冶金工程課程設(shè)計

1、太原科技大學(xué)說明書100t電弧爐設(shè)計 摘 要隨著電弧爐設(shè)備的改進以及冶煉技術(shù)的提高，電力工業(yè)的發(fā)展，電弧爐煉鋼的成本不斷下降，現(xiàn)在電弧爐煉鋼不但用于生產(chǎn)合金鋼，而且大量用來生產(chǎn)普通碳素鋼，其產(chǎn)量在主要工業(yè)國家鋼總產(chǎn)量中的比重不斷上升。因此電弧爐煉鋼是目前世界上熔煉優(yōu)質(zhì)鋼、特殊用途鋼種及各種碳素結(jié)構(gòu)鋼的主要設(shè)備。按電爐每噸爐容量的大小，可將電弧爐分為普通功率電弧爐、高功率電弧爐和超高功率電弧爐。電弧爐煉鋼向高功率、超高功率發(fā)展的目的是為了縮短冶煉時間、降低電耗、提高生產(chǎn)率、降低成本。本文主要來介紹大型電弧爐100t的設(shè)計過程，首先根據(jù)爐容確定了爐型，并對爐型尺寸，電氣參數(shù)以及爐襯耐火材料進行了選

2、擇和計算，最后給出了采用冶煉高碳鉻軸承鋼GCr15工藝。關(guān)鍵詞：電弧爐；爐型設(shè)計；高功率；耐火材料； 目 錄摘 要I第1章 緒論- 1 -第2章 電弧爐內(nèi)型尺寸的計算- 3 -2.1電弧爐爐型的選擇- 3 -2. 2熔煉室尺寸的確定- 5 -2.3爐蓋的形狀及尺寸- 6 -2.3.1拱高的確定- 6 -2.3.2電極極心圓- 6 -2.3.3爐門及出鋼口- 6 -第3章 電弧爐爐襯的選擇與確定- 8 -3.1爐底耐火材料的選擇- 8 -3.2爐壁耐火材料的選擇- 9 -3.3 爐蓋耐火材料的選擇- 10 -第4章 電弧爐的金屬構(gòu)件- 11 -4.1爐殼- 11 -4.2爐門- 11 -4.3出

3、鋼口與出鋼槽- 11 -4.4爐蓋圈- 12 -4.5電極密封圈- 12 -第5章 電氣參數(shù)的選擇與計算- 13 -5.1變壓器功率的確定- 13 -5.2電壓級- 13 -5.3電極直徑- 14 -5.4電極極心圓直徑- 15 -第6章 特種鋼的冶煉工藝- 16 -6.1引言- 16 -6.2 GCr15質(zhì)量要求- 16 -6.3 GCr15冶煉工藝特點及質(zhì)量控制- 17 -6.3.1 初煉爐工藝- 18 -6.3.2 成分控制- 18 -6.3.3 氣體及夾雜物控制- 19 -6.3.4 精煉爐渣- 19 -6.4 鄂鋼電爐廠生產(chǎn)GCr15工藝摸索- 19 -參考文獻(xiàn)- 20 - - 19

4、 -第1章 緒論電弧爐煉鋼在整個世界范圍（包括發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家）都在持續(xù)不斷發(fā)展，并在世界鋼的總產(chǎn)量中所占的比例在不斷增加。20世紀(jì)60年代以來，國外率先涌現(xiàn)出一大批所謂的“小鋼廠”，這些廠以廢鋼為原料，或者包括一部分直接還原鐵，這種廠具有結(jié)構(gòu)緊湊、投資省、建設(shè)周期短、節(jié)省能源消耗、改善多環(huán)境的污染、可建在產(chǎn)品最終用戶市場附近、勞動生產(chǎn)率高等優(yōu)點，年產(chǎn)鋼可以從萬噸到百萬噸，品種范圍廣，從普通碳素鋼材到優(yōu)質(zhì)合金鋼鋼材。電弧煉鋼爐的爐體由爐蓋、爐門、出鋼槽和爐身組成，爐底和爐壁用堿性耐火材料或酸性耐火材料砌筑。電弧煉鋼爐按每噸爐容量所配變壓器容量的多少分為普通功率電弧爐、高功率電弧爐和超高功率

5、電弧爐。電弧爐煉鋼是通過石墨電極向電弧煉鋼爐內(nèi)輸入電能，以電極端部和爐料之間發(fā)生的電弧為熱源進行煉鋼。電弧爐以電能為熱源，可調(diào)整爐內(nèi)氣氛，對熔煉含有易氧化元素較多的鋼種極為有利。電弧爐煉鋼發(fā)明后不久，就用于冶煉合金鋼，并得到較大的發(fā)展。電弧爐以電能為熱源，可調(diào)整爐內(nèi)氣氛，對熔煉含有易氧化元素較多的鋼種極為有利，發(fā)明后不久，就用于冶煉合金鋼，并得到較大的發(fā)展利用，電弧熱效應(yīng)熔煉金屬和其他物料的一種煉鋼方法，利用電極電弧產(chǎn)生的高溫熔煉礦石和金屬的電爐，氣體放電形成電弧時能量很集中，弧區(qū)溫度在3000以上。對于熔煉金屬，電弧爐比其他煉鋼爐工藝靈活性大，能有效地除去硫、磷等雜質(zhì)，爐溫容易控制，設(shè)備占地

6、面積小，適于優(yōu)質(zhì)合金鋼的熔煉。電弧爐按電弧形式可分為三相電弧爐、自耗電弧爐、單相電弧爐和電阻電弧爐等類型，煉鋼用三相交流電弧爐是最常見的直接加熱電弧爐。煉鋼過程中，由于爐內(nèi)無可燃?xì)怏w，可根據(jù)工藝要求，形成氧化性或還原性氣氛和條件，故可以用于冶煉優(yōu)質(zhì)非合金鋼和合金鋼。隨著高功率和超高功率電爐的出現(xiàn)，電弧爐已成為熔化器，一切精煉工藝都在精煉裝置內(nèi)進行。近十年來直流電弧爐由于電極消耗低、電壓波動小和噪音小而得到迅速發(fā)展，可用于冶煉優(yōu)質(zhì)鋼和鐵合金。現(xiàn)在電爐不但用于生產(chǎn)合金鋼，而且大量用來生產(chǎn)普通碳素鋼，其產(chǎn)量在主要工業(yè)國家鋼總產(chǎn)量中的比重，不斷上升。電弧爐煉鋼的優(yōu)點1在于： （1）電弧爐煉鋼的主要原料

7、是廢鋼，隨著廢鋼日益增多，電弧爐利用廢鋼煉鋼，既降低了成本又節(jié)約了能源。 （2）由于發(fā)電裝置大型化和技術(shù)不斷改進，可利用部分劣質(zhì)粉煤發(fā)電，電的供應(yīng)與價格比較穩(wěn)定，使電爐煉鋼有了比較可靠的基礎(chǔ)。 （3）電爐趨向大型化、超高功率化，冶煉工藝強化，功能方法比平爐合理。第2章 電弧爐內(nèi)型尺寸的計算2.1電弧爐爐型的選擇 電弧爐爐型是指爐子內(nèi)部空間的形狀和尺寸，不同熔煉爐因工作條件不同，供熱源不同而選擇不同的內(nèi)型空間，電弧爐的大小以其額定容量來表示，所謂額定容量是指新設(shè)計的電爐熔池所能容納的鋼水量。實際生產(chǎn)過程中，隨著熔煉爐數(shù)的增多，熔池容積逐漸增大，裝入量或者出鋼量也就不斷增大。熔池：容納溶液和熔渣的

8、那部分容積。熔池的容積應(yīng)能足夠容納適宜煉鋼的鋼液和熔渣，并留有余地。熔池的形狀：其形狀應(yīng)有利于冶煉反應(yīng)的順利進行，砌筑容易，修補方便。所以選用錐球形熔池，上部分為倒置的截錐，下部分為球冠。球冠形電爐爐底使得熔化了的鋼液能積蓄在熔池底部，迅速形成金屬熔池，加快爐料的熔化并及早造渣去磷。截錐形電爐爐坡便于補爐，爐坡傾角45°，其優(yōu)點如下：1）45°是沙子的自然堆角2，爐坡與水平面夾角為45°，便于修補爐坡并保證有較大的熔池容積。2）出鋼時爐子傾斜35°45°能順利出凈鋼水。熔池容積V池。V池=鋼液V渣液 （21）=0.14×100+0.3

9、3×100×7%=16.31m3 式中 G爐子額定容量，t；0.14每噸鋼的比容，m3/t；7%表示氧化期渣量最大時，渣占鋼液重的百分?jǐn)?shù)；0.33每噸鋼液的渣液的比容，m3/t；圖2.1 電弧爐爐型及各部位尺寸 熔池直徑D（圖2.1）（渣面直徑）和深度H之比D/H；先選取一個合適的D/H值。在熔池容積一定的條件下，D/H大，則熔池淺。熔池容積一定，熔池越淺，熔池表面積越大，即鋼-渣界面積越大，有利于鋼渣之間的冶金反應(yīng)，因此，希望D/H大一些。但是D/H太大則熔煉室直徑和熔池直徑都增大，于是爐殼直徑增大，爐殼散熱面積增大，電耗增大，所以D/H又不能太大。如果D/H太小，熔池太

10、深，鋼液加熱困難，溫度分布不均勻性大。在氧化期應(yīng)對金屬進行良好的加熱，并對熔池中的金屬進行強烈沸騰攪拌，以使金屬成分和溫度均勻。設(shè)計選定爐坡傾角45°時，一般取D/H=53左右較合適。由截錐體和球冠體的體積計算公式可知，熔池的計算公式為： V池=R2+Rr+r2h23+h1r22+h126 （22）式中球冠部分高度，一般取h1=1/5 H；截錐部分高度，h2=4/5 H;熔池液面直徑，通常采取D/H=5;R熔池液面半徑，R= 5/2 H；r球冠半徑；r=d/2；-球冠直徑d=D-2h2=5H-8/5 H=17/5 H代入（22），整理后得：V池=0.0968D3=12.1H3 （23

11、）將（21）代入上式得: H=1105mm； D=5523mm； h1=H/5=221mm； h2=4/5 H=884mm； d=17/5 H=3757mm； R=D/2=5/2 H=2763mm； r=d/2=1879mm；為了使鋼液在沸騰時不至于讓爐渣侵蝕爐壁，將爐壁與爐坡間接縫處的位置比爐門坎平面高出100mm左后，這樣熔池的直徑D熔為：D熔=D+2×100=5723mm；2. 2熔煉室尺寸的確定 熔煉室指熔池上部的空間，主要由爐子的容量決定，為便于修補爐壁并增加其堅固性，爐壁內(nèi)表面常砌筑成上薄下厚的斜形，傾斜的爐壁有利于頂裝料工作的進行和有爐壁反射出來的輻射熱在爐蓋的內(nèi)表面得

12、到均勻分布，這里取傾斜率10%，即爐壁每高1m內(nèi)側(cè)向外傾斜100mm左右。熔煉室高度H1是指從爐門坎金屬平面到爐蓋底部間的距離，這一距離的增大，熔池液面對爐蓋的熱交換強度減弱，有利于提高爐蓋壽命；同時使廢鋼裝入量增加，從而避免二次或多次裝料，但隨H1增大，爐壁散熱面積也增大，造成熱損失及電耗增大，熔池提溫困難。還由于插入爐內(nèi)的電極段較長，加大了電極側(cè)面消耗。為了保證爐蓋有足夠的壽命和有利于爐內(nèi)熱交換，爐子容量與熔煉室高度關(guān)系參見表2.1：表2.1 爐子容量與熔煉室高度4爐子容量t熔煉室高度H1，m0.550.500.60D10400.450.50D401000.400.50D1004000.3

13、80.40D由于這里設(shè)計的是100t的電弧爐，故選取的熔煉室高度：H1=0.40D=0.40×5523=2209；取H1=2210mm。熔煉室上部直徑：D1=D熔+2H1×10%=5723+2×2209×0.1=6164.8mm；取D2=6165mm。2.3爐蓋的形狀及尺寸2.3.1拱高的確定爐蓋的關(guān)鍵尺寸是拱高h(yuǎn)3，爐蓋拱高適當(dāng)放大一些，不僅一次裝入料可以增大，爐蓋的壽命也可以長一些。但拱高過大，不僅不利于爐蓋對熔池非高溫區(qū)加熱，而且爐蓋磚之間的壓力較小，當(dāng)爐蓋中心部位減薄時，爐蓋易于塌落。同時也使?fàn)t內(nèi)段電極加長，電極消耗增加。爐蓋拱高與使用爐蓋磚的性

14、質(zhì)有關(guān)。高鋁磚爐蓋：h3=1/61/9D1。鋁鎂磚或鉻鎂磚爐蓋：h3=1/71/8D1。因為采用一級高鋁磚，故選取h3=1/8 D1=1/8×6164.8=770.6mm；取770mm。2.3.2電極極心圓電極極心圓與熔池直徑之比，d極心/D=0.250.40較為合適，小爐子取上限，大中型爐子取下限。故這里取d極心/D=0.25，所以d極心=0.25×D=0.25×4660=1165mm；電極孔直徑：d外徑= 1.5d電極=1370.25mm。取為1370mm2.3.3爐門及出鋼口爐門寬度：b=0.200.30D，mm爐門高度：h門=0.750.85b，mm取b=

15、0.26D=0.26×5523=1435.9mm； h門=0.75b=0.75×1435.9=1076.9mm；出鋼口砌筑成方形，期形狀為200×200mm2，出鋼槽長度與出鋼傾爐方式和爐子在車間內(nèi)的布置有關(guān)，原則上出鋼槽應(yīng)盡量縮短，以避免出鋼過程的鋼液降溫和吸收氣體。出鋼槽向上傾斜約為7°，出鋼口的下沿與工作門門坎在同一水平面上。第3章 電弧爐爐襯的選擇與確定電弧爐爐襯由爐底、爐壁、和爐蓋三部分組成，由于爐襯的壽命直接影響電爐的生產(chǎn)率、鋼的質(zhì)量、成本以及操作的順利進行，因此提高的爐襯材料的質(zhì)量，改進爐襯的砌筑，加強爐襯的維護，對延長爐襯壽命具有重要意義

16、。爐襯所用的耐火材料有堿性和酸性兩種，本爐采用堿性爐襯。 3.1爐底耐火材料的選擇 爐底由絕熱層、保護層和工作層三部分構(gòu)成。絕熱層是爐底的最下層，其作用是減少通過爐底的熱損失。在爐底鋼板山平鋪一層厚約15mm的石棉板，其上鋪30mm的硅藻土粉，硅藻土粉上面平砌2層硅藻土磚，磚縫用相同的磚粉填充。保護層的作用主要是保證熔池部分的堅固性，防止漏鋼，該爐采用3層鎂磚干砌，但最上面一層鎂磚應(yīng)為側(cè)砌。磚面要磨平，層與層之間要交叉砌筑，互成45度角且磚縫要小于2mm，每砌完一層后用小于0.5mm的鎂粉填縫，用木槌敲打磚面使其充填密實。層與層之間用鎂砂粉抹平。工作層采用磚砌。爐底耐火材料及具體厚度見表3.1

17、表3.1 爐底耐火材料及厚度結(jié)構(gòu) 材料 厚度絕熱層石棉板10mm硅藻土磚30mm粘土磚260mm保護層鎂磚（平砌）130mm鎂磚（側(cè)砌）230mm工作層鎂砂磚420mm爐底總厚度：b=10+30+260+130+230+420=1080mm3.2爐壁耐火材料的選擇爐壁經(jīng)受1700以上的高溫作用，同時受到溫度急劇變化的影響，還直接受鋼液的沖刷，爐渣的侵蝕以及爐料的碰撞，特別是渣線附近的侵蝕更為嚴(yán)重。因此要求爐壁在高溫下具有足夠的強度、耐蝕性和耐急冷急熱性。爐壁耐火材料和具體厚度見表3.2。表3.2 爐壁耐火材料及厚度結(jié)構(gòu)材料厚度絕熱層石棉板160mm保溫層粘土磚240mm工作層鎂鋁磚320mm爐

18、壁下部厚度： 下=絕+保+耐=23b=720 （31）式中：下爐壁下部厚度，mm絕爐壁絕熱層厚度，mm保爐壁保溫層厚度，mm耐爐壁耐火層厚度，mm爐壁上厚度上=下-H1×10% =720-220=500mm （32）式中：上爐壁上部厚度，mmH1爐壁高度，mm爐殼內(nèi)徑：DK內(nèi)=D熔+2下=5723+1440=7163mm；取7165mm （33）爐殼外徑：Dk=Dk內(nèi)+2k=7160+71.7=7231.7mm；取7230mm （34）式中：k爐殼鋼板厚度，取k=1200Dk內(nèi)mm3.3 爐蓋耐火材料的選擇 堿性電弧爐的爐蓋材料一般采用一、二級高鋁磚或采用鎂鋁磚砌筑。本設(shè)計采用鎂鋁磚

19、砌筑。鎂鋁磚的耐火度、荷重軟化溫度和抗FeO渣能力均比高鋁磚高，但導(dǎo)熱性大，熱膨脹系數(shù)大，使?fàn)t蓋變形嚴(yán)重5，本設(shè)計采用電極孔、排煙孔、中心部位使用鋁鎂磚，其余部位使用高鋁磚的復(fù)合爐蓋。爐蓋的砌筑是在固定的拱形模子上進行的，砌好后的爐蓋中心，必須與三根電極圓的中心相對應(yīng)。爐蓋厚度一般在230mm到350mm之間，大容量的爐子（30噸以上）取上限，本設(shè)計中取350mm。第4章 電弧爐的金屬構(gòu)件4.1爐殼爐殼的結(jié)構(gòu)包括圓筒形爐身、爐殼底和上部加固圈三部分，本設(shè)計中爐殼底部的形狀為截頭圓錐型，爐殼除了承受爐襯、鋼、渣的重量和自重外，同時還要受到高溫和爐襯膨脹的作用，因此要求爐殼具有足夠的強度和剛度，本

20、設(shè)計中的爐殼鋼板厚度為36mm。爐身做成圓筒形，可以減少散熱面積及熱損失。爐門和出鋼口四周的切口部分需要用鋼板加固，為防止?fàn)t殼高溫作用發(fā)生變形，一般在爐殼上設(shè)有加固圈，大型爐子還采用加強筋，爐殼上沿的加固圈用鋼板或型鋼焊接而成，該電爐還采用中加水冷卻的加固圈，以增加爐殼的剛度，防止?fàn)t殼由于受熱變形，保證爐殼與爐蓋接觸嚴(yán)密。4.2爐門 爐門由爐門框、爐門和爐門升降機構(gòu)三部分組成。爐門的結(jié)構(gòu)要嚴(yán)密，牢固耐用，升降裝置簡便靈活。爐門框是用鋼板焊成形水冷箱。爐門框的上部嵌入爐墻內(nèi)，用以支撐爐門上部的爐墻。爐門框的前壁做成和垂直線成8°的斜面，以便爐門下落時借助其自身質(zhì)量緊貼在門框上，保持密封

21、良好，減少熱量損失和保持爐內(nèi)氣氛。同時在爐門蓋升降時，還可以起到導(dǎo)向作用，防止?fàn)t門蓋擺動。爐門檻固定在爐殼上，作為出渣用。本設(shè)計中采用空心水冷爐門。4.3出鋼口與出鋼槽出鋼口正對爐門位于熔池渣液面上方，直徑約，本設(shè)計選取的尺寸為200×200mm，出鋼槽用鋼板焊成梯形，固定在爐殼上。槽內(nèi)用高鋁磚砌筑。出鋼槽的長度取決于爐子的尺寸，爐子在車間的位置及傾動機構(gòu)的類型。在保證順利出鋼的前提下，出鋼槽盡量短，以減少鋼液的二次氧化及吸氣。本設(shè)計取長度為0.8米。為了減少出鋼時鋼液對盛鋼桶襯壁的沖刷作用及防止出鋼口打開后鋼水自動流出，出鋼槽向上傾斜與水平成10°角。4.4爐蓋圈爐蓋圈的

22、作用是保持爐頂?shù)恼_形式以及把爐蓋的全部質(zhì)量落在爐殼上。爐殼圈用鋼板或型鋼焊成，作為傾斜形內(nèi)壁以代替拱角磚，傾斜角2223°，為了防止變形，一般采用水冷。水冷爐蓋圈的截面形狀通常分為垂直型和傾斜性兩種。 爐蓋圈的外徑尺寸應(yīng)比爐殼外經(jīng)稍大，從而使?fàn)t殼的全部重量支承在爐殼上部的加固圈上，而不是壓在爐墻上。爐蓋圈和爐殼之間必須有良好的密封，否則高溫爐氣會逸出，不僅增加爐子的熱損失和使冶煉時造渣困難，而且容易燒壞爐殼上部和爐蓋圈。因此爐蓋圈外沿下部設(shè)有刀口，使?fàn)t蓋圈能很好的插入到加固圈的砂封槽內(nèi)。爐蓋圈上焊有吊環(huán)和擋板，以便吊裝爐蓋和防止傾爐時爐蓋相對于爐體移動。4.5電極密封圈為使電極在煉

23、鋼過程中能自動升降，電極孔直徑一般比電極直徑大4080mm，本爐取80mm，爐內(nèi)的高溫氣體將會不斷的從電極孔縫隙中溢出，而冷空氣則不斷的從爐門中吸入，這樣不但使熱損失增加，不利于維持爐內(nèi)還原性氣氛，而且使?fàn)t蓋上部的電極溫度升高氧化激烈，電極變細(xì)而易折斷。設(shè)置電極密封圈，可以改善電極夾頭的工作條件，防止?fàn)t氣外逸，同時也可以冷卻爐蓋，延長爐蓋壽命。本設(shè)計采用環(huán)形水箱密封圈。環(huán)形水箱是用鋼板焊成的。密封圈的外徑為電極直徑的1.5倍，內(nèi)徑比電極直徑大20mm，高度約為電極直徑的1倍，密封圈可嵌入爐蓋內(nèi)100mm。第5章 電氣參數(shù)的選擇與計算5.1變壓器功率的確定電爐的生產(chǎn)取決于電爐的容量、變壓器的功率

24、、電爐全年的工作天數(shù)、冶煉周期、電效率和熱效率。確定變壓器功率是一個比較復(fù)雜的問題，它受電爐的容量、冶煉時間、爐襯材質(zhì)、電效率、熱效率等許多因素的影響。下面是對已知裝入量的電爐，根據(jù)熔化時間要求來計算所需供電功率，即變壓器的容量： P=qGtmcosN （51） 式中P-變壓器額定容量，kV·A; q-熔化每噸廢鋼料及熔化相應(yīng)的渣料并升溫所需要的電 G-電爐裝入量,t； -額定裝量時的熔化時間，h； -熔化期平均功率因數(shù)，一般功率電爐??； -變壓器功率的熱效率，； -熔化期變壓器功率平均利用系數(shù)，。容量為100噸，取，則電爐所配用的變壓器的額定容量為：P=410×1081&

25、#215;0.7×0.8×1.2=65893KV·A （52）5.2電壓級為了滿足冶煉工藝要求，在各冶煉期采用不同的功率供電，如熔化期采用最高功率及最高二次電壓供電，在精練期使用較小功率及較低電壓供電。在功率一定時，工作電壓提高，可以減少電流，因而可以提高功率因數(shù)和電效率，為此變壓器要設(shè)置若干級二次電壓。首先選用最高二次電壓，其經(jīng)驗公式為： U=153P （53）所以， U=153P=15365892.9=605.9V電壓級數(shù)取決于最高二次電壓和各冶煉期間對供電的要求。一般：最高二次電壓/V 200250 250300 320400 >400電壓級數(shù) 24

26、46 68 818根據(jù)上表電壓級數(shù)取15。改變二次電壓通過改變變壓器高壓側(cè)線圈匝數(shù)及其接線法來實現(xiàn)。二分之一用高壓繞組三角形連接獲得，另一半用星形連接獲得。5.3電極直徑 電極是將電流輸入熔煉室的導(dǎo)體，當(dāng)電流通過電極時，電極會發(fā)熱，此時會有8左右的電能損失。當(dāng)功率一定時：電極直徑減小，電極上的電流密度會增大，電能損失增大。電極直徑增大時，電極上的電流密度減小，電能損失減小，因此希望電極直徑大些，但是電極直徑太大，電極表面熱量損失增加，所以電極直徑不能太大，應(yīng)有一個合適的值，以保證電極上的電流密度在一定范圍內(nèi)，根據(jù)經(jīng)驗，電極直徑可以按下式確定： d電極=30.406I2K （54）式中-石墨電極

27、在500時的電阻系數(shù)，石墨=10·mm2/m K-系數(shù)，對石墨電極K=2.1W；I-電極上的電流強度，A；I=1000P3U由上式得：I=1000×65892.93×605.9=62792Ad電極=30.406×10-3×6279222.1=913.5mm5.4電極極心圓直徑電極極心圓直徑是過三個電極極心的圓周直徑。電極極心圓值過小，三根電極靠得比較近，電極距離爐壁遠(yuǎn)，對爐壁壽命有利；但是，爐坡上的爐料難熔化，熔池加熱也不均勻，爐頂中心結(jié)構(gòu)強度差，容易損壞，并且電極把持器上下移動困難。如果電極極心圓直徑太大，電弧距爐壁近，加劇爐襯的損壞。電極極

28、心圓直徑的經(jīng)驗公式為：d極心=0.250.40D=0.30×5523=1657mm取 d極心=1660mm；式中D為熔池直徑。第6章 特種鋼的冶煉工藝高碳鉻軸承鋼GCr15的冶煉工藝6.1引言軸承作為一個重要的機械傳動部件，其內(nèi)、外套圈及滾動體一般均由軸承鋼制成。由于軸承的工作條件十分復(fù)雜，承受著各類高的交變應(yīng)力，在工作時，滾動體與內(nèi)、外套圈呈點接觸，同時受到很大的沖擊負(fù)荷和振動，并且還受到水分、雜質(zhì)機潤滑油的侵蝕，故對軸承鋼的要求愈來愈嚴(yán)格，對原始組織的要求主要有兩方面：一是高的純凈度，二是組織均勻。軸承鋼質(zhì)量的好壞也成為一個國家鋼鐵冶煉水平的一個標(biāo)志。軸承鋼一般分為高碳鉻軸承鋼、

29、滲碳軸承鋼、高溫軸承鋼、不銹軸承鋼和中碳軸承鋼，其中尤以高碳鉻軸承鋼生產(chǎn)量為最多。6.2 GCr15質(zhì)量要求GCr15是高碳鉻軸承鋼的代表鋼種，它的綜合性能良好，淬火和回火后具有高而均勻的硬度、良好的耐磨性和高的接觸疲勞壽命，其熱加工變形性能好，球化退火后有良好的可切削性能，是各國廣泛應(yīng)用的鋼種之一，也是高碳鉻軸承鋼中產(chǎn)量最大的鋼中。根據(jù)軸承使用條件，按GB/T18254-2002標(biāo)準(zhǔn)，針對GCr15主要提出以下質(zhì)量要求：1）化學(xué)成分：C：0.951.05%；Mn：0.250.45%；Si：0.150.35%；P0.025%；S0.025%；Mo0.10%；Ni0.30%；Cu0.25%；Ni

30、+Cu0.50%。氧含量：模注鋼不大于15ppm，連鑄鋼不大于12ppm。2）鋼應(yīng)采用真空脫氣處理。3）可根據(jù)需方要求采用不同交貨狀態(tài)。4）經(jīng)供需雙方協(xié)商可進行不同的布氏硬度規(guī)定。5）一般須進行定鍛試驗。6）低倍組織：中心疏松、一般疏松、偏析，模注鋼均不大于1.0級，連鑄鋼除中心疏松不大于1.5級外，其它也不應(yīng)大于1.0級，一般須作退火斷口或淬火斷口試驗。7）非金屬夾雜物規(guī)定：細(xì)系：A類不大于2.5級，B類不大于2.0級，C類不大于0.5級，D類不大于1.0級。8）直徑不大于60mm的鋼材不得有顯微孔隙，直徑大于60mm的鋼材顯微孔隙須進行評級。9）球化退火鋼材的顯微組織應(yīng)為細(xì)小、均勻、完全球

31、化得珠光體組織。10）直徑不大于60mm的球化退火鋼材碳化物網(wǎng)狀不大于2.5級，直徑不大于60mm的球化退火鋼材碳化物網(wǎng)狀不大于3.0級；鋼材的碳化物帶狀根據(jù)規(guī)格及交貨狀態(tài)應(yīng)分別不大于2.03.5級；鋼材的碳化物液析根據(jù)規(guī)格及交貨狀態(tài)應(yīng)分別不大于0.52.5級。11）根據(jù)軋制規(guī)格，鋼材脫碳層深度應(yīng)分別不大于0.151.20mm。12）根據(jù)需方要求，可對表面質(zhì)量進行不同規(guī)定。6.3 GCr15冶煉工藝特點及質(zhì)量控制軸承鋼要實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高質(zhì)、高產(chǎn)、低耗的目的，其工藝裝備、工藝技術(shù)須具有以下特點：具有較大容量的初煉爐和多功能的爐外精煉設(shè)備；具有高速、高效、高精度連軋機組；具有大型連續(xù)式熱處理爐；具有各種

32、功能的在線檢測裝置；具有足夠的精整修磨設(shè)備；鋼材包裝機械化、商品化。與國外先進軸承鋼生產(chǎn)公司相比，我國軸承鋼生產(chǎn)廠主要存在以下差距：一是我國冶煉裝備容量偏??；二是精煉工藝尚未最佳化；三是軸承鋼連鑄比例及連鑄工藝與國外存在差距；炸雞還不能完全實現(xiàn)控軋、控冷、鋼材的尺寸精度低、成材率低，表面質(zhì)量差，脫碳層嚴(yán)重，產(chǎn)品包裝無法做到商品化；鋼坯清理難度較大。為保證軸承鋼的低氧含量要求，對軸承鋼進行真空處理成為一個必要的手段。高碳鉻軸承鋼GCr15在冶煉工藝控制機質(zhì)量保證方面，國內(nèi)外冶金專家做過詳細(xì)的分析研究，從精煉工藝、連鑄工藝方面提出許多建議。6.3.1 初煉爐工藝軸承鋼生產(chǎn)過程中。為精煉提供鋼液的為

33、電弧爐，初煉爐主要任務(wù)為脫碳和脫磷。電弧爐好的泡沫渣有利于減少冶煉過程中鋼水吸氣，并對初煉爐操作提出降磷保碳的要求，從現(xiàn)階段電弧爐工藝看，增加熱裝鐵水量是解決泡沫渣降磷和保碳矛盾的一個有效手段，以防止鋼水氧化嚴(yán)重及增碳量大造成初煉鋼液氧含量增加，從而增加了精煉的脫氧任務(wù),不利于氣體和夾雜物的去除。無渣出鋼也作為初煉爐的一個重點任務(wù)，如大量的氧化性爐渣隨鋼液進入精煉鋼包，不僅對化學(xué)成份控制帶來困難，而且給精煉爐效果帶來不利影響，現(xiàn)在電弧爐為保證無渣出鋼主要采用偏心底。6.3.2 成分控制碳在GCr15中保證其有足夠的淬透性、硬度值和耐磨性，但太高易產(chǎn)生大塊碳化物，一般應(yīng)將其控制在規(guī)格中下限。鉻是碳化物形成元素，主要作用是提高鋼的淬透性和耐腐蝕性能，并可提高強度、硬度、耐磨性、彈性極限和屈服極限。鉻過高會因殘余奧氏體量增加而降低硬度，并易形成大塊碳化物，使鋼的韌性降低，一般將鉻控制在規(guī)格中限或中下限。錳和鉻一樣是碳化物形成元素，但這種碳化物易溶于奧氏體