铸钢生产线技术改造工程可行性研究报告(编辑修改稿)

铸钢生产线技术改造工程可行性研究报告(编辑修改稿)内容摘要：

铸造高锰钢是最通用的一种铸造抗磨钢，在冶金矿山机械、履带式拖拉机和军用坦克上都装有抗磨钢制作成的零件。 这些零件在受到重力冲击和挤压的条件下经常摩擦，或受到高速运动的磨粒的冲刷和磨削，工作条件非常恶劣。 这就要求此钢种不但要有高硬度，而且还要有足够的韧性和强度。 （ 2）铸造不锈钢 不锈钢也叫耐蚀钢，主要用于制造化工设备中需经受液体或气体腐蚀的铸件。 此外，在石油工业、化纤工业以及食品、医药工业也有广泛的应用。 随着不锈钢工业的发展，不锈钢产品也逐步进入日常生活用品的行列。 铸造不锈钢的钢种很多，其分类可以按主要化学成分或钢种的特征元素分类，分为铬不锈钢、铬镍不锈钢。 铬锰氮不锈钢；也可以按组织结构分为铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢及双相不锈钢等。 （ 3）铸造耐热钢 铸造耐热钢是指在高温下仍能保持良好 性能的钢种。 钢的高温性能包括抗氧化性和热强性两个方面，相应地将耐热钢分为抗氧化钢（也叫不起皮钢）和热强钢两种。 （ 4）铸造低温钢 在更低的温度条件下（如 162℃ 、 196℃ ），则需要具有奥氏体组织的铸造低温钢。 通常使用的铸造低温钢是铬镍不锈钢。 为了防止碳化物析出，使钢变脆，有时还使用含铬、镍更高的钢种，如 ZGCr18Ni12 和 ZGCr25Ni20 等。 这样铬镍 15 钢在低温下具有良好的塑性和冲击韧性。 铸钢的熔炼一般采用电炉、中频感应炉、真空感应炉、等离子炉、电渣炉等。 电炉配合精炼炉冶炼的钢夜质量较高，而且炼钢 的周期适中开炉、停炉比较方便，比较容易与造型及合箱等工序进行协调，便于组织生产。 本工程采用电炉熔炼工艺。 铸造工艺 铸钢件常用的铸造方法除大量采用的砂型铸造法外，还有壳型、陶瓷型、负压造型、实型铸造（消失模）、磁型铸造、离心铸造、压力铸造、挤压铸造及熔模精密铸造等方法。 砂型铸造工艺流程如下： 消失模铸造工艺是国家重点推广项目，是改造传统铸造业应用最广泛的高新技术。 对于消失模铸造，有多种不同的叫法。 国内主要的叫法有“干砂实型铸造”、“负压实型 铸造”，简称 EPC 铸造。 消失模铸造工艺主要具有下列优点 ： 1）铸件尺寸形状精确，重复性好，具有精密铸造的特点； 2）铸件的表面光洁度高； 3）取消了砂芯和制芯工部，根除了由于制芯、下芯造成的铸造缺陷和废品； 4）不合箱、不取模，大大简化了造型工艺，消除了因取模、合箱引起的铸造缺陷和废品； 5）采用无黏结剂、无水分、无任何添加物的干砂造型，根除了由于水分、添加物和黏结剂引起的各种铸造缺陷和废品； 6）大大简化了砂处理系统，型砂可全部重复使用，取消了型砂制备工部和废砂处理工部； 型砂配置 炉料准备 芯砂配置 造 型 金属熔炼 造 芯 砂型干燥 合箱浇注 砂芯干燥 落砂清理 铸件检验 热处理 16 7）落砂极其容易，大大降低了落 砂的工作量和劳动强度； 8）铸件无飞边毛刺，使清理打磨工作量减少了 50%以上； 9）可在理想位置设置合理形状的浇冒口，不受分型、取模等传统因素的制约，减少了铸件的内部缺陷； 10）负压浇注，更有利于液体金属的充型和补缩，提高了铸件的组织致密度； 11）组合浇注，一箱多件，大大提高了铸件的工艺出品率和生产功率； 12）减少了加工裕量，降低了机加工成本； 13）易于实现机械化自动流水线生产，生产线弹性大，可在一条生产线上实现不同合金、不同形状、不同大小铸件的生产； 14）可以取消拔模斜度； 15）使用的金属模具 寿命可达 10 万次以上，降低了模具的维护费用； 16）减少了粉尘、烟尘和噪声污染，大大改善了铸造工人的劳动环境，降低劳动强度，以男工为主的行业可以变成以女工为主的行业； 17）简化了工艺操作，对工人的技术熟练程度要求大大降低； 18）零件的形状不受传统的铸造工艺的限制，解放了机械设计工作者，使其根据零件的使用性能，可以自由地设计最理想的铸件形状； 19）可减轻铸件重量； 20）降低了生产成本； 21）简化了工厂设计，固定资产投资可减少 30%— 40%，占地面积和建筑面积可减少 30%— 50%，动力消耗可减少 10%— 20%； 22）消失模铸造工艺应用广泛，不仅适用于铸钢、铸铁，更适用于铸铜、铸铝等； 23）消失模铸造工艺不仅适用于几何形状简单的铸件，更适合于普通铸造难以下手的多开边、多芯子、几何形状复杂的铸件； 24）消失模铸造工艺可以实现微振状态下浇注，促进特殊要求的金相组织的形成，有利于提高铸件的内在质量； 25）在干砂中组合浇注，脱砂容易，温度同步，因此可以利用余热进行热处理。 特别是高锰钢铸件的水韧处理和耐热铸钢件的固溶处理，效果非常理想，能 17 够节约大量能源，缩短了加工周期； 26）利用消失模铸造工艺，可以根据熔 化能力，完成任意大小的铸件。 本工程采用国家重点推广的消失模铸造工艺。 铸钢车间 车间组成 主要熔炼工艺设备有 10 吨电弧炉一台、 10吨 LF 精炼炉一台、 10 吨 VD/VOD精炼炉一台、 1 吨电渣炉一台。 铸钢件生产线采用 R 法消失模铸造工艺，生产线由 ESP 制模工部、硅溶胶制壳工部、造型浇注（真空）工部（含砂处理）、熔炼工部和清理工部组成。 机加工主要设备有数控加工中心、卧式车床、铣床、刨床、磨床及线切割机等。 车间相应配套设施有变电所、净循环水泵站、浊循环水泵站、液氧气化站、煤气站、空压站、电炉和 LF 精炼 炉除尘设施等。 产品大纲 本项目的产品大纲见下表。 产 品 大 纲 单位： t/a 序号 名 称 铸钢牌号 数量 备注 1 机座、变速箱壳、 砧 座、 轴承盖、外壳、梨柱、阀体 ZG200400 ZG230450 500 2 高温高压锅炉管、阀体 ZG30Ni35Cr15 200 3 齿轮、锥齿轮、高压缸体 ZG20CrMo 300 4 海底电缆保护器 ZG0Cr17Ni4Cu4Nb 200 5 加热炉传送带、螺杆、紧固件 ZG35Ni24Cr18Si2 400 6 电站合金阀体、转轴、轮机压板 ZG15CrMo 400 7 大型工程车挖头斗齿 ZG30CrMnSiMo 200 8 不锈钢阀体 ZG1Cr13 ZG0Cr18Ni9 300 9 整体铸钢轧辊坯 ZU60CrMnMo ZU70Mn2Mo 500 18 ZU75CrNiMnMo 合 计 3000 年产各种铸钢件 3000 吨，铸造金属收得率 93%，电渣炉金属收得率 95%，年需钢水约 3225 吨。 因有 10 吨大型铸件，所以选用 10 吨电弧炉，富裕的钢水生产能力为今 后的发展预留条件。 电炉熔炼 原料 1）废钢 有两大类： 一是本厂返回废铁，应按钢种分类堆放；二是外购社会回收废钢，进厂后必须进行分拣，剔除爆炸物、有毒物质、有机物、有色金属件、大块炉渣和泥石，应分批进行成分检验，并根据成分和物理特性分类堆放。 废钢的尺寸与单重应符合下表的规定。 废钢最大断面 /mmxmm 废钢最大长度 /mm 废钢重量 /t 备注 ≤ 400x400 ≤ 1000 ≤ 1 废钢不得混有封闭器皿，爆炸物、毒品、有色金属、炉渣和泥石。 费钢入炉前，应对废钢进行分检、分类。 2）生铁 生铁 是原料，也作配碳用，近年来由于废钢价格过高，厂家开始用生铁代替部分废钢，生铁是纯净的原料，在熔炼对有色金属元素要求严格控制的钢种时，可配加适当比例的生铁，以稀释炉料。 对生铁的成分要求 %~%、 S≤%、 P≤ %、 Si≤ %、 Mn≤ %。 3）铁合金 各种铁合金其成分应符合国家标准规定。 粒度：电炉使用 ≤ 60mm；炉外精炼使用≤ 30mm。 4）石灰、白云石、萤石 粒度：电炉 ≤ 5~60mm；炉外精炼≤ 5~30mm。 成分见下表 19 品名 成分（质量分数） % 其它 CaO MgO CaF2 Fe SiO2 S P H2O 石灰 ≥ 90 ≤ 3 ≤ 白云石 ≥ 30 ≥ ≤ 3 ≤ ≤ ≤ 2 萤石 ≥ 85 ≤ 4 ≤ 石灰活性度 ≥ 310ml。 5）硅钙丝（包芯丝）及铝丝 丝直径 Φ 8~Φ 12mm、包皮厚度 、芯部材质 CaSi、芯部成分 Ca： Si= 70： 铁粉比 1： 、芯线密度 200~334g/m。 6）碳粉 粒度 ≤ 3mm、成分： C≥ 85%、 S≤ %、灰分≤ 12% 7）各种原料需求量 序号 名称 年 需要量（ t/a） 备注 1 废钢 3152 2 生铁 350 3 铁合金 130 4 石灰 162 5 萤石 6 碳粉 合计 以上原料全部外购。 工艺流程 1）电炉熔炼工艺流程 工艺流程图如下： 20 工艺流程简述 （ 1） 废钢加料 本车间废钢来至全厂返回钢和外购废钢，废钢在废钢料场装入料篮，称重后将料篮送到电炉跨备用，然后再将空料篮返回配料。 （ 2） 铁合金和散装料供应 铁合金和石灰等散装料用吊 车装入加料斗，使用时经加料斗分别加入电炉、LF 及 VD/VOD 炉内。 （ 3）钢水的初炼过程 每次装废钢前，先通过加料装置加入渣料。 将废钢分批加入到电炉中，当钢液熔池形成时即开始吹氧助熔，造泡沫渣埋弧冶炼，早期脱磷，熔渣全部形成时，可适当倾动炉子，使部分炉渣流到炉下的渣罐内。 熔化完毕测温取样，若碳高强化吹氧，脱碳升温。 当脱磷脱碳至要求成份，再进行测温取样，当钢水温度和成份符合要求后即可出钢。 （ 4）出渣、出钢操作 在熔化末期和升温期通过炉子倾动，使炉渣自动溢流到渣罐里。 在出钢前，对烘烤到 1000~1200℃ 的钢包试验检查滑板，若正常，关闭滑生铁、返回钢 废钢料篮 铸造 废钢 LF 造渣料 铁合金 电炉 加料设备 VOD 21 板，向水口灌砂，然后用吊车将钢包送到炉子下，在出钢位马上出钢。 出钢时，电炉倾动，钢水由出钢槽流出到钢包内。 钢包车上的电子称自动显示钢水重量，出钢完成后，炉子快速回位。 为加强钢与渣的界面反应，均为钢水成份和温度，从出钢开始即进行钢包底吹氩，通过快速接头将钢包上的氩气管接通。 （ 5） LF 炉精炼 LF 炉精炼工艺是把传统碱性电弧炉冶炼工艺的还原精炼工艺移到 LF 炉中进行， LF 炉精炼工艺可大幅度提高产量和产品质量，降低消耗，是电炉炼钢的发展方向。 电炉出钢完成，钢水罐车开入 LF 炉工位， LF 炉盖与电极下降，通电对钢水进行加热精炼。 精炼的主要目的是去除大量氧化物和氧，并进行脱硫和微合金化。 —— 脱氧。 出渣后，紧接着加入锰铁、锰硅合金和硅铁等进行预脱氧（沉淀脱氧）。 然后再投进造渣剂，覆盖熔池表面。 待渣熔融后，加入脱氧剂并在渣面添加适量的还原剂，造成还原性的炉渣，进行扩散脱氧。 为加速扩散脱氧速度，可向钢包中吹氩搅拌。 扩散脱氧后，根据需要在出钢前喂丝，加入铝、硅钙丝进行终脱氧。 —— 脱硫。 在还原期，（ FeO）不断的被还原，使（ FeS）不断地转变为（ FeO），从而使（ FeS）不断地向渣中 转移，实现了钢液的脱硫。 —— 合金化。 还原期重点是合金元素的控制。 一般来说，和氧亲和力小、熔点高或加入量多的合金元素（例如：镍、铜和钨钼等）可在熔炼前期加入，与氧亲和力较大的合金元素（例如：锰、铬、钒和硅等）一般在精炼中加入，加入早晚也需根据加入量决定，而易氧化元素（例如： Al、 Ti 和 B 等）则是在还原后期（出钢前）喂丝加入。 —— 调整成分和温度、出钢。 根据钢液成分，向熔池中补充投入合金剂，调整成分和温度，如果取样分析和测温的结果符合出钢要求时，断电起升电极和炉盖，钢水罐车即可开出。 LF 炉精炼完成后，钢水罐车 开到喂丝机平台下，进行喂丝操作，全程吹氩。 （ 6） VD 精炼 22 VOD 精炼炉不吹氩，即成为 VD 精炼炉。 需要对钢液进行真空脱气的钢种，在 LF 炉精炼后把钢包吊到 VD 真空罐内，旋转真空罐车，扣上罐盖开启真空泵，进行真空处理。 VD 真空处理是钢中的气体含量与熔池温度和气相中该气体分压有关，在减压条件下，有关气相分压降低，从而可以降低钢中的气体含量。 在处理过程中还可底吹氩搅拌，促进夹杂物上浮进入渣中。 此过程中也可以加入微量铁合金，以精调成分，全程吹氩。 （ 7） VOD 精炼 熔炼不锈钢时，将 LF 炉精炼后的钢包吊到 VOD 真空精炼工位，钢包接通氩气后放入真空罐，吹氩、调整流量（标志）到 30~30L/min，测温 1590~1610℃ ，测自由空间高度不小于 1000mm。 然后，扣上 VOD 包盖、真空罐盖。 这时边吹氩搅拌变抽空气，将罐内压力降低。 溶解于钢液内的碳、氧开始反应产生激烈的沸腾。 当罐内压力（真空度）降至 6700Pa 左右时，开始吹氧精炼。 在这个过程中保。