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第5章 工业原料——钢铁制作篇(2)

①镇静钢钢锭:将钢完全脱除氧,使得钢锭内部不会产生气孔。

只是在最后凝固的地方会有大收缩孔,必须切除收缩部分,因而造成损失。镇静钢钢锭的钢质成分均匀,无气孔产生。特殊钢、机械结构用钢、工具钢、焊接性高强度钢、硬钢线材以及含碳量0.3%以上的碳素钢等都采用镇静钢钢锭。镇静钢钢锭可采用上大下小形或上小下大形的钢锭模,并搭配保温冒口。

②半镇静钢钢锭:如果说镇静钢钢锭的脱氧程度最高,沸腾钢钢锭的脱氧程度最低,那么半镇静钢钢锭脱氧程度就算中等。半镇静钢钢锭正如它的脱氧程度一样,品质中等,它的功用也是普通的,用来制作普通结构用钢、焊接结构用钢以及普通线材。半镇静钢钢锭的制作要求不会像镇静钢钢锭那样高,都采用上大下小形的钢锭模。

③沸腾钢钢锭:沸腾钢钢锭的钢液基本上不用脱氧,直接浇铸就成。之所以不去氧,是特意让钢液于模内凝固时,产生出很多一氧化碳气体,并从顶部逸放。此时钢液内会像汽水一样,冒出好多气体出来,产生沸腾搅拌作用,这样气体能冲洗掉模壁上已凝固层的杂质,这样钢锭表面外壳就显得很纯净了,这就是净面层,这种钢称做沸腾钢。沸腾钢钢锭比较柔软,加工起来很容易,所以适合使用于薄钢板、磨光棒以及软钢线材。沸腾钢钢锭的制作模都采用上小下大形的钢锭模。

(3)连续铸钢法

模注法是先把钢液先浇铸成钢锭后,再加热轧制成钢坯,最后轧成钢产品;而连续铸钢法直接将钢液连续铸造成钢坯,加热后再轧制成产品。因此,连续铸钢法效率高、损耗低、品质好,但设备费用高。

①盛钢桶支撑设备:盛钢桶的支撑设备是用来支撑盛钢桶进行浇铸作业。其中回转台的支撑再搭配上升降装置,它的作业流程就更流畅了。

②中间包:中间包是在钢包与结晶器过程之间的容器,虽然构造简单,但它的功能却很关键,它是用来可调节结晶器内钢液量,分配各流道的钢液,是钢液的缓冲容器,促进钢液内夹杂物的上浮等。

③结晶器和结晶器振动设备:结晶器使用的材质都是有良好的热传导率、热应力变形小的铜合金,它能降低结晶器表面磨损。由于钢液温度极高,所以将高压冷却水流经结晶器的外壳,以便能迅速吸收钢液外围的热量,让它外壳凝固。结晶器常被设计成管状及组合结晶器,内形有矩形、正方形和异形等。振动设备就是减缓结晶器和铸坯之间的摩擦力,不让铸坯黏在结晶器上。

④二次冷却区:结晶器下面的那个地方叫二次冷却区,用冷水直接喷在铸坯表面,还有用圆柱形夹辊来控制铸坯外形。刚从结晶器出来的钢坯,外部是10~30毫米的凝固表壳,内部还是高温的钢液,如果表面破了,内部钢液就会喷射出来而发生漏钢事故,轻者也会形成表面的疤痕。因此,铸坯刚离开结晶器时就必须喷水冷却,以增加它的外壳厚度。

⑤拉坯矫直机:顾名思义,它具有拉坯和矫直铸坯的作用。

⑥切割机和铸坯运输设备:切割机有火焰和液压剪两种型式。

火焰切割机是利用高温火焰进行切割,速度较慢,但可切割大尺寸的铸坯;液压剪速度较快,但只能切割小尺寸的铸坯。切好的铸坯送到后部工序处理。

⑦引锭杆:它的作用是在浇铸前伸入结晶器底,引导铸坯头的动作,使铸坯往外移,便于连续铸造。引锭杆前端要放进模内,让铸模内的钢液瞬间凝固,使之和引锭杆头部马上咬合,再由引锭杆慢慢带出连铸机。

⑧铸坯处理设备:铸坯处理有铸坯冷却、切割、清理等步骤。

连铸机浇铸出的铸坯,趁它还没冷却就送往加热炉加热,这样就能减少降温再加热的能源消耗。

以上便是连续铸钢所有设备的介绍,是相当复杂的工序和流程。

根据产品生产需要连续铸钢机有以下4种:

①立式连续铸钢机:从中间包到切割装置等主要设备均布置在垂直中线上,整个机身矗立在车间地平面以上。

②立弯式连续铸钢机:立弯式连续铸钢机上部与立式连续铸钢机完全相同,不同的是待铸坯全部凝固后,用顶弯装置将铸坯顶弯90°,在水平方向切割出坯,它主要适用于小断面铸坯的浇铸。

③弧形连续铸钢机:弧形连续铸钢机是世界各国和地区应用最多的一种连铸机。弧形连续铸机的结晶器、二次冷却段夹辊、拉坯矫直机等设备均布置在同一半径的1/4圆周弧上;铸坯在1/4圆周弧内完全凝固,经水平切线处被一点矫直,而后切成定尺,从水平方向出坯。

④水平连续铸钢机:水平连续铸钢机的结晶、二次冷却区、拉坯矫直机、切割装置等设备安装在水平位置上,由于生产不够稳定,只适合小批量生产特殊钢、高合金钢。它在20世纪80年代出现,随后并没有被广泛应用。

5.钢材的轧制

(1)钢材轧制概述

钢在常温下受力时可伸长成丝,也可以延展成薄片,在加热和高温状态下更容易加工成所需的形状。

在众多钢的塑性成形法中,主要的方法有五种:分别是轧制、锻造、挤压、拉伸和冲压。

当钢坯通过两个转动轧辊,受连续挤压而压伸为长形,其产品叫做轧制钢材。

用锻锤或锻轧机等加工成形的产品,叫做锻钢品。

当成品形状复杂的产品,不能用轧制和锻造法成形,必须用铸造法重新生成的产品叫做铸钢品。

由于轧制法产量高,加工容易,平均成本低,因此轧制钢材占全部钢成品的95%以上。

(2)钢坯的选用与加热

钢坯按照用途分可以分大方坯、小方坯、板坯三类。横截面多为正方形或几近正方形的长方形、横截面的边长在150毫米以上者,称为大方坯。横截面为正方形和长方形、边长在150毫米以下者为小方坯。当厚度在100厘米以上,且宽度为厚度3倍以上者为板坯。

用于生产型钢的原料是大方坯;用于生产线材和小型钢的原料为小方坯;圆形的钢可以用来生产钢管;用于生产钢板的为板坯。

在钢铁厂,传统工艺是用模铸法将钢液浇铸在钢锭模内铸成钢锭。由于钢锭重量重、横截面面积大,在钢厂脱模工序之后,在高温约800℃左右送进加热炉,当温度达到轧制温度后,用开坯机轧制成各种不同尺寸的钢坯。钢板厂或钢管厂将这些送来的钢坯轧制为成品。

钢的轧制方法可以分成热轧和冷轧。热轧就是指将钢坯送进轧钢机轧制前将其加热至高温;冷轧是指将被轧延的材料不预先加热,而是在常温下或加热到一定温度下送进轧机轧制。由于钢料在加热到800℃以上时,钢料的塑性大,对变形的抵抗小,加工容易,所以将钢坯加热到一定温度以上。热轧的成品是冷轧的原料;而在冷轧时,并非将钢坯在常温下直接送进轧机轧制,而是将钢坯先经热轧至一定尺寸后再经冷轧。冷轧的优点是成品表面优良,尺寸精确。

(3)轧制钢材的分类

(4)线材的轧制

线材,相当于制面机制出来的面条。线材的横截面像面条,多为圆形。面条般的线材,直径5毫米~12.7毫米不等。生产出来的面条式的线材都卷成一捆一捆的。把这样一卷线材卖给二次加工厂,制成铁钉、铁线、铁丝网、琴线、PC钢线、焊条线及通信用钢线等。

轧制线材用的轧机,被加热的钢坯先经粗轧轧制,再经中轧,而后精轧逐步轧制。钢坯在粗轧轧制时,被压缩的程度最大,中轧次之,精轧最小。

线材的品种有:冷轧用碳钢线材、软钢线材、硬钢线材、钢琴线线材等。主要用途有:冷锻零件、铁丝、铁钉、铁丝网、钢缆线、轮圈钢丝、缝纫机用针……

(5)棒材与型材的轧制

棒材的横截面有圆形、半圆形、正方形、扁状、六角形、八角形和建筑用钢筋。棒材表面为平面状,但建筑用钢筋则表面有突起的筋和节。棒材常用于机械构造和线材,钢筋用于建筑。型钢有等边角钢、不等边角钢、不等边不等厚角钢、工字钢、U型钢、T型钢和H型钢,多为土木、建筑用,也供船体构造用。

棒材的钢种有:一般构造用轧延钢材、钢筋混凝土用的棒材、研磨棒用钢、机械构造用碳钢、机械构造用合金钢、弹簧钢、易切削钢、工具钢、轴承钢、不锈钢。

主要用途有:一般机械零件、螺栓、钢筋、一般建筑加工零件用、切削零件、轴、汽车零件、机械零件、汽车、船舶、建筑机械零件、车辆、机械用弹簧、钢丝绒、加工工具、切削工具、模具、轴承、螺丝、螺帽、轴。

型钢有很多品种,像不同品种的面条一样,有的很粗(如大型条钢),有的很细(如小型条钢)。

型钢的主要规格有:H型钢、钢板、钢轨、槽型钢、角钢、不等边角钢、不等厚角钢、工字钢、U型钢、T型钢、平型钢。主要用途有:基础桩、建筑、桥梁、造船、机械零件、码头、护岸、铁路、电梯、天车、机械、车辆、铁塔、隧道等。

(6)钢轨的轧制

在商店里,冰激凌一个要用多少钱来表示价格。钢轨用一米长有多少千克来表示规格,24千克以下者为轻型钢轨,24千克以上为重型钢轨。

(7)轻型钢与钢板桩的轧制

轻型钢常用于建筑,厚度在1.6~6.0毫米。

钢板桩常用于土木建筑基础工事,属大型钢材。钢板桩的板厚在10~20毫米不等。

(8)厚钢板的轧制

①什么是厚钢板

什么是厚钢板?习惯上将厚度大于6毫米的钢板称为厚钢板;厚度在3~6毫米之间的是中厚钢板;厚度在3毫米以下的是薄板。

②轧制的设备

轧制厚钢板的设备,按成品的不同形态,大致可以分为下列两种:

第一种叫做热钢带轧机,它能把钢板像压面机压面一样,压成一整条带状,然后卷成一卷拿去卖。这种钢板的厚度都小于13毫米,宽度较窄,最宽也才2米左右。

第二种叫做钢板机,厚钢板被轧成片状,成品厚度达到200毫米,甚至更厚。宽度都在3~4米之间,最宽的有5.2米。

③厚钢板的制造过程

厚钢板的制造过程分两步,第一步是生产钢坯,第二步是生产成品钢板。钢坯的生产方法不同,钢板的制造方法也不同。钢板的制造方法有:传统模铸钢锭法和连续铸钢法。

厚钢板的轧制:先将钢液浇铸成钢锭,等它凝固后移入均热炉,使钢锭内外温度趋于一致,然后将钢锭轧成钢坯。第二步先将钢锭或钢坯送入加热炉加热至1200℃~1250℃。钢坯离开加热炉后,即被置于滚子运送台上,经过高压喷水冲去氧化皮随即进入轧机,往复轧制。轧延完成后的钢板往往会因轧制时各种因素的影响,而发生起伏波浪,因此须将钢板通过一热平整机,消除波浪,然后送至冷床。冷床的作用在使钢板冷却均匀,以免因温度不均而变形。钢板离开冷床后,经端剪机切去最前面参差不齐的一段,再经边剪机切至所需的宽度及切除毛边,然后再经分剪机切成所需的长度,此时可对钢板表面作仔细检查,如有必要,可作适度的修整。最后再经过一次冷平整机,以消除前述剪切作业时可能引起的任何微小变形。到此,钢板算是制造完成,就可以移送至成品仓库了。

连续铸钢法生产的钢坯,经均热处理及钢坯轧延等过程以后,由钢坯轧制钢板的过程与传统方法完全一样。其优点在于简化流程,减少损耗、降低生产成本。

(9)薄钢板的轧制

①什么是薄钢板

近年来世界各国的工业日新月异、突飞猛进,对薄板的需求也与日俱增,对品质的要求也越来越高,所以各国的大型钢铁制造企业纷纷采用宽带轧机。

②薄钢板的类别及用途

热轧钢板:厚度在1.0~16.0毫米之间。主要用途有:车辆、容器、电器用品、土木建筑、机械结构、造船、家具。

冷轧钢板:厚度在0.1~3.2毫米之间。主要用途有:车辆、容器、电器用品、家具。

镀锌钢板:俗称白铁皮,抗蚀性良好,厚度在0.4~4.5毫米间。

主要用途有:车辆、容器、建筑、电器用品、家具。

镀锡钢板:俗称马口铁皮,厚度在0.1~0.6毫米间。主要用途有:食品罐头容器。

其他表面处理钢板有镀铝、镀铬、镀锡铅、磷酸盐被覆及其他有机物质被覆等,各依其特殊的性质而使用在不同的场合。

③薄钢板的轧制方法

热轧钢板的轧制:钢坯放入加热炉加热至1250℃,用粗轧机轧压后,钢坯厚度由100~300毫米减缩到25~30毫米,随即送入精轧机,将钢坯厚度减缩到所需要的尺寸。钢料通过精轧机后,在滚子运送台上接受喷水,以降低温度,然后送往盘卷机卷成一卷一卷的,最后由输送带送往堆集场。在堆集场,一部分成卷钢板被送进分条机,切成适当的宽度,经过检查与整平后,再卷成卷,即成热轧带钢,可供二次加工厂进一步加工之用;另一部分成卷钢板,送入剪断机切成适当的尺寸,即成为通常所谓的热轧钢板。

冷轧钢板的轧制:成卷热轧钢板从堆集场送往冷轧钢板厂之前,先要进行连续酸洗处理,洗去钢板表面的锈皮。经过酸洗后的成卷钢板,用冷轧机轧到所需的厚度。冷轧后的成卷钢皮经过电解清洁装置,除去钢板沾上的油脂,再送入箱形退火炉或连续退火装置,在650℃~700℃的温度下,消除掉钢板变硬的现象,使钢板恢复原来的延展性,然后经过调质轧机,消除掉钢板在退火后的变形,使其表面更为平滑而美观,最后经剪断机裁成适当的尺寸后,即成冷轧钢板。

带钢轧钢机:通常成卷热轧钢板或带钢,它们的宽度都很宽,都是由一种带钢轧钢机所制造,这种带钢一般用于制造有缝钢管或其他长度很长、宽度窄且薄的物品,它的制造程序和宽带热轧机差不多。

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