帘线钢的冶炼生产工艺路线控制.doc

YJ0409-帘线钢的冶炼生产工艺路线控制案例简要说明: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。

该案例是帘线钢的冶炼生产工艺路线控制案例，体现了帘线钢的生产操作要点，铁水预处理、转炉炼钢、LF精炼、方坯连铸以及纯净钢生产等知识点和岗位技能，与本专业转炉炼钢课程中典型钢种的冶炼学习单元的教学目标相对应。

帘线钢的冶炼生产工艺路线控制张海臣（邢台职业技术学院）、李富伟（邢台钢铁有限责任公司）一、背景介绍某大型转炉炼钢厂，本着“信誉至上、管理为先、以人为本、永不满足”的企业理念，大力推进技术创新，产品结构、工艺技术结构全面优化，实现了从普钢到精品钢的战略转移。

企业生产的硬线系列产品主要用于生产高强度、低松驰预应力钢丝、钢铰线，满足铁路轨枕、高速公路、桥梁等工程建设需要，一批高科技含量产品已进入欧、美、东南亚等国际市场，在广大用户中赢得了良好口碑。

企业采用喷吹颗粒镁法铁水预脱硫，转炉吹炼，炉后吹氩工艺、LF 炉精炼、RH炉精炼，小/大方坯连铸的工艺生产满足中端或较高需求的帘线钢。

本案例结合企业生产实际分析帘线钢的冶炼生产工艺路线控制。

二、主要内容（一）帘线钢的用途和要求帘线钢盘条作为子午线轮胎用帘布层和胎体钢帘线生产的原料，随着国内外汽车工业带动轮胎产量的高速增长而呈快速增长的需求趋势。

据统计2012年我国钢帘线产量为120万吨，2013年将达到140万吨，预计2015年将超过180万吨。

随着汽车轻量化的需求，钢帘线向高强度和超高强度发展已经成为趋势，目前，高强度钢帘线的产量占总产量的70％以上。

钢帘线因具有强度高、变形小、耐疲劳性能好等优点而用作子午线轮胎的骨架材料，在生产和使用中承受拉伸、扭转、弯曲和冲击等复杂载荷，是线材制品中质量要求最严格和生产难度最大的品种之一。

其加工和使用特点要求帘线钢盘条要有极高的质量和稳定性。

质量要求涉及成分均匀性、组织均匀性、中心偏析、夹杂物、氮含量、脱碳层、索氏体率等。

其中夹杂物一项，一般资料认为，其夹杂物的最大尺寸应小于成品单丝直径的10％。

即生产单丝直径Φ0.22mm的盘条中夹杂物最大宽度应小于22μm。

图1 包装好的帘线钢及钢帘线产品（二）合金元素的作用C 碳是钢中最重要的组成元素，也是决定碳钢凝固后金相组织和性能的主要元素。

当钢中含碳量升高时，硬度、强度均提高，而塑性、韧性和冲击韧性降低，冷淬倾向性和时效倾向性提高。

XGLX82A的碳含量接近共析成分，通过轧后的控制冷却过程模拟铅浴淬火的效果，细化珠光体片间距，可以得到较高的索氏体含量，获得良好的拉拔性能。

随碳含量的提高抗拉强度增加，钢丝的塑性则随含碳量的增加而减少。

Mn 锰与氧、硫的亲和力大于铁，作为脱氧剂和脱硫剂加入钢液，生成MnO和MnS残留在钢中，对钢丝的拉拔性能影响较小；锰与铁形成固溶体，提高钢丝的强度和硬度，当Mn≤0.9%时，随锰含量的增加抗拉强度提高，同时几乎不降低钢丝的韧性和塑性；锰的增加还能显著增大钢丝冷加工硬化后的弹性极限；锰能增加奥氏体稳定性，使奥氏体等温转变曲线右移，并降低钢的临界转变温度，容易引起细钢丝铅浴淬火冷速过快，不能获得理想的索氏体组织，而出现脆性相，这就是优质钢标准中限制铅淬火钢丝锰含量为0.3～0.6%的原因；随着钢丝锰含量的增加钢丝的屈服强度增加，钢丝的断面收缩率也增大，改善钢丝承受冷加工的能力。

Si硅作为脱氧剂加入钢中，与钢液中氧化合，上浮不充分易形成硅酸盐夹杂，经压力加工变形或破碎，破坏钢材的整体性能；硅溶于铁素体中形成固溶体，提高钢的强度和硬度；硅能显著提高钢丝的弹性极限、屈服强度和屈强比；另外，硅含量上升会使钢丝的塑性和延伸性能相应降低，尤其是当硅酸盐以夹杂物的形式存在于钢中，易造成拉丝断裂。

Ti在帘线钢中Ti是极其有害的残余元素，其极易与C、N等间隙原子结合形成Ti(C,N)，呈立方体或长方体形状，具有棱角，对拉拔性能和疲劳性能影响很大。

研究表明，带有棱角的6μm 尺度的Ti夹杂相当于25μm氧化物对疲劳性能的影响；大颗粒Ti夹杂形成于连铸冷却过程，其析出行为与Ti 和N的浓度积和温度条件有关，因此降低钢中Ti、N 的含量，有利于减少Ti 类夹杂的数量。

一般对疲劳性能要求较高的钢种要求Ti含量应低于0.0015%。

Al铝形成的Al2O3内生夹杂，变形性极差，是拉丝等深加工产品极力避免的夹杂物。

采用无铝脱氧，严格控制Als含量是帘线钢冶炼精炼的关键技术之一。

Al是无法避免的，因此其可变形处理就显得尤为重要。

P、S 分别是容易引起冷脆和热脆的化学元素，通常希望其含量越低越好。

该钢种深度拉拔、扭转及承受交变载荷的加工和使用特点，要求具有较低的磷、硫含量。

原则上全部控制在0.01%以下，最好达到0.005%的水平。

Cu、Cr、Ni等作为有害残余元素，其含量应控制在非常低的水平。

表1帘线钢盘条氧氮含量表2帘线钢盘条力学性能表3帘线钢盘条的直径允许偏差和不圆度（三）内在质量1、显微组织盘条的金相组织应主要为索氏体，不应有马氏体、全封闭的网状渗碳体等有害组织。

表4帘线钢显微组织要求2、中心偏析表5帘线钢中心偏析要求3、非金属夹杂物表6帘线钢非金属夹杂物要求4、脱碳层表7帘线钢脱碳层要求5、晶粒度表8帘线钢晶粒度要求（四）表面质量表面裂纹深度≤0.10mm。

盘条表面允许有深度(或高度)不大于0.10mm的麻点、凹坑、划伤和氧化铁皮压入等轻微的局部缺陷。

（五）工艺路线图2 帘线钢的冶炼生产工艺路线1、铁水预脱硫：⑴铁水脱硫选用镁基脱硫剂。

镁在铁水温度下与硫有很高的亲和力，在低温条件下镁是最好的脱硫剂，它可以将铁水中的硫脱到极低的水平，这是传统脱硫技术所不能比拟的。

在铁水脱硫处理时，镁基脱硫剂消耗小、处理时间短、铁水温降小；镁处理时产生的渣量小、铁损少，产生的渣是惰性的，甚至可以生产水泥；镁处理不改变铁水的化学成分，对环境也无损害。

⑵镁基脱硫剂在脱硫率、喷吹时间及铁水温降几方面明显优于传统的石灰脱硫剂。

⑶采用镁颗粒剂单吹脱硫技术比镁基复合（Mg+CaO）的脱硫技术在渣量、捞（扒）渣铁损、铁水温降及生产运行费用上都具有明显的优势。

⑷选用单吹颗粒镁脱硫剂配以捞渣机进行铁水脱硫预处理。

采用单吹颗粒镁脱硫技术由于铁渣比较稀，流动性好，特别适合铁水捞渣机的作业，可大大的降低铁水损耗。

2、80吨顶底复吹转炉⑴中小型转炉顶底复合吹炼技术，可以显著降低钢水氧含量、提高转炉脱S、P效率；⑵快速倾动技术和IRIS转炉下渣红外监测系统，可以保证转炉下渣量小于5Kg/t钢，为洁净钢的生产提供了保证；⑶采用了V AI－CON连杆转炉悬挂系统、气动事故驱动马达、合金自动加料等已在奥钢联成熟应用的先进技术。

3、LF钢包精炼炉⑴具有对钢水进行温度调节、成分微调、脱硫、夹杂物形态控制和生产调节的功能，基本能满足品种钢生产的要求；⑵能量消耗、电极消耗、耐火材料消耗最低，设备维护工作量最小，提高了生产率；⑶采用先进的ArCOS电极控制系统，可以精确控制精炼过程中电极的升降，配有全自动合金加料系统，以及高效二级自动控制系统；⑷钢包处理站的使用，可以将精炼时间按不同要求提高到40分钟以上，而不影响转炉与连铸机的正常生产节奏，在完全保证产品质量的前提下做到高效的生产；⑸二级自动控制用于精炼炉电极自动升降控制、电加热系统、水冷系统、测温取样、液压、钢包车运行、合金加料、散装料加料等整个系统的控制、管理、通讯等功能，具有加热、脱氧、夹杂物形态控制和脱硫模型。

4、R12m弧大方坯连铸机连铸机设备⑴高性能的DIAMOLD（钻石）结晶器，具有拉速高、寿命长和铸坯质量高的特点，且对拉速的变化具有很高的适应性；⑵Co60（钴60）结晶器液面自动控制系统和中间包自动称重系统，可以大幅度降低铸坯表面加渣缺陷，提高铸坯表面质量；⑶YNAFLEX结晶器振动装置，可以选择正弦或非正弦振动，实现计算机在线调整振动行程和频率；⑷ABB结晶器电磁搅拌装置，可以大幅度提高铸坯表面、皮下质量，扩大中心等轴晶区面积，提高铸坯质量。

⑸V AI-POMINI二次冷却自动控制，最大限度提高铸坯内在质量。

⑹凝固末端动态轻压下装置，最大限度降低高碳钢中心偏析。

⑺连续矫直、全过程保护浇铸、自动定尺切割、铸坯质量保证系统等先进技术和设备，保证了良好的铸坯表面和内在质量。

⑻二级自动控制可以实现数据采集管理、接受生产计划、下达生产指令、物料跟踪、铸坯质量判定及跟踪、过程优化模型、二冷模型计算、定尺优化及最佳尾坯切割、报表打印、与1级自动系统通讯、与其他区域计算机的通讯等功能。

图3 R12m弧大方坯连铸机三、分析路径该案例是生产工艺类案例，本生产案例体现了铁水预处理、转炉炼钢、LF 精炼、方坯连铸以及纯净钢生产等知识点和岗位技能，与冶金技术专业《转炉炼钢》课程中典型钢种的冶炼学习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的要求，对应教学目标，从此生产案例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。

采用现场调研、问题讨论、点评、案例分析、讲授、课堂练习、大作业等手段，引导学生通过自学、讲授、讨论、对比、模拟练习等方式学习品种钢冶炼的知识，掌握帘线钢生产工艺路线开发的技能，达到教学目标要求。

四、教学目标(1)了解高质量钢种冶炼应关注的问题；(2)掌握帘线钢冶炼操作要点；(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。

五、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：（一）课前计划(1)学生掌握知识：铁水预处理、转炉炼钢、LF精炼、连续铸钢生产的基本原理、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炉帘线钢冶炼工艺参数，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，总结该钢种生产的操作要点；(6)与技术人员交流，请技术人员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。

（二）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开白纸上按铁水预处理、转炉炼钢、炉外精炼、连续铸钢分工序记录。