某公司铸钢生产线技术改造工程可行性研究报告（优秀甲级资质可研报告88页）

1 目录 1、总论 -2 2、铸钢件及铸造工艺 -13 3、铸钢车间 -18 4、电气 -50 5、自动化仪表 -58 6、给排水 -60 7、介质供应及采暖通风 -63 8、土建 -64 9、电讯 -67 10、总图运输 -68 11、劳动定员 -71 12、能源评价 -72 13、环境保护 -73 14、安全与工业卫生 -78 15、消防 -81 16、实施计划 -83 17、投资估算 -84 18、技术经济分析 - 86 19、结论 -88 附图： 1）铸钢车间工艺平面布置图 图号： OHZZ-1 2）总平面布置图 图号： OHZZ-2 2 1、 总论 1.1 项目名称 项目名称：铸钢生产线技术改造工程 1.2 项目建设单位、住址、项目负责人 项目建设单位 ： *市 *特钢锻材有限公司 建设地点： *市 某某 区 某某 镇 某某 村 项目负责人：叶影雪 1.3 编制依据 *特钢锻材有限公司的关于编制 。 1.4 企业现状 *特钢锻材有限公司成立于 2005 年 6 月，地处 *市区朝阳路， 并在沈阳设立分公司，公司的主要经营范围为特殊钢、优质钢材的加工与销售。现有厂区面积 2000 ，主要设备有钢材修磨机、带锯床及车床等。公司距沈抚高速公路 5公里，地理位置优越，交通十分便利。 1.5 市场预测 铸钢件是铸造成形工艺和钢材料冶金的结合，即可具有其他成形工艺难以得到的复杂形状，又能保持所有特有的各种性能，从而确立了铸钢件在工程结构材料中的重要地位。 铸钢工业的历史并不是很长，但其发展很快。到二十世纪 90 年代（ 1991-2000），全世界铸钢件年产量稳定在 600 万吨左右，铸钢件占全部铸件产量的比例约为 5% 10%。 1996 年 -2000 年间，中国铸钢件年产量在 130-150 万吨之间，占铸件占铸件的比例较高，在 12%-14%之间。中国合金钢铸件占全部铸钢件的比例仅为 30%，而工业发达国家已达到 42%-50%。 1996 年的统计表明，美国低合金钢、不锈钢、耐热钢和抗磨钢等合金钢铸件的比例已达到 60%。 2006 年我国铸钢件产量为 381.1 万吨，占铸 件总量的 13%，预计以后以年均3%的速度增长。 21 世纪铸钢工业同样面临着技术、管理、经济和生态环境四方面的挑战，所以其发展的特征不再是产量和铸钢厂数量的增加，而是产量相对稳定或略呈微降趋势，但是铸钢件的质量、品种、性能以及合金钢、特殊钢的比例将不断增加 ; 3 铸钢工业采用先进的管理技术，提高生产效率，降低成本和不断加强环境保护是必然的发展趋势。发展中国家特别是中国，与工业发达国家面临的发展形势有所不同。我国经济建设的持续发展和西部与产品的向外转移以及中国成为世贸组织成员等因素，都将促进我国基础工业，特别是铸钢工 业的不断发展与进步。 铸钢的特点 1）铸钢件的灵活性，设计人员对铸件的形状和尺寸有最大的设计选择自由，特别是形状复杂和中空截面的零件，铸钢件可采用组芯这一独特的工艺来制造。其成形和形状改变十分容易，从图样到成品的转化速度很快，有利于快速报价响应和缩短交货期。形状和质量的完善设计、最小的应力集中系数以及整体结构性最强等特点，都体现出铸钢件设计的灵活性和工艺优势。 2）铸钢件冶金制造的适应性和可变性最强，可以选择不同的化学成分和组织控制，是一个于各种不同工程的要求。可以通过不同的热处理工艺在较大的范围内选择力学 性能和使用性能，并有良好的焊接性和加工性。 3)铸钢材料的各向同性和和铸钢件整体结构性强，因而提高了工程的可靠性。再加上减轻重量的设计和交货期短等优点，在价格和经济性方面具有竞争优势。 4）铸钢件的重量可在很大的范围内变动。小者可以是重量仅几十克的熔模精密铸件，而大型铸钢件的重量可达到数吨、数十吨、乃至数百吨。 由于铸钢件具有上述特点，几乎所有的工业部门都需要用铸钢件。在交通运输、船舶和车辆、建筑机械、工程机械、电站设备、矿山机械及冶金设备、航空及航天设备、油井及化工设备等方面应用尤为广泛，至于铸钢件在各产 业部门的分配，由于各国的具体条件不同，情况可能有较大的差异。 电站设备是高技术产品，其主要零件都在高负荷下长期连续地运转，火电厂和核电站设备中有很少零部件还需耐高温和高压蒸汽的腐蚀，因而对零部件的可靠性有很严格的要求铸钢件能最限度地满足这些要求，在电站设备中广为采用。 汽车 轮外缸缸体、电站用的燃气轮机机缸体及压缩机排气缸、核电站用的铸钢阀体、水轮机的转轮等。 铁路机车及车辆的一些相关部件，如车轮、侧架、摇枕车钩柴油 -电器机车的齿轮箱等，都是传统的铸钢件。 4 铁路转辙用的辙岔是承受强烈冲击和摩擦的部件，工况 条件极为恶劣，形状有很复杂目前各工业国都用高锰钢铸造。建筑机械和工程机械的工况条件都很差，大部分零件都是承受高的负荷或需耐冲击磨损，其中一大部分是铸钢件，如传动系统中的主动轴、承重轮、摇臂、履带板等。 挖掘机的挖斗和斗齿也是传统的高锰钢铸件。 一般汽车很少用铸钢件，但特种越野车和重型卡车的传动部分也用不少铸钢件，如重型卡车的铸钢后桥外壳。 履带式拖拉机和装甲车也大量采用铸钢件，如主动轮、承重轮、从动轮和履带板等。 为保证作业安全，矿井设备的一些关键部件均为铸钢件，如绞揽轮（天轮）和矿车的主要零件等。 处理矿 石用的破碎机和球磨机，由于运行时由于各部件受很大的冲击负荷，颚板、锤头及衬板等耐受冲击磨损的零件均为高锰铸钢件，机架则多为碳钢或低合金钢铸件。 锻压机械的基座，十字架、横梁、机架和冶金设备的轧钢机机架、轴承座等重要零件历来都是铸钢件。 迄今为止，世界上最大的铸钢件是冷轧机机架， 1985 年由德国多特蒙德市Hoesch 公司的铸钢厂制成，共制造两件。 我国制造的最大铸钢件是 350mm 中厚板轧机机架（材质为 ZG270-500）铸件毛重达 375 吨，浇筑时用钢液 530 吨。 此外，轧钢机的轧辊也有相当一部分是铸钢件。 飞机制造使用铸钢件已有很久的历史， 20 世纪 30 年代即用铸钢件做起落架壳体及其他零件，现代的喷气式飞机也使用铸钢件，如发动机支架、制动器支撑板等。 研制导弹时，需用单轨作水平告诉滑行实验和头部冲击试验，实验时速度可以达 48 马赫。水平滑行实验所用的滑块机制动器部件均为 Mn-Mo-V 低合金钢铸件。 石油天然气井口封隔用防喷器其核心部件均为低合金钢或马氏体不锈钢铸件，如壳体、顶盖等。由于这些零件需承受高达 140Mpa 的压力，因此，铸造这 5 些零件时，必须确保铸件的表面质量和内部质量。 大型船舶上很多重要部件也是铸钢件 ，如首柱、尾柱、锚链及导管、舵架、缆舵系桩等。 农用机具的使用条件是苛刻的，因此，农用机具上的一些重要的受力零件宜采用铸钢件，如犁托和犁柱、主动链轮、履带板、支重轮、引导轮、驱动轮等，目前各工业国在农用机具方面采用铸钢件日益增多。 中国将逐步成为世界的制造中心，我国电力、石化、冶金、船舶、汽车及铁路等行业的发展将对铸件产业发展起到巨大的拉动作用。按照我国国民经济总体发展规划设想，国民生产总值将以 8%-9%速度增长，经济建设规模会扩大，铸钢件需求量也会增加，预计我国铸钢件产量会继续增长。汽车铸件上升幅度较大 ，由于建筑业的兴旺和国家大力发展水、油、气的管道输送，铸钢管的产量会以较快的速度增长，铁路机车、发电设备、冶金矿山和各种专业机械等由于国家投资向基础设施倾斜而有较大的增长，铸件产量也会有所增加。农机内燃机铸件的产量仍会有稳定的增长，机床、阀门、液压铸件的产量仍会有稳定的增长，机床、阀门、液压铸件产量也会有一定的增长，由于树脂砂的应用，该类铸件出口量会有所增加。机床铸件占全部铸件重量的比例有可能仍在 7%左右。我国发电设备、石化、冶金、船舶、汽车、建筑等行业年需铸件月 400 万吨。随着各种经济救助行动的落实，年初 以来一些铸钢件经济数据开始显露出企稳回升的迹象。根据中国机械工业联合会的统计， 2009 年 1 2 月中国铸钢件、铸铁件和金属锻件产量如下： 序号 产品名称 单位 产量 比上年同期增长 备注1 铸钢件 t 1497312 11.44%2 铸铁件 t 577730 8.16%3 金属锻件 t 493253 11.20% 由于新技术的不断的涌现和能源危机的波及，瞬息万变的市场竞争，自身的环境保护以及转嫁污染，大多数工业先进国家铸件产量正逐年下降，装箱发展中国家采购一般铸件但会向发展中国家出口高附加值、高技术含量的铸钢件。造成不发达国家的铸钢件产量却在不断地增长，世界总需求在不断上升，我国的铸钢件出口量也将有所增加。 美国每年进口铸件在 600 万吨以上，其中汽车铸件来自墨西哥、巴西、德国 ;日本的工业铸件有半数来自中国，机床、注塑机等产业的机械铸件、大型铸件也 6 大量来至中国；德国在 2006 年进口了 100 万吨铸件，主要是中国和东欧生产厂家提供的，所以，铸件国际市场看好。 同时，由于技术进步因素，如提高铸件尺寸精度，减薄铸件壁厚，增长自己使用寿命，对铸钢件业提出了更高的要求。 此外，大型铸件市场看好，在电力领域，根据我国核电中长期发展规划，到2020 年核电装机容量将达到 4000 万千瓦。如果一套百万千瓦压水堆核电机组核岛部分的组成件按 3 亿元计算，对大型铸 锻件产品需求将达到 80 亿元左右。未来几年我国电力火电装机按每年 5000 万千瓦计算，每台大型燃煤机组需要大型锻件 200 吨计算，预计每年火电锻件年均需求量 2 万吨左右。按水电发展计划，如按每年平均新装机 30 台 50 万千瓦及以上大型水电机组，每台大型水电机组需要大型锻件 200 吨值 240 吨。 在石化装备领域，预计我国原油加工能力到 2010 年达到 4 亿吨， 2020 年达到 5 亿吨左右，将新建和改造 20 多个千万吨级大型炼油厂。加上大型加氢反应器的需求量的增加，预计每年煅焊结构的厚壁重型容器 30 台左右。煤化工装备方面，随着神华集团 的我国第一座年产油品 500 万吨的煤液化工程建设，其他地区煤制油基地建设也将启动。预计煅焊结构重型容器市场将有每年 40 台的需求。 在冶金设备领域，预计“十一五”期间，每台新建冷热连轧机所需锻钢支撑辊、中厚板轧机锻钢支撑辊、万吨级水压机上的大型轧辊等毛皮锻件接近 10 万吨。 在船舶装备领域，预计到 2010 年，国内每年将需要大型船用曲轴 300 根以上，平均每年生产万吨级水压机需要的毛坯锻件需求量超过 2 万吨。 从国际上看，大型铸锻件近期也明显供不应求，国外很多主机厂的生产进度都受到了大型铸锻件的影响的制约。 同时应看到 ，如何解决发达国家出口我国的高附加值、高技术含量的优质铸件的替代进口问题是一个重要课题，如大型水电铸钢件替代进口的锻件等。 此外还有铸钢轧辊市场前景看好，在轧钢工业初期，锻钢支承辊一直占有绝对优势，但其生产工艺复杂、成本高。随着科学技术的不断进步，铸钢支承辊以其生产工艺简单、成本低、高价的性价比等特点，受到众多厂家的欢迎。铸钢轧辊通常可用于冷轧和热轧的支承辊，可以整体铸造，还可以符合铸造。支承辊的 7 消耗量很大，估计国内每年需求量在 30 万吨左右。国外发达国家在符合铸钢轧辊反方面的开发研究工作发展很快，针对不同性 能要求已形成专用化系列，高使用寿命的符合铸钢轧辊在发达国家广泛使用。 综上所述，铸钢件使市场前景及为广阔，国内铸钢企业发展较快。生产铸钢件的大型现代化企业大连重工铸钢有限公司前身就是大连工矿车辆厂的下属车间，当时只有年生产 1.5 万吨铸钢件的能力，可以生产各种碳素钢、低合金钢和特殊用途高合金钢铸件。经过几年的发展，工艺技术上经历了粘土砂、水玻璃砂、树脂砂技术改造过程，现在成为大型现代化铸钢件企业公司，以呋喃树脂砂工艺生产铸钢件为主，具有粗精机加工能力。年生产铸钢产品一万二千多吨，实现销售收入一亿元以上。产 品主要以电站、船用、重机配套为主，其中电站产品占生产总量的 65%以上。船用件服务国内 90%以上的早场市场，还出口日本、韩国等国外等相关行业，随着企业一步步的发展壮大，服务领域也逐渐向石油开采、水电、风电等高新技术产业拓展。其产品质量。效益在全国同行业居领先地位，曾被国家机械部授予全国重机行业铸钢先进单位，给发展中的这个企业树立了榜样。 *特钢煅材有限公司以市场为导向，落实科学发展观，以市场为导向，拟建设铸钢厂，应用最新生产工艺生产合金铸钢件，使之成为新的经济增长点，是一个很好的建设项目。 1.6 项目建设的指导思想 1）抓住振兴东北老工业基地的发展机遇，认真贯彻落实科学发展观，和坚持走新型工业化道路，以市场为导向，依靠科技进步和创新，以优化工艺装备为基础，提高产品科技含量和附加值，创造企业合金钢铸件精品和名牌。 2）本工程的实施要严格遵守国家颁布的有关环境保护的法律法规，符合国家、行业、地方制定的有关环境保护的标准，要全面推行清洁生产工艺，对污染源和污染物进行股权过程的控制，要减少对资源的消耗，对生产工艺过程中产生的具有利用价值的再生资源，按清洁生产、生态工业和循环经济，采用有效地综合利用技术，消 除对环境的污染，最大限度地提高资源和能源的利用率，出尽资源的循环利用，建设清洁工厂 1.7 项目建设的有力条件 8 1）振兴东北老工业基地和加快发展现代化装备制造业，辽宁处于中心地位，为铸钢件的生产和经营提供较好的区位优势。 2）该工程建设得到 *市、区各级政府的大力支持，已划拨土地作为建厂用地，该厂之自然条件和电力资源优越，并具备进一步发展用地条件。 3）厂区所处地理位置交通便利，所需运进的各种原材料和运出的产成品都能得到保障。 4） *市及周边地区有一定数量的钢铁资源，又有辽阳、锦州、吉林几家大的铁合 金生产厂，熔炼所需要大量的铁合金材料可以得到保证。 5）厂区与 *特钢同处于 *市区，可方便的利用抚钢的技术人才优势，为企业提供知识和技术支持。 1.8 项目建设内容 1）建设铸钢车间 铸钢车间采用消失模铸造生产工艺，年产 3000 吨铸钢件。车间包括熔炼生产线、消失模铸钢生产线和机加工。 熔炼生产线工艺设备有十吨电弧炉一台、十吨 LF 精炼炉一台、十吨 VOD精炼炉一台、一吨电渣炉一台。 消失模铸钢生产线有融化工部、制模工部、模型组合及涂层烘干工部、造型浇注工部和落砂清理工部组成。 机加工组要设备有数控加工中 心、卧式车床、铣床、刨床、磨床等。 2）建设辅助设施 辅助设施有变电所、液氧气化站、煤气炉、循环水泵站、锅炉房、空压站、厂区管线、办公生活的设施、厂区道路、围墙及大门等。 1.9 产品大纲 产品大纲见下表： 9 序号 名称 铸钢牌号 数量 备注1 机座、变速箱壳、砧座、轴承盖 ZG2000-400 ZG230-450 500外壳、犁柱、阀体2 高温高压锅炉管、阀体 ZG30Ni35Cr15 2003 齿轮、锥齿轮、高压缸体 ZG20CrMo 3004 海底电缆保护器 ZG0Cr17Ni4Cu4Nb 2005 加热炉传送带、螺杆、紧固件 ZG35Ni24Cr18Si2 4006 电站合金阀体、转轴、轮机压板 ZG15CrMo 4007 大型工程车 ZG30CrMnSiMo 200合计 300050089 整体铸钢轧辊坯ZU60CrMnMo ZU70Mn2MoZU75CrNiMnMoZG1Cr13 ZG0Cr18Ni9 300不锈钢阀体年产各种铸钢件 3000 吨。 1.10 全厂生产工艺流程及金属平衡 全厂生产工艺流程及金属平衡如下 年产各种铸钢件 3000 吨，铸造金属收得率 93%，电炸炉金属收得率 95%，年需钢水约 3225 吨。 因 有十吨大型铸件，所以选用 10 吨电弧炉，富裕的钢水生产能力为今后的10 吨电炉（ 3225t/a） 10 吨 LF 1 吨电炸炉 10 吨 VD/VOD 铸钢件（ 3000t/a） 10 发展预留条件。 1.11 辅助设施 1）变电所 变电所为全厂供电，全厂计算负荷 9042KVA,其中 10KVA 高压负荷5750KVA,低压负荷 3292KVA。由于厂区面积较小，所以全厂设一座变电所。变电所设 4 台变压器，分别为 3 台 1250KVA 动力变压器，一台 200KVA 照明变压器。变电所设 9 台高压开关柜和 4 组低压开关柜。 高压开关柜型号 GG-1A 型，抵押开关柜型号 GGD 型，变压器型号 S11 型。 2）制氧站 为节约工程投资，不建制氧站。采用液氧罐供氧 方式，选用两台直径 2 米液氧罐，配置汽化器和稳压阀组供气。 3）煤气站 （ 1）煤气主要用于钢包烘烤，设置两台烘烤器，每台煤气用气量为 560m/h，在场外设直径 1.5 米热煤气炉一台，额定产气量 1300 m/h煤气用管道直送烤包器。 （ 2）铸造件热处理选用 2 台台式热处理炉，每台炉需用煤气 2000m/h，合计需用煤气 4000 m/h。 选用直径 2m 热煤气炉 2 台，满足两台热处理炉使用要求，热煤气炉就近布置，煤气管线长度不要超过 80 米。 4）循环水系统 （ 1）净循环水系统 全厂净循环水量为 615 m/h补充新 水量 24.6m/h，循环率 96%，建 650m/h经循环水泵站一座。 （ 2）浊循环水系统 浊循环水系统是 VOD炉蒸汽喷射泵冷却用水，水量 280m/h，压力 0.4Mpa，补充新水量 11.2m/h，循环率 96%，建 350m/h浊循环水泵站一座。 5）锅炉房 蒸汽用户为 VOD 精炼炉蒸汽喷射泵、铸造造型、生活和采暖。建设锅炉房一座，安装 6t/h锅炉一台。铸造造型、生活和采暖采取间断供气，利用 VD精炼 11 炉蒸汽喷射泵不工作时供气。 6）空压站 建设 20m/min 空压站一座，满足全厂使用要求，选择 LU110-8 型 螺杆式空气压缩机。 7)办公楼 办公楼建筑面积 380.m2 1.12 环保、安全与工业卫生、消防 （ 1）环保 本工程的实施要严格遵守国家颁布的有关环境保护的法律法规，符合国家、行业、地方制定的有关环境保护的标准，要全面推行清洁生产工艺，对污染源和污染物实行全过程控制，要减少资源的消耗，对工艺过程中产生的具有利用价值的再生资源，按照清洁生产、生态工业和循环经济要求，采用欧晓得综合利用技术，消除对环境的污染，最大限度的提高资源的循环利用。 严格按照国家有关环保设计 规范和规定进行设计，炼钢设有完善的除尘系统，各种 介质达标排放，并设有完善的防噪、降温等设施，固体废弃物按规定排放，并尽可能的综合利用。规划有绿化用地，进行厂区绿化，栽种利于生长的树木和草坪，美化环境。 （ 2）安全与工业卫生 严格执行国家有关标准和规定，建设必要的防火、防爆、防雷、防静电、防设备事故、防噪声、防热辐射、防机械伤害、和防烟（粉尘）等劳动安全卫生措施。在正常的操作情况下，可避免发生意外事故，保证安全生产和工人的身体健康。 （ 3）消防 严格执行建筑设计防火规范等有关规定，采取各种防火措施，在正常情况下，可以避免火灾发生，保证生产的安全。 1.13劳动定员 全厂职工总数 328人，其中技术和管理人员 25人，生产工人 303 人 1.14 投资估算 本工程静态投资 958万元，铺底流动资金 30万元，工程总投资 988万元。 12 资金来源：全部企业自筹。 工程建设期：半年 1.15 主要技术经济指标 序号 名称 单位 数量 备注1 年产铸钢件 t 30002 年需钢水量 t 32253 吨钢铸件合金钢耗量 t/t 1.0754 占地面积 公顷 1.845 建筑面积 93186 职工数量 人 3287 工程总投资 万元 9888 工程静态投资 万元 9589 铺底流动资金 万元 3010 年税金 万元 8811 年利润 万元 26412 全部投资利润率 % 27.5513 全部投资回收期 年 3.74 13 2、铸钢件及铸造工艺 2.1 铸钢件 一般把适宜浇注成型的钢称为铸钢，得到的金属制品为铸钢件。 铸钢件的钢种有铸造碳钢、铸造低合金钢和铸造高合金钢。 1） 铸造碳钢 铸造碳钢是铸钢材料的基 础，碳钢铸件占铸钢件近 70% 。铸造碳钢是以碳为主加合金元素的钢种，其含碳量为 0.10%0.60%，属于亚共析钢。其中含碳量小于 0.20%的属于低碳铸钢，含碳量在 0.20%0.50%的属于中碳铸钢，含碳量大于 0.50%的属于高碳铸钢。 根据现行的铸造碳钢国家标准 GB11352-89,铸造碳钢按其力学性能的不同要求规定出 5 种牌号，分别是 ZG200-400、 ZG230-450、 ZG270-500、 ZG310-570、ZG340-640。 ZG200-400 有良好的塑性、韧性和焊接性，用于受力不大，要求韧性的 各种机械零件，如机座、变速箱壳体。 ZG230-450 有一定的强度和较好的塑性、韧性，良好的焊接性，被切削性尚好。用于受力不大，要求韧性的各种机械零件，如 砧 座、轴承盖、外壳、梨柱、底板、阀体等。 ZG270-500 有较好的塑性和强度，良好的铸造性能，焊接性能尚好。应用广泛，用于轧钢机机架、轴承座、连杆、箱体、横梁、曲柺、缸体等。 ZG310-570 强度和被切削性良好，用于制造负荷较高的耐磨零件，如辊子、缸体、制动轮、大齿轮等。 ZG340-640 有较高强度、硬度和耐磨性，被切削性中等，焊接性较差，流动性较好 ，裂纹敏感性较差。用作齿轮、棘轮、叉头等。 值得注意的是，铸造碳钢是在自然温度条件和不太高的加热温度条件下使用的钢种，其正常使用的温度范围在 -40 400 。当环境温度低于 -40 时，钢的韧性大幅度降低，易使铸件产生裂纹；当环境温度超过 400 时，钢的强度会下降，即发生“软化”。 14 2） 铸造低合金钢 铸造低合金 钢是在铸造碳钢化学成分基础上加入少量的一种或几种合金元素所构成的钢种。其合金元素的总含量不超过 5%。与铸造碳钢相比，铸造低合金钢具有较好的力学性能和使用性能，能减轻铸件的重量，提高铸件的使用寿命。此外， 低合金钢具有与碳钢钢号相近的铸造性能，比较适合铸造生产。 铸造低合金钢的主要类别： （ 1）普通铸造低合金钢：锰系铸造低合金钢、铬系铸造低合金钢和镍系铸造低合金钢。 （ 2）低合金高强度铸钢：低合金高强度铸钢、低合金超高强度铸钢和微量合金化铸钢。 （ 3）特种铸造低合金钢：高温用铸造低合金钢、低温用铸造低合金钢和抗磨用铸造低合金钢。 我国目前应用最广泛的当属其中的锰系和铬系铸造低合金钢。 3） 铸造高合金钢 铸造 高合金钢中加入的合金元素（一种或几种）总量均在 10%以上，大量合金元素的加入，使钢的组织发生了根本变化，并且 有特殊的使用性能，如铸造高锰钢的抗冲击磨损性能、铸造不锈钢的耐腐蚀性能、铸造耐热钢的高温性能、铸造低温钢的耐低温性能等。铸造高合金钢实际上均属于特种铸钢。 由于铸造高温合金钢中含有大量的合金元素，所以在铸造性能、焊接性能、切削加工性能等方面均比碳钢和低合金钢差。 铸造高温合金钢包括铸造高锰钢、铸造不锈钢、铸造耐热钢、铸造低温钢。 （ 1）铸造高锰钢 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 15 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。 2.2 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”、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 “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； 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； 17 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。 18 3、铸钢车间 3.1 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。 3.2 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 ZG200-400 ZG230-450 500 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 ZU75CrNiMnMo 500 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%， 19 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。 3.3 电炉熔炼 3.3.1 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 C2.75%4.0%、 S0.04%、 P 0.10%、 Si 0.8%、 Mn 0.5%。 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 560mm；炉外精炼 530mm。成分见下表 品名 成分（质量分数） % 其它 CaO MgO CaF2 Fe SiO2 S P H2O 石灰 90 3 0.1 白云石 30 19.5 3 0.025 0.07 2 萤石 85 4 0.2 20 石灰活性度 310ml。 5）硅钙丝（包芯丝）及铝丝 丝直径 8 12mm、包皮厚度 0.3mm、芯部材质 Ca-Si、芯部成分 Ca： Si= 70： 30、铁粉比 1： 1.3、芯线密度 200334g/m。 6）碳粉 粒度 3mm、成分 ： C 85%、 S 0.1%、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 4.9 6 碳粉 16.2 合计 3815.1 以上原料全部外购。 3.3.2 工艺流程 1）电炉熔炼工艺流程 工艺流程图如下： 21 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 10001200 的钢包试验检查滑板，若正常，关闭滑板，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，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 22 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 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 23 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 3030L/min，测温 15901610 ，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。在这个过程中保持适当的供氧速度、氧枪高度、氩气沸腾强度、真空度等十分重要的，由于真空，在几乎铬不氧化的条件下进行脱 碳。特殊情况时当钢液入罐时碳大于0.60%甚至到 1.00%以上时，为避免发生喷溅，应延长预吃氧时间，晚开 5 级、 4级泵，低真空度小吹氧量将碳去到 0.50%以后再进入主吹处理。随着 C 下降，真空度逐渐上升，吹炼末期可达 1000Pa 左右。尽管没有加热装置，但是由于氧化反应放热，使钢液温度略有升高。吹炼进程由真空度和废气成分的连续分析来控制脱碳终点。真空处理完毕后关闭主截止阀，破坏真空、液压驱动提升真空罐盖、移动罐盖车行走至待机工位，然后进行钢包钢液喂丝、吹氩净搅、测温取样，定氢、定氧、断开氩气、钢包出罐。把钢 包吊出去进行连铸或模铸。 停氧条件即吹氧终点判断，应以氧浓差电势或气体分析仪为主，结合真空度，废气温度变化、累计耗氧量进行综合判断。决定停止吹氧的条件是： （ 1）氧浓差电势下降为零。 （ 2）真空度、废气温度开始下降或有下降趋势。 （ 3）累计耗氧量大于计算耗氧量。耗氧量计算系数见下表 水冷氧枪吹氧耗氧量表 开吹碳、硅含量之和 /% 耗氧量（标态） /m t 0.1% 0.06% 0.03% 0.01% 0.4 7.6 8.0 8.4 9.2 0.5 8.4 8.8 9.2 10.0 24 0.6 9.2 9.6 10.0 10.8 0.7 10.0 10.4 10.8 11.6 0.8 10.8 11.2 11.6 12.4 0.9 11.6 12.0 12.4 13.2 1.0 12.4 12.8 13.2 14.0 （ 4）钢液温度满足后期还原和加合金料降温需要。 熔炼含碳量大于 0.03%的不锈钢、合金结构钢，碳高时吹氧去碳，可以采用耗氧量计算决定吹氧终点，即当累计耗氧量达到计算耗氧量时停氧。这样可以缩短吹氧时间，减少合金元素氧化。冶炼 C大于 0.03%的（一般技术条件）不锈钢时 ，不用进行真空碳脱氧操作，停氧后直接进行测温加渣料、合金料、脱氧剂及后续操作，用高碳料或增碳剂调碳到成品规格。冶炼 C不大于 0.03%和质量有特殊要求的不锈钢时，需要进行真空碳脱氧操作。在 C比规格稍高时结束吹氧精炼，过剩的 C在真空下与钢液内的氧继续反应脱氧和去除夹杂物。在真空下继续吹氩搅拌还可以促进夹杂物