熱應(yīng)力。熱作模具鋼除應(yīng)具有高的硬度、強(qiáng)度、紅硬性、耐磨性和韌性外，還應(yīng)具有良好的高溫強(qiáng)度、熱疲勞穩(wěn)定性、導(dǎo)熱性和耐蝕性，此外還要求具有較高的淬透性，以保證整個(gè)截

63、面具有一致的力學(xué)性能。對(duì)于壓鑄模用鋼，還應(yīng)具有表面層經(jīng)反復(fù)受熱和冷卻不產(chǎn)生裂紋，以及經(jīng)受液模具鋼態(tài)金屬流的沖擊和侵蝕的性能。這類(lèi)鋼一般屬于中碳合金鋼，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.30%~0.60%，屬于亞共析鋼，也有一部分鋼由于加入較多的合金元素（如鎢、鉬、釩等）而成為共析或過(guò)共析鋼。常用的鋼類(lèi)有鉻錳鋼、鉻鎳鋼、鉻鎢鋼等?！∷芰夏＞甙崴苄运芰夏＞吆蜔峁绦运芰夏＞?。塑料模具用鋼要求具有一定的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、熱穩(wěn)定性和耐蝕性等性能。此外，還要求

64、具有良好的工藝性，如熱處理變小、加工性能好、耐蝕性好、研磨和拋光性能好、補(bǔ)焊性能好、粗糙度高、導(dǎo)熱性好和工作條件尺寸和形狀穩(wěn)定等。一般情況下，注射成形或擠壓成形模具可選用熱作模具鋼；熱固性成形和要求高耐磨、高強(qiáng)</p><p>　　2.2.3其他熔煉方法</p><p>　　現(xiàn)有的大規(guī)模煉鋼方法都是1856年以后出現(xiàn)的。主要可分為轉(zhuǎn)爐煉鋼法、平爐煉鋼法、電弧爐煉鋼法三類(lèi)。1860～1980

65、年，各種煉鋼方法所生產(chǎn)的鋼，在鋼的總產(chǎn)量中所占的百分比。</p><p>　　空氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法 最早發(fā)明的是酸性空氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法，又稱(chēng)貝塞麥轉(zhuǎn)爐煉鋼法。此法煉鋼過(guò)程中所需的熱量，來(lái)自原料鐵水物理熱及所含硅、碳及其他元素的發(fā)熱氧化反應(yīng)，因此，不用另外的燃料，就能達(dá)到鋼水澆鑄所要求的高溫。貝塞麥法由于冶煉過(guò)程快，而且能耗低，發(fā)明以后，迅速得到推廣，基本上取代了原有的熟鐵攪煉爐和坩堝爐煉鋼法。從此，開(kāi)始了人類(lèi)大量用鋼的

66、新時(shí)代。但貝塞麥法用酸性耐火材料(氧化硅質(zhì))作爐襯，不能造堿性渣脫磷脫硫，因此只適用于低磷低硫原料。為了利用西歐大量的高磷鐵礦資源，后來(lái)發(fā)展出了使用堿性耐火材料的堿性空氣底吹轉(zhuǎn)爐法（托馬斯轉(zhuǎn)爐煉鋼法）。這種方法在西歐各國(guó)很快推廣。</p><p>　　平爐煉鋼法 又稱(chēng)馬丁爐法或西門(mén)子-馬丁爐法。此法用外來(lái)燃料加熱，靠蓄熱室把爐溫提高到可以熔化鋼的程度，這樣就擴(kuò)大了煉鋼原料的范圍，實(shí)際上可以采用0～100％的任何比

67、例的廢鋼和生鐵配料。</p><p>　　氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法 50年代初，出現(xiàn)了堿性氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法。同原有的空氣轉(zhuǎn)爐相比，它的熱平衡條件更為有利，所以原料中可以加入較多廢鋼（可達(dá)30％左右），所產(chǎn)的鋼含氮量低，質(zhì)量更好。另一方面，同平爐相比，它不耗燃料，而且生產(chǎn)率高得多，利用廢鋼的能力雖差一些，但在廢鋼來(lái)源不多的多數(shù)地區(qū)也已夠用。因此從60年代起，世界氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼的產(chǎn)量和比例扶搖直上?，F(xiàn)在,可以說(shuō)氧氣轉(zhuǎn)爐已徹底淘

68、汰了空氣轉(zhuǎn)爐,并在很大程度上取代了平爐的地位。60年代末出現(xiàn)了氧氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法。近年來(lái)又發(fā)展了復(fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐煉鋼法，已在許多國(guó)家應(yīng)用。</p><p>　　電弧爐煉鋼法 從20世紀(jì)初開(kāi)始，徐緩地向前發(fā)展，目前約占世界鋼產(chǎn)量的20％。電弧爐以電為熱源，可以迅速熔化廢鋼和合金，而且可以基本密閉，排除大氣的作用。另一方面，電弧爐一般容量較?。ㄍD(zhuǎn)爐和平爐比），操作成本較高。由于這些特點(diǎn)，電弧爐煉鋼法曾主要用來(lái)生產(chǎn)特殊鋼

69、或合金鋼。但近年來(lái)，隨著電弧爐本身大型化和加大功率的成功，降低了電弧爐鋼的生產(chǎn)成本，加上用廢鋼作原料價(jià)格低廉，在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家中出現(xiàn)了許多專(zhuān)門(mén)煉普通鋼的電弧爐鋼廠。這種所謂小鋼廠投資遠(yuǎn)比同樣產(chǎn)量的高爐-轉(zhuǎn)爐聯(lián)合企業(yè)低,所以發(fā)展較快。有些廠原料中除廢鋼外，還摻用一部分海綿鐵。</p><p>　　中國(guó)的煉鋼情況 中華人民共和國(guó)成立以前，中國(guó)煉鋼技術(shù)落后，生產(chǎn)設(shè)備以平爐為主，有少量的電弧爐和轉(zhuǎn)爐。50～60年代除鞍山、

70、武漢和包頭等鋼鐵基地?cái)U(kuò)建和新建了一些新型平爐以外，全國(guó)在較大范圍內(nèi)建立了許多小型空氣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐(見(jiàn)側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼)。60年代初，氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐在首都鋼廠投產(chǎn)。由于這種設(shè)備在經(jīng)濟(jì)上具有明顯的優(yōu)越性，后來(lái)在許多鋼廠新建了較大的氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐,最大的爐子容量為150噸。原有的空氣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐一部分停產(chǎn),大部分改建成為氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐。1980年中國(guó)各種設(shè)備在總的煉鋼能力所占的比重約為：轉(zhuǎn)爐44％，平爐33％，電爐23％。</p><p&g

71、t;　　3 普通鋼冶煉的特點(diǎn)</p><p><b>　　3.1普通鋼冶煉</b></p><p><b>　　3.1.1煉鋼原理</b></p><p>　　煉鋼: 1、反應(yīng)原理 高溫下，用氧化劑把生鐵里過(guò)多的碳和其它雜質(zhì)氧化成氣體或爐渣而除去。 2、目的： 降碳、調(diào)硅錳、去硫磷。 3主要反應(yīng)（分三個(gè)階段） （1）氧化造

72、渣 2Fe＋O2＝2FeO＋Q 2FeO＋Si＝SiO2＋2Fe＋Q FeO＋Mn＝Fe＋MnO＋Q FeO＋C＝CO＋Fe－Q 生成的二氧化硅、氧化錳與造渣材料生石灰相互作用成為爐渣。 （2）去硫、磷 FeS+CaO＝FeO+CaS 2P+5FeO+3CaO＝5Fe+Ca3(PO4)2 （3）脫氧 用硅鐵、錳鐵或金屬鋁來(lái)還原鋼水中含有的少量FeO 2FeO+Si＝SiO2+2Fe 3FeO+2Al＝3Fe+Al2O3 FeO+Mn＝F

73、e+MnO 生成的二氧化硅等大部分形成爐渣而除去，部分的硅、錳等留在鋼里以調(diào)整鋼的成分。鋼水合格后，可以澆成鋼的鑄件或鋼錠，鋼錠可以再軋成各種鋼材。 方法：轉(zhuǎn)爐、電爐、平爐。 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法 （1）轉(zhuǎn)爐的構(gòu)造 （2）原料：生鐵（液態(tài)）、氧氣、適量的造渣材料（如生石灰等）、脫氧劑。 （3）熱源：依靠熔融鐵水中的雜質(zhì)等被氧氣氧化所放出的熱量，不需要燃料。</p><p><b>　　3.1.2煉鋼反應(yīng)&

74、lt;/b></p><p>　　鋼水爐外處理和特殊煉鋼法 現(xiàn)代的轉(zhuǎn)爐、平爐、電弧爐煉鋼工藝可以不同程度地保證鋼的純凈，能夠滿足一般用戶對(duì)鋼質(zhì)量的要求。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，需要質(zhì)量更高、品種更多的高級(jí)鋼。為了滿足這種要求，第二次世界大戰(zhàn)以來(lái)，出現(xiàn)了多種鋼水爐外處理（又稱(chēng)爐外精煉）的方法，對(duì)轉(zhuǎn)爐、平爐和電弧爐煉出的鋼水進(jìn)行附加處理，然后澆鑄。根據(jù)處理的目的不同，發(fā)展出了多種多樣的方法。應(yīng)用最廣的爐外處理有：吹

75、氬處理、真空脫氣、爐外脫硫等，使用這些方法以后，不論轉(zhuǎn)爐、平爐和電弧爐都可以生產(chǎn)高級(jí)的鋼種。某些尖端技術(shù)或特殊用途要求特高質(zhì)量的鋼，如果用爐外處理的辦法也達(dá)不到要求，則要用特殊煉鋼法煉制，例如電渣重熔法，和不同形式的真空冶金法。</p><p>　　3.1.3煉鋼基本任務(wù)</p><p>　　煉鋼基本任務(wù) 煉鋼的基本任務(wù)可以歸納為“四脫”（脫碳、氧、磷和硫）、“二去”（去氣和去夾雜）、“二

76、調(diào)整”（調(diào)整成分和溫度）。采用的主要技術(shù)手段為：供氧、造渣、升溫、加脫氧劑和合金化操作</p><p>　　鋼生產(chǎn)的基本原料和基本途徑 從根本上說(shuō)，鋼的原料是鐵礦石。從鐵礦石到鋼，有幾種不同的工藝途徑。最主要的是“高爐途徑”，鐵礦石先在高爐內(nèi)煉成生鐵（見(jiàn)高爐煉鐵），再以生鐵為原料，用不同方法煉成鋼。通過(guò)這種途徑煉成的鋼，占世界鋼產(chǎn)量的98％左右。另一途徑是通過(guò)直接還原煉鐵，將礦石在低于礦石熔化溫度下煉成“海綿鐵”

77、，用它作原料，然后主要用電爐冶煉成鋼，這種工藝流程，現(xiàn)只在較特殊的礦石資源和能源條件下采用；隨著能源條件的改變，今后可能得到發(fā)展。另外還有一種粉末冶金方法，用于制造某些特殊的零件，近年來(lái)也用于高速工具鋼等特殊用鋼，在鋼的總產(chǎn)量中，所占比重很小。</p><p>　　除生鐵和海綿鐵外，廢鋼也是重要的煉鋼原料。在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，廢鋼來(lái)源豐富，價(jià)格通常比生鐵、海綿鐵低，而且用作煉鋼的原料還可以節(jié)約大量能源。在20世紀(jì)的前

78、40年，由于煉鋼工業(yè)使用越來(lái)越多的廢鋼，世界生鐵產(chǎn)量對(duì)鋼產(chǎn)量的比例不斷下降。事實(shí)上百余年來(lái)煉鋼方法的發(fā)明和發(fā)展，同廢鋼的供求情況密切相關(guān)。</p><p><b>　　3.2轉(zhuǎn)爐煉鋼方法</b></p><p>　　轉(zhuǎn)爐煉鋼（converter steelmaking）是以鐵水、廢鋼、鐵合金為主要原料，不借助外加能源，靠鐵液本身的物理熱和鐵液組分間化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生熱量而在

79、轉(zhuǎn)爐中完成煉鋼過(guò)程。轉(zhuǎn)爐按耐火材料分為酸性和堿性，按氣體吹入爐內(nèi)的部位有頂吹、底吹和側(cè)吹；按氣體種類(lèi)為分空氣轉(zhuǎn)爐和氧氣轉(zhuǎn)爐。堿性氧氣頂吹和頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐由于其生產(chǎn)速度快、產(chǎn)量大，單爐產(chǎn)量高、成本低、投資少，為目前使用最普遍的煉鋼設(shè)備。轉(zhuǎn)爐主要用于生產(chǎn)碳鋼、合金鋼及銅和鎳的冶煉。</p><p>　　一種不需外加熱源，主要以液態(tài)生鐵為原料的煉鋼方法。轉(zhuǎn)爐煉鋼法的主要特點(diǎn)是：靠轉(zhuǎn)爐內(nèi)液態(tài)生鐵的物理熱和生鐵內(nèi)各組分（如碳

80、、錳、硅、磷等）與送入爐內(nèi)的氧進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量，使金屬達(dá)到出鋼要求的成分和溫度。爐料主要為鐵水和造渣料（如石灰、石英、螢石等），為調(diào)整溫度，可加入廢鋼以及少量的冷生鐵塊和礦石等。轉(zhuǎn)爐按爐襯的耐火材料性質(zhì)分為堿性（用鎂砂或白云石為內(nèi)襯）和酸性（用硅質(zhì)材料為內(nèi)襯）;按氣體吹入爐內(nèi)的部位分為底吹、頂吹和側(cè)吹;按吹煉采用的氣體，分為空氣轉(zhuǎn)爐和氧氣轉(zhuǎn)爐。酸性轉(zhuǎn)爐不能去除生鐵中的硫和磷，須用優(yōu)質(zhì)生鐵，因而應(yīng)用范圍受到限制。堿性轉(zhuǎn)爐適于用高磷

81、生鐵煉鋼，曾在西歐得到較大發(fā)展?？諝獯禑挼霓D(zhuǎn)爐鋼，因含氮量高，質(zhì)量不如平爐鋼，且原料有局限性，又不能多配廢鋼，未能像平爐那樣在世界范圍內(nèi)廣泛采用。1952年氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐問(wèn)世，逐漸取代空氣吹煉的轉(zhuǎn)爐和平爐，現(xiàn)在已經(jīng)成為世界上主要煉鋼方法。</p><p>　　簡(jiǎn)史 1856年，英國(guó)貝塞麥(H.Bessemer)發(fā)明了底吹酸性轉(zhuǎn)爐煉鋼法，以后被稱(chēng)為貝塞麥轉(zhuǎn)爐煉鋼法。從此開(kāi)創(chuàng)了大規(guī)模煉鋼的新時(shí)代。1879年英國(guó)托馬斯(

82、S.G.Thomas)創(chuàng)造了堿性轉(zhuǎn)爐煉鋼法。造堿性渣除磷,適用于西歐豐富的高磷鐵礦的冶煉，一般稱(chēng)托馬斯轉(zhuǎn)爐煉鋼法。1891年，法國(guó)特羅佩納(Tropenas)創(chuàng)造了側(cè)面吹風(fēng)的酸性側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法，曾在鑄鋼廠得到應(yīng)用。</p><p>　　用氧氣代替空氣的優(yōu)越性早被認(rèn)識(shí)，但因未能獲得大量廉價(jià)的工業(yè)純氧，長(zhǎng)期未能實(shí)現(xiàn)。到20世紀(jì)40年代，空氣分離制氧以工業(yè)規(guī)模進(jìn)行生產(chǎn)之后，煉鋼大量用氧有了可能。但是,舊有轉(zhuǎn)爐改用氧氣吹

83、煉,爐底風(fēng)眼燒損很快，甚至使吹煉無(wú)法進(jìn)行。1948年杜雷爾(R.Durrer)在瑞士采用水冷氧槍垂直插入爐內(nèi)吹煉鐵水獲得成功，1952年奧地利林茨(Linz)和多納維茨 (Donawiz)鋼廠建立30噸氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐車(chē)間。后來(lái)就按這兩個(gè)地名的第一個(gè)字母稱(chēng)氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法為L(zhǎng)D煉鋼法。50年代，LD煉鋼法傳播到世界各國(guó)，逐步取代平爐煉鋼法。隨著頂吹氧轉(zhuǎn)爐的問(wèn)世，也出現(xiàn)了其他類(lèi)型吹氧煉鋼方法，如卡爾多轉(zhuǎn)爐(Kaldo)煉鋼法,羅托轉(zhuǎn)爐(Ro

84、tor)煉鋼法,但都未能推廣。噴石灰粉的氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法,稱(chēng)LD-AC法，可以吹煉含磷高的生鐵，在氧氣底吹轉(zhuǎn)爐問(wèn)世前曾應(yīng)用于高磷生鐵煉鋼生產(chǎn)。</p><p>　　盡管氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐法得到廣泛發(fā)展，有人認(rèn)為由底部供氣,熔池?cái)嚢枇?qiáng),冶煉過(guò)程較為合理。1965年加拿大空氣液化公司試驗(yàn)成功用同心吹氧管同時(shí)吹入氣態(tài)碳?xì)浠衔飦?lái)冷卻噴嘴的技術(shù)。隨后法國(guó)也試成用燃料油冷卻噴嘴的技術(shù)。較好地解決了氧氣底吹風(fēng)口燒損快的問(wèn)題,使

85、底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼方法得以復(fù)蘇。1967年后在聯(lián)邦德國(guó)和法國(guó)分別采用上述兩項(xiàng)技術(shù)建造氧氣底吹轉(zhuǎn)爐投入生產(chǎn),稱(chēng)為”O(jiān)BM”法(即Oxygen Bottom-blowMaximilian)和“LWS”法(為L(zhǎng)oire、Wendel/Sidelor和Sprunck三公司的縮寫(xiě))。1971年美國(guó)引進(jìn)“OBM”的技術(shù)，用于底吹氧氣噴石灰粉吹煉含磷生鐵，取名“Q-BOP”法，Q表示不平靜quiet快quick和優(yōu)質(zhì)quality，BOP為堿性氧氣法（見(jiàn)氧

86、氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼）。</p><p>　　氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐采用噴嘴或透氣磚自底部吹入少量惰性氣體或氧氣,可明顯地改善熔池的攪拌力,而兼有底吹和頂吹的優(yōu)點(diǎn)，1974年英國(guó)首先在1.25噸轉(zhuǎn)爐上、1975年法國(guó)和盧森堡合作在65噸轉(zhuǎn)爐上先后試驗(yàn)頂?shù)讖?fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐煉鋼成功。隨后開(kāi)始在世界范圍內(nèi)推廣應(yīng)用。</p><p>　　中國(guó)于30～40年代曾在各地用側(cè)吹酸性轉(zhuǎn)爐煉鋼，總生產(chǎn)能力約10萬(wàn)噸／年。50年

87、代，唐山鋼廠試用堿性爐襯吹煉成功，并推廣到全國(guó)各地。50～60年代側(cè)吹轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量曾達(dá)中國(guó)鋼總產(chǎn)量的20％以上。50年代末，首先在北京建成30噸氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐車(chē)間開(kāi)始生產(chǎn)。以后在各地相繼建成投產(chǎn)。1980年氧氣轉(zhuǎn)爐鋼的產(chǎn)量占全國(guó)鋼的總產(chǎn)量40.64％。</p><p>　　3.2.1氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐</p><p>　　原理 轉(zhuǎn)爐煉鋼法同其他煉鋼法主要區(qū)別在于他不借助外加能源，僅靠吹入熔池的空氣或

88、氧氣與生鐵水中各種元素的放熱氧化反應(yīng)完成脫碳和脫除雜質(zhì)的任務(wù)，并將鋼液加熱到出鋼（1600℃或更高）溫度。</p><p>　　氧化 當(dāng)空氣或氧氣吹入鐵水時(shí)，生鐵中易氧化元素就開(kāi)始氧化,產(chǎn)生的氧化物和加入的石灰形成爐渣。各項(xiàng)元素按其與氧結(jié)合能力的順序依次氧化。首先氧化的是硅、錳和少量的鐵。開(kāi)始時(shí)因溫度低(1200～1300℃)，而且石灰溶解很慢，組成低氧化鈣的鐵-錳-硅酸渣。隨著溫度升高，碳開(kāi)始激烈地進(jìn)行氧化。隨

89、石灰逐漸溶解，爐渣轉(zhuǎn)變?yōu)楣杷徕}渣或磷酸鈣渣,磷和硫亦被脫除,熔池鐵液中各種元素氧化的先后順序?yàn)楣琛⑩C、錳、鉻。碳隨著溫度的提高而分別先于有關(guān)元素氧化。</p><p>　　脫氧 轉(zhuǎn)爐吹煉終了時(shí)，鋼液中存在著少量過(guò)剩的溶解氧，一般為0.01～0.08％。其含量主要取決于終點(diǎn)鋼水的碳含量。但在固體鋼中氧的溶解度很低,僅為0.002～0.003％,因此在澆鑄后的鋼水凝固過(guò)程中，氧便以FeO形式析出,影響鋼的質(zhì)量。所以,

90、要煉成合格的鋼,就必須脫氧。脫氧是將與氧親和力較大的元素及其合金作為脫氧劑加入鋼液中，利用脫氧產(chǎn)物不溶于鋼液而析出上浮脫離鋼液的原理,使鋼中的含氧量降到規(guī)定限度之下。各元素在1600℃時(shí)的脫氧能力比較見(jiàn)圖2。在生產(chǎn)中常用的脫氧元素錳、硅、鋁,它們的脫氧能力依次遞增。為提高脫氧效率,使脫氧產(chǎn)物易于形成大顆粒排出，脫氧劑的加入一般應(yīng)采用由弱到強(qiáng)的順序，即先加錳鐵，再加硅鐵，最后加鋁（或鋁鐵）。</p><p><

91、;b>　　氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐總圖</b></p><p>　　筒球型氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐主要尺寸</p><p>　　1一水冷爐口；2 一錐形爐帽；3一出鋼口；4一護(hù)板；5,9一上、下卡板；6 ,8一上、下卡板槽，7 一斜塊；1 0一圓柱形爐身；11 一銷(xiāo)釘和斜楔；12一可拆卸活動(dòng)爐底 </p><p><b>　　爐帽</b></p

92、><p>　　水箱式 埋管式</p><p><b>　　托圈與耳軸</b></p><p>　　3.2.2轉(zhuǎn)爐煉鋼的應(yīng)用領(lǐng)域</p><p>　　氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法 50年代初，出現(xiàn)了堿性氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法。同原有的空氣轉(zhuǎn)爐相比，它的熱平衡條件更為有利，所以原料中可以加入較多廢

93、鋼（可達(dá)30％左右），所產(chǎn)的鋼含氮量低，質(zhì)量更好。另一方面，同平爐相比，它不耗燃料，而且生產(chǎn)率高得多，利用廢鋼的能力雖差一些，但在廢鋼來(lái)源不多的多數(shù)地區(qū)也已夠用。因此從60年代起，世界氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼的產(chǎn)量和比例扶搖直上?，F(xiàn)在,可以說(shuō)氧氣轉(zhuǎn)爐已徹底淘汰了空氣轉(zhuǎn)爐,并在很大程度上取代了平爐的地位。60年代末出現(xiàn)了氧氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法。近年來(lái)又發(fā)展了復(fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐煉鋼法，已在許多國(guó)家應(yīng)用。</p><p><b>

94、　　3.3模具鋼分類(lèi)</b></p><p>　　模具鋼大致可分為（冷作模具鋼）、（熱作模具鋼）和（塑料模具鋼）3類(lèi)，用于鍛造、沖壓、切型、壓鑄等。由于各種模具用途不同，工作條件復(fù)雜，因此對(duì)模具用鋼，按其所制造模具的工作條件，應(yīng)具有高的硬度、強(qiáng)度、耐磨性，足夠的韌性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工藝性能。由于這類(lèi)用途不同，工作條件復(fù)雜，因此對(duì)模具用鋼的性能要求也不同。</p><p

95、>　　冷作模具包括冷沖模、拉絲模、拉延模、壓印模、搓絲模、滾絲板、冷鐓模和冷擠壓模等。冷作模具有鋼，按其所制造具的工作條件，應(yīng)具有高的硬度、強(qiáng)度、耐磨性、足夠的韌性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工藝性能。用于這類(lèi)用途的合金工具用鋼一般屬于高碳合金鋼，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.80%以上，鉻是這類(lèi)鋼的重要合金元素，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常不大于5%。但對(duì)于一些耐磨性要求很高，淬火后變形很小模具用鋼，最高鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)13%，并且為了形成大量碳化物，鋼中

96、碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)也很高，最高可達(dá)2.0%~2.3%。冷作模具鋼的碳含量較高，其組織大部分屬于過(guò)共析鋼或萊氏體鋼。常用的鋼類(lèi)有高碳低合金鋼、高碳高鉻鋼、鉻鉬鋼、中碳鉻鎢釧鋼等。</p><p>　　熱作模具分為錘鍛、模鍛、擠壓和壓鑄幾種主要類(lèi)型，包括熱鍛模、壓力機(jī)鍛模、沖壓模、熱擠壓模和金屬壓鑄模等。熱變形模具在工作中除要承受巨大的機(jī)械應(yīng)力外，還要承受反復(fù)受熱和冷卻的做用，而引起很大的熱應(yīng)力。熱作模具鋼除應(yīng)具有高的硬度、

97、強(qiáng)度、紅硬性、耐磨性和韌性外，還應(yīng)具有良好的高溫強(qiáng)度、熱疲勞穩(wěn)定性、導(dǎo)熱性和耐蝕性，此外還要求具有較高的淬透性，以保證整個(gè)截面具有一致的力學(xué)性能。對(duì)于壓鑄模用鋼，還應(yīng)具有表面層經(jīng)反復(fù)受熱和冷卻不產(chǎn)生裂紋，以及經(jīng)受液模具鋼態(tài)金屬流的沖擊和侵蝕的性能。這類(lèi)鋼一般屬于中碳合金鋼，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.30%~0.60%，屬于亞共析鋼，也有一部分鋼由于加入較多的合金元素（如鎢、鉬、釩等）而成為共析或過(guò)共析鋼。常用的鋼類(lèi)有鉻錳鋼、鉻鎳鋼、鉻鎢鋼等?！∷?/p>

98、料模具包括熱塑性塑料模具和熱固性塑料模具。塑料模具用鋼要求具有一定的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、熱穩(wěn)定性和耐蝕性等性能。此外，還要求具有良好的工藝性，如熱處理變小、加工性能好、耐蝕性好、研磨和拋光性能好、補(bǔ)焊性能好、粗糙度高、導(dǎo)熱性好和工作條件尺寸和形狀穩(wěn)定等。一般情況下，注射成形或擠壓成形模具可選用熱作模具鋼；熱固性成形和要求高耐磨、高強(qiáng)</p><p><b>　　3.3.1工藝性能</b>&l

99、t;/p><p>　　在模具生產(chǎn)成本中，材料費(fèi)用一般占10%~20%，而機(jī)械加工、熱處理、裝配和管理費(fèi)用占80%以上，所以模具材料的工藝性能是影響模具的生產(chǎn)成本和制造難易的主要因素之一。</p><p><b>　　可加工性</b></p><p>　　——熱加工性能，指熱塑性、加工溫度范圍等；熱作模具用鋼——冷加工性能，指切削、磨削、拋光、冷拔等

100、加工性能。</p><p>　　冷作模具鋼大多屬于過(guò)共析鋼和萊氏體鋼，熱加工和冷加工性能都不太好，因此必須嚴(yán)格控制熱加工和冷加工的工藝參數(shù)，以避免產(chǎn)生缺陷和廢品。另一方面，通過(guò)提高鋼的純凈度，減少有害雜質(zhì)的含量，改善鋼的組織狀態(tài)，以改善鋼的熱加工和冷加工性能，從而降低模具的生產(chǎn)成本。</p><p>　　為改善模具鋼的冷加工性能，自20世紀(jì)30年代開(kāi)始，研究向模具鋼中加入S、Pb、Ca、T

101、e等易切削加工元素或?qū)е履＞咪撝刑嫉氖脑?，發(fā)展了各種易切削模具鋼，以進(jìn)一步改善其切削性能和磨削性能，減少刀具磨料消耗、降低成本。</p><p><b>　　淬透性和淬硬性</b></p><p>　　淬透性主要取決于鋼的化學(xué)成分和淬火前的原始組織狀態(tài)；淬硬性則主要取決于鋼中的含碳量。對(duì)于大部分的冷作模具鋼，淬硬性往往是主要的考慮因素之一。對(duì)于熱作模具鋼和塑料

102、模具鋼，一般模具尺寸較大，尤其是制造大型模具，其淬透性更為重要。另外，對(duì)于形狀復(fù)雜容易產(chǎn)生熱處理變形的各種模具，為了減少淬火變形，往往盡可能采用冷卻能力較弱的淬火介質(zhì)，如空冷、油冷或鹽浴冷卻，為了得到要求的硬度和淬硬層深度，就需要采用淬透性較好的模具鋼。</p><p>　　淬火溫度和熱處理變形</p><p>　　為了便于生產(chǎn)，要求模具鋼淬火溫度范圍盡可能放寬一些，特別是當(dāng)模具采用火焰加

103、熱局部淬火時(shí)，由于難于準(zhǔn)確地測(cè)量和控制溫度，就要求模具鋼有更寬的淬火溫度范圍。</p><p>　　模具在熱處理時(shí)，尤其是在淬火過(guò)程中，要產(chǎn)生體積變化、形狀翹曲、畸變等，為保證模具質(zhì)量，要求模具鋼的熱處理變形小，特別是對(duì)于形狀復(fù)雜的精密模具，淬火后難以修整，對(duì)于熱處理變形程度的要求更為苛刻，應(yīng)該選用微變形模具鋼制造。</p><p><b>　　氧化、脫碳敏感性</b>