汽车板钢冶炼生产-企业生产实际教学案例库

YJ0507-电炉冶炼4130钢的生产实践

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。该案例是电炉冶炼4130钢的生产案例，体现了电炉炼钢配料、装料、造渣、脱氧、出钢，以及LF、VD精炼等知识点和岗位技能，与本专业电炉炼钢生产、炉外精炼课程的教学目标相对应。

电弧炉冶炼4130钢的生产实践

1 背景介绍

某大型重机装备制造公司，拥有一座50吨电弧炉，采用LF炉、VD精炼装置，生产大、中型钢锭及轧辊、铸件产品，产品质量在国内外市场享有很高的声誉。

2主要内容

2.1 4130钢的成分、用途和要求

4130钢是一种晶粒细化的低合金钢，它对于大尺寸材料具有优异的热处理性能。它可广泛用于经过调质热处理的棒材和管材。典型应用：石油和天然气完井设备，如封隔器、尾管悬挂器部件，包括球阀、闸板阀、管汇、四通法兰、异径接头法兰和防喷器在内的井口部件。

4130是中碳钢，并含有高铬、钼、锰成分来改善淬透性。由于碳含量较低，4130通常可进行更剧烈的淬火处理，淬火硬度和回火后的性能会显著提高。此外，为了提高回火后的强度，钢材里还添加了少量的钒和铌。晶粒大小通过微量的铝和铌的添加得到控制。细化的晶粒结构提高了各种强度下的材料韧性。

某大型重机装备制造公司生产的4130钢锭化学成分（%）见表1。

表1 某厂生产的4130钢锭化学成分要求%

表2 某厂生产的4130锻件非金属夹杂物要求级

探伤要求：单个缺陷≤Φ3,密集缺陷≤Φ2。

其它要求：As+Sn+Pb+Sb+Bi≤0.045%。对S、P含量、非金属夹杂物和H、O、N气体进行严格控制，保证钢液纯净度，并对C、Cr、Mo、Ni、V等化学成分进行严格控制。其中钢中氢含量≤2ppm；氧含量≤30ppm；氮含量≤70ppm。

2.2钢种生产难度

（1）成分范围窄：为保证成品最终性能，要求化学成分靠近目标值控制。

（2）非金属夹杂物等级要求高。

（3）钢中气体含量要求严格。

2.3工艺路线

该大型重机装备制造公司利用电弧炉冶炼4130钢。熔化的钢水转入精炼炉进行脱硫、脱氧、合金元素的调整，在接近真空的条件下吹氩气搅拌，去除杂质和有害气体。这种熔炼和精炼工艺流程降低了硫和磷等有害元素的含量。后续的钙化处理能使MnS夹杂物球化。

工艺路线：EBT→LF→VD。

2.3.1电弧炉冶炼

（1）配料以炉内布料合理、节约成本为原则，配入废辊和As、Sn、Pb、Sb、Bi含量低的优质废钢，配入C含量为1.45～1.65%，P含量≤0.040% 。

（2）加料前炉底预先加入500kg石灰预造泡沫渣。注意冶炼过程全程造泡沫渣，防止钢水吸气。

（3）熔清后取样分析，进行快速脱磷操作，脱磷温度保持在1510～1550℃为宜，氧化脱碳开始温度1550～1570℃，氧气压力0.4～0.8Mpa。

（4）电弧炉严格执行给电工艺，快速造泡沫渣进行埋弧冶炼；吹氧过程中视化清磷成分进行脱磷操作。

（5）氧化期氧化脱碳量≥0.50%，冶炼终点碳含量≥0.10%。

（6）停氧后静沸腾5分钟以上，并进行钢水沉淀脱氧及钢渣扩散脱氧后才允许出钢。

（7）钢包设定烘烤温度要求≥800℃，内部干净无残渣、杂物等；出钢前接通包底氩气，并据情况调整氩气压力大小（0.2～0.4MPa）。

（8）出钢条件：温度1610～1620℃，P含量≤0.006%。

（9）出钢禁止下渣，加入白灰400Kg，硅铝钡钙1.5Kg/t钢，铝粒0.5Kg/t。碳及各种合金成分按照不低于下限0.02%且不高于下限0.02%目标执行。

2.3.2 LF炉精炼

（1）精炼过程快速造泡沫渣，减少钢水吸气；进行脱氧、脱硫操作。合理控制底吹氩气流量，减少钢水液面裸露。

（2）精炼出站前喂入铝线，Al含量≥0.040%，确保VD后Als：0.015-0.025%；加入硅铝钡钙0.5Kg/t钢。

（3）进VD条件：温度1660±5℃；化学成分符合要求；白渣保持30min 以上。

2.3.3 VD炉精炼

（1）真空度达到67Pa后，调整氩气压力至0.1～0.3Mpa，以保证钢水裸露直径600mm～800mm；保压时间不小于15min。

（2）破真空后，打入硅钙线1.2m/t钢；软吹时间≥8min；吊包前盖包盖。

（3）吊包条件：成分合格；温度1565±5℃。

成品检验结果见表3、表4。

探伤结果：单个缺陷≤Φ2。

氢含量=1.5ppm; 氧含量=19ppm; 氮含量≤44ppm。

此批钢材订单为出口产品，经下游厂家进行锻造及热处理后达到欧洲客户使用要求。

表3 钢锭化学成分%

表4 锻件非金属夹杂级

3 分析路径

该案例是生产案例，本生产案例体现了电炉炼钢配料、装料、造渣、脱氧、出钢，以及LF、VD精炼等知识点和岗位技能，与冶金技术专业电炉炼钢、炉外精炼课程的教学目标相对应。

根据国家职业标准关于电炉炼钢工、炉外精炼工工种要求，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。

采用实物展示等手段，引导学生通过现场调研、问题讨论、点评、案例分析、讲授、课堂练习、大作业等方式学习，了解高质量钢种冶炼应关注的问题，掌握根据钢种要求选择合适的工艺路线时应考虑的因素，及各工序生产操作要点的确定，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）在掌握各精炼炉功能的基础上，基本掌握根据钢种要求选择合适的工艺路线时应考虑的因素；

（3）掌握各工序生产操作要点的确定；

（4）通过本案例的教学，引领学生将所学知识转化成能力。

5 教学方式方法

建议采用现场调研、问题讨论、点评、案例分析、讲授、课堂练习、大作业等教学方式方法。具体教学过程设计如下：

5.1 课前计划

（1）学生掌握知识：电炉炼钢、炉外精炼LF、VD的基本原理、工艺、设备；各精炼炉的功能；

（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4130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开白纸上按电炉炼钢、LF炉外精炼、VD炉外精炼分工序记录。要求每人发言，可以轮空，直到所有人员无法补充为止，时间20分