高强焊丝钢的冶炼生产doc.docx
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高强焊丝钢的冶炼生产doc
YJ0406-高强焊丝钢的冶炼生产
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。
该案例是高强焊丝钢的冶炼生产案例,体现了高强焊丝钢的生产操作要点,转炉炼钢、炉外精炼、连续铸钢工艺制度选择及工艺参数制定等知识点和岗位技能,与本专业炼钢课程典型钢种生产单元的教学目标相对应。
案例划称
高强焊丝钢的冶炼生产
适用说明
本案例适合中职、髙职、职业本科等院校冶金技术专业,在转炉炼钢、炉外精炼、连续铸钢或相似的综合性课程教学中使用,更适合在转炉炼钢工、炉外精炼工、连续铸钢工等工种的职工培训中使用。
案例背景
某中型转炉炼钢厂,拥有四座转炉,容量均为80t,采用LF炉精炼装垃,小方坯连铸机。
焊丝钢是制造焊丝用的钢,髙强焊丝钢是一种低碳合金钢丝,已广泛应用于工程机械、桥梁、压力容器和建筑等行业。
案例所涉及
的知识点
品种质量一一钢种质量要求、钢种生产工艺路线:
转炉炼钢、炉外精炼、连续铸钢工艺。
案例所涉及
的技能点
钢种生产操作要点的制定
案例工作任
务的分解
工艺路线选择,转炉炼钢、炉外精炼、连续铸钢工艺制度选择及工艺参数制泄。
教学目标
(1)了解髙质量钢种冶炼应关注的问题;
(2)掌握高强焊丝•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。
案例建议的
教学时间
6~8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、大作业。
(视频、图片等)
案例点评
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。
本案例可迁移为其他品种钢冶炼教学,学生通过本
案例学习,具有其他品种钢冶炼的能力。
高强焊丝钢的冶炼生产
1.背景介绍
某中型转炉炼钢厂,
小方坯连铸机。
拥有四座转炉,容量均为80t,采用LF炉精炼装置,
2.
主要内容
焊接,也称作熔接、馅接,是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料的制造工艺及技术。
依具体的焊接工艺,焊接可分为气焊、电阻焊、电弧焊、感应焊接及激光焊接等其他特殊焊接。
气体保护焊是以可熔化的金属焊丝作电极,利用气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊。
气体保护焊与其它焊接方法相比,具有以下特点:
(1)电弧和熔池的可见性好,焊接过程中可根据熔池情况调节焊接参数。
(2)焊接过程操作方便,没有熔渣或很少有熔渣,焊后基本上不需清渣。
(3)电弧在保护气流的压缩下热量集中,焊接速度较快,熔池较小,热影响区窄,焊件焊后变形小。
(4)有利于焊接过程的机械化和自动化,特别是空间位置的机械化焊接。
(5)可以焊接化学活泼性强和易形成高熔点氧化膜的镁、铝及其合金。
焊丝钢是制造焊丝用的钢。
高强焊丝钢是一种低碳合金钢丝,具有优良的熔敷性和低飞溅性,可适应高能率化和高效率化焊接技术要求。
与同等级别利用大量银、钳等元素合金化的产品相比,含钛合金焊丝钢具有明显的成本优势,因此,其在高强钢气体保护焊领域得到了广泛的推广及应用,己广泛应用于工程机械、桥梁、压力容器和建筑等行业。
2.2.合金元素的作用
221高强焊丝钢的成分设计
(1)碳是钢中的主要合金元素,当含碳量增加时,钢的强度、硬度明显提高,而塑性降低。
在焊接过程中,碳起到一定的脱氧作用,在电弧高温作用下与氧发生化合作用,生成一氧化碳和二氧化碳气体,将电弧区和熔池周围空气排除,防止空气中的氧、氮有害气体对熔池产生的不良影响,减少焊缝金属中氧和氮的含量。
若含碳量过高,还原作用剧烈,会引起较大的飞溅和气孔。
考虑到碳对钢的淬硬性及其对裂纹敏感性增加的影响,低碳钢焊芯的含碳量一般为0.l%o
(2)镒在钢中是一种较好的合金剂,随着猛含量的增加,其强度和韧性会有所提高。
在焊接过程中,猛也是一种较好的脱氧剂,能减少焊缝中氧的含量。
镭与硫化合形成硫化镭浮于熔渣中,从而减少焊缝热裂纹倾向。
因此一般碳素结构钢焊芯的含镭量为0.30%〜0.55%,焊接某些特殊用途的钢丝,其含镭量高达1.70%〜2.10%。
钢中Mn含量较高时,在提高强度的同时,使钢的断而收缩率和延伸率明显降低.
(3)硅也是一种较好的合金剂,在钢中加入适量的硅能提高钢的屈服强度、弹性及抗酸性能;若含量过高,则降低塑性和韧性,其冷加工性能变差,对拉拔不利。
在焊接过程中,硅也具有较好的脱氧能力,与氧形成二氧化硅,但它会提高渣的粘度,易促进非金属夹杂物生成。
C、Mn、Si尽量按标准规定的下限控制。
(4)铝是强烈的脱氧元素之一,故用铝作脱氧剂,不仅可少产生FeO,且易于使FcO还原,有效地抑制在熔池中产生的CO气体的化学反应,提高抗CO气孔的能力。
另外,铝还能和氮化合而起固氮作用,故也能减少氮气孔。
但是用铝脱氧,生成的AI2O3熔点很高(约2050°C),以固态存在熔池中,容易引起焊缝夹渣。
同时,含铝的焊丝容易引起飞溅,铝的含量过高还会降低焊缝金属抗热裂能力,因而焊丝中含铝量必须严格控制,不宜过多。
若在焊丝中含铝量控制适当,则在焊缝金属的硬度、屈服点、抗拉强度均稍有提高。
(5)钛也是一种强烈的脱氧元素,保证焊缝脱氧,使焊接过程中己进入熔池的氧化物还原,且也能和氮化合成TiN而起固氮作用,提高焊缝金属抗氮气孔的能力。
若Ti和B(硼)在焊缝组织中含量适当,可以使焊缝组织得到细化。
(6)S、P在钢中都是有害元素,钢中硫化物夹杂使钢的延展性及韧性降低据焊接经验分析,S含量太高,会增加焊缝的热裂纹倾向;S含量太低,影响后期焊接质量,故S含量需要控制在合适的中限范围,P在钢中全部溶于铁素体中,可使铁素体的强度硬度有所提高,但是室温下钢的塑性韧性急剧降低,使钢变脆。
(7)采用优质废钢,减少初始残余元素Cr、Ni、Cu的带入量,残余元素含量能够控制在较低范围内。
2.2.2高强焊丝钢的典型成分,如表1。
表1高强焊丝钢的典型成分
C
Si
Mn
S
F
Ti
W0.10
0.60-0.80
1.60-1.80
WO.015
WO.020
0.05"0.15
2.3.钢种生产难度
Ti是一种极易被氧化的化学元素,如果氧位控制不当就不易加入到钢中,
另外在连铸过程当中如果保护浇注不好,Ti二次氧化不仅会使Ti不能满足化
学成分要求,而且生成的氧化钛极易在水口形成结瘤,堵塞水口造成浇注困难。
目前,国内外含钛合金焊丝钢一般采用模铸或大方坯工艺生产,但其具有工序流程长、成材率低、生产成本高等特点,连铸小方坯生产工艺正逐步兴起。
然而,小方坯生产具有连铸易结瘤、高熔点脆性夹杂难排除、铸坯凝固过程中比表面积变化大、钛对组织相变影响复杂等特点。
因此,如何实现低成木、稳定顺行成为打通小方坯连铸工艺路线生产此类钢种的关键。
2.4.工艺路线
(1)高强焊丝钢生产工艺路线:
高炉铁水一转炉冶炼一LF炉精炼一小方连铸一高速线材盘条轧制一斯太尔摩冷却线一集卷一打包一称重、入库。
(2)选用合理炉料结构,入炉铁水S含量控制不高于0.030%,配加优质的自
循环废钢和铁块。
(3)转炉工序双渣操作,用烧结矿替代矿石促进化渣,吹炼全程高效脱磷;终点两次拉碳,保证了终点碳、磷命中。
(4)出钢前包底加石灰以严格控制S、P含量;严格控制出钢温度1610-1660°C,改善挡渣措施。
(5)转炉出钢采用低碳、低磷合金预脱氧,终脱氧硅铝顿。
(6)出钢开始至完毕全过程采用强氮气搅拌。
(7)LF进站氧位控制目标为30-50ppm;LF精炼工序调整造渣料加入量、电极档位,优化埋弧效果,设计合适的精炼钛合金化工艺路线,并执行所有合金元素窄成分控制,保证成品钢性能稳定。
(8)LF炉强化还原渣和埋弧精炼效果,选取CaO-SiO2-CaF2渣系,顶渣(FeO+MnO)目标值不高于1.0%,钛合金化前钢液酸溶铝Als、氧位符合要
求。
(9)选用优质钛合金,严格控制合金中A1含量。
钛合金化后,控制钢包软吹时间和流量,一方而,严禁钢液面大范围裸露,降低软吹过程中铝钛氧化物生成;另一方而,通过底吹氮气弱搅拌,促进钛合金化过程中铝钛氧化物夹杂上浮、长大和排除。
(10)中间包选用微碳或无碳碱性中间包覆盖剂,降低钢液铝钛二次氧化比例;采用长水口和浸入水口氮封及密封垫片,避免钢液吸气。
(11)严格保护浇注,防止二次氧化,减少浇注过程中钛、铝易氧化元素形成的夹杂物。
3.分析路径
生产案例体现了转炉炼钢、炉外精炼、连续铸钢等知识点和岗位技能,与冶金技术专业炼钢课程典型钢种生产单元的教学目标相对应。
根据国家职业标准关于转炉炼钢工种要求,对应教学目标,从此生产案例归纳提炼岀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、图片等手段,引导学生通过自学、讲授、讨论、对比等方式学习钢种质量要求、钢种生产工艺路线、转炉炼钢、炉外精炼、连续铸钢工艺知识,掌握钢种生产操作要点的制定技能,达到教学目标要求。
4.教学目标
(1)了解高质量钢种冶炼应关注的问题;
(2)掌握高强焊丝钢冶炼操作要点;
(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。
5.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:
5.1.课前计划
(1)学生知识准备:
掌握转炉炼钢、LF炉外精炼的基本原理、工艺、设备,了解连续铸钢生产的基木原理、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炉高强焊丝钢冶炼、精炼工艺参数,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,总结该钢种冶炼的操作要点;
(6)与技术人员交流,请技术人员准备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。
5.2.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开白纸上按冶炼控制、精炼分工序记录。
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,木组自评,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)教师讲授钢种用途、性能要求、成分控制要求,生产操作要点,时间45分钟。
5.3.课后计划
布置作业,见6.3。
6.1.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)高强焊丝钢种成分、质量有哪些要求?
(2)冶炼高强焊丝钢本岗位有哪些关键的操作要点?
(3)转炉炼钢生产钢水终点C、S、P可以达到什么要求?
如何防止回磷?
(4)精炼终点C、S达到什么要求?
如何防止增碳?
(5)炉外精炼LF炉、CAS精炼各有什么优势和劣势?
(6)连续铸钢水口为什么会出现絮流套眼现象?
如何防止?
(7)如何保证铸坯的表面质量?
(8)如何保证减少铸坯中的夹杂物?
6.2.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、(多选)元素钛在高强焊丝钢中所起的作用有()oABC
A.保证焊缝脱氧B.固氮,提高焊缝金属抗氮气孔的能力
C.细化焊缝组织D.提高焊缝强度
2、(多选)连铸小方坯工艺生产含钛合金焊丝钢的特点是()。
ABC
A.连铸易结瘤B.高熔点脆性夹杂难排除C.钛对组织相变影响复杂
D.工序流程长、成材率低、生产成木高
3、生产含钛高强焊丝钢,要求精准控制氧位,采用的精炼手段有()。
AC
A.LFB.RHC.CASD.VOD
4、生产含钛高强焊丝钢,要求精准控制氧位,采用的精炼手段只有LF炉
处理方式。
()X
5、氧化钛极易在水口形成结瘤,堵塞水口造成浇注困难。
()丁
6、与同等级别利用大量镰、钳等元素合金化的产品相比,含钛合金焊丝钢具有明显的成木优势。
()V
7、含钛高强焊丝钢是一种低碳合金钢丝,具有优良的熔敷性和低飞溅性,可适应高能率化和高效率化焊接技术要求。
()丁
6.3.课后作业
课后作业,复习巩固知识、提升能力。
(1)每人记录10炉以上高强焊丝钢的冶炼操作数据。
(2)每人结合自己调研结果,选择一个高强焊丝钢的某一岗位冶炼操作结合原理编写详细的操作要点。
(3)(附加题)本类钢种事故案例。
6.4.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%)
注:
此案例可用于全日制钢铁冶炼专业转炉炼钢、炉外精炼、连续铸钢或者综合性课程钢铁冶金等课程教学中,更适合在职工培训中对转炉炼钢工、炉外精炼工、连续铸钢工培训使用。
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