北京科技大学北冶生产实习特冶分厂专题报告

1、 生产实习专题报告 题目：一般金属材料生产过程特冶分厂专题报告 学院： 材料科学与工程学院 专业： 材料科学与工程 姓名： 学号： 41130 目录1北冶特种冶炼车间简介32 冶炼设备32.1真空感应炉32.1.1真空感应炉原理及结构32.1.3真空感应炉熔炼法42.1.4关于中频感应炉42.1.5真空感应炉图片52.2非真空感应炉52.3电渣炉53 生产工艺流程63.1真空感应炉冶炼工艺流程63.1.1坩埚及原材料的预处理 63.1.3抽真空及熔炼73.1.4精炼合金化及调温73.1.5出钢73.2非真空感应炉冶炼工艺流程73.3钢锭及高温棒的处理83.3.1钢锭的处理83.3.2

2、高温棒的处理84总结81北冶特种冶炼车间简介 北冶公司的一车间为特种冶炼分厂，主要进行合金的冶炼，主要有精密合金、高温特殊不锈钢这三种。精密合金主要是一些软磁或永磁材料，高温合金为在高温下能持续稳定工作的合金，特殊不锈钢材料主要是一些订单式的材料，一般而言其普遍特点是耐高温、有一定的硬度。2 冶炼设备 北冶公司出于自身企业小批量的特色，采用电来冶炼钢铁，主要炼钢设备是感应炉。感应炉根据工作电压的频率分为公频、中频、高频三种。频率越高一次能冶炼的容量越小。北冶公司一车间的设备有真空感应炉和非真空感应炉两种。北冶的主要设备有真空感应炉：500kg 2台用于主力生产，3000kg1台200kg 1台

3、，主要用于新钢种试验以及小型订单的生产，50kg 真空感应炉1台，用于试样的浇铸，为理化检测制样。非真空感应炉：1.5t 一台和 2t 两台，用于试生产。电渣炉：一台不常用，仅二次精炼时使用。2.1真空感应炉2.1.1真空感应炉原理及结构原理：在感应炉中的交变电磁场作用下，物料内部产生涡流从而达到加热或着融化的效果。在这种交变磁场的搅拌作用下，炉中材质的成分和温度均较均匀，锻造加热温度可达1250，熔炼温度可达1650。感应炉除能在大气中加热或熔炼外，还能在真空和氩、氖等保护气氛中加热或熔炼，以满足特殊质量的要求。感应炉在透热或熔炼软磁合金、高阻合金、铂族合金、耐热、耐蚀、耐磨合金以及纯金属方

4、面具有突出的优点。感应炉通常分为感应加热炉和熔炼炉。结构：其主要分为三大部分：配电部分、熔炼部分、水冷部分。内部的耐火材料为氧化镁，三氧化二铝，二氧化硅等构成。酸性钢采用氧化镁，三氧化二铝碱性则采用石英砂。炉体中的加 热线圈为铜丝，熔点低于钢铁，因此充水冷却。点 击带动摆炉摆动进行冶炼。由于是真空冶炼，因为 外层有一真空罩，采用三级真空手段：机械泵（由大气压至几百帕）、罗茨泵（由几百帕至几十帕）、油增压泵（由几十帕至零点几帕），以实现一个较高的真空度。 2.1.2真空感应炉特点 加热速度快、生产效率高、氧化脱炭少、节省材料与锻模成本。由于中频感应加热的原理为电磁感应，其热量在工件内自身产生，普

5、通工人用中频电炉上班后十分钟即可进行锻造任务的连续工作，不需烧炉专业工人提前进行烧炉和封炉工作。不必担心由于停电或设备故障引起的煤炉已加热坯料的浪费现象。由于该加热方式升温速度快，所以氧化极少，每吨锻件和烧煤炉相比至少节约钢材原材料20-50千克，其材料利用率可达95%。由于该加热方式加热均匀，芯表温差极小，所以在锻造方面还大大的增加了锻模的寿命，锻件表面的粗糙度也小于50um。工作环境优越、提高工人劳动环境和公司形象、无污染、低耗能。感应加热炉与煤炉相比，工人不会再受炎炎烈日下煤炉的烘烤与烟熏，更可达到环保部门的各项指标要求，同时树立公司外在形象与锻造业未来的发展趋势。感应加热是电加热炉中最

6、节能的加热方式由室温加热到1100的吨锻件耗电量小于360度。加热均匀，芯表温差极小，温控精度高。感应加热其热量在工件内自身产生所以加热均匀，芯表温差极小。应用温控系统可实现对温度的精确控制提高产品质量和合格率。2.1.3真空感应炉熔炼法 真空感应炉是感应电炉的一种，在真空环境中进行加热的感应电炉设备。在金属罩壳或石英玻璃罩密封的炉膛中用管道与高真空泵系统联接。主要用于生产宇航、导弹、火箭、原子能和电子工业等领域所需的高温合金、超高强度钢、不锈钢以及其他特殊用途的合金。2.1.4关于中频感应炉中频感应炉所用电源频率在150一10000赫兹范围内的感应炉称为中频感应炉，其主要频率在150一250

7、0赫兹范围。国产小频感应炉电源频率为150、1000和2500赫兹三种。中频感应炉是一种适用于冶炼优质钢与合金的特冶设备，和工频感应炉相比具有以下优点：1)熔化速度快，生产效率高。中频感应炉的功率密度大，每吨钢液的功率配置比工频感应炉约大20一30%。因此，在相同条件下中频感应炉的熔化速度快，生产效率高。2)适应性强，使用灵活。中频感应炉每炉钢液可以全部出净，更换钢种方便；而工频感应炉每炉钢液不允许出净，必须保留一部分钢液供下炉启动，因此更换钢种不方便，只适用于冶炼单一品种钢。3)电磁搅拌效果较好。由于钢液承受的电磁力是与电源频率的平方根成反比，因此中频电源的搅拌力比工频电源小。对于去除钢中杂

8、质和均匀化学成分、均匀温度来说，中频电源的搅拌效果比较好。工频电源过大的搅冲力使钢液对炉衬的冲刷力增大，不仅降低精炼效果而且会降低坩埚寿命。4)起动操作方便。由于中频电流的集肤效应远大于工频电流流，因此中频感应炉在起动时，对炉料没有特殊要求，装料后即可迅速加热升温；而工频感应炉则要求有专门制作的开炉料块(与坩埚尺寸近似，约以坩埚高度一半的铸钢或铸铁块)才能启动加热，而且升温速度很慢。因此，在周期作业的条件下大多使用中频感应炉。起动方便带来的另一个优点是，在周期作业时可以节约电力。2.1.5真空感应炉图片卧室炉体坩埚转动浇铸真空感应炉1-真空系统；2转轴；3加料设备4坩埚；5感应器；6取样和捣料

9、设备；7测温装置；8可动炉壳2.2非真空感应炉 即正常感应炉工作原理与真空感应炉类似但并不真空故氧化程度与杂质量均有增加。2.3电渣炉 电渣炉是一种利用重熔电流产生热能熔化插入渣池的自耗电极，金属熔滴通过渣液清洗后，在水冷结晶器中结晶成电渣锭的一种特殊冶炼设备。 由于渣液的去夹杂作用和良好的结晶条件，电渣重熔金属具有良好的纯净度，铸态组织细致均匀，无白点及年轮状偏析，硫含量极低，夹杂物细小弥散等优良性能。因此，电渣重熔在大中型锻件、模块毛坯生产中处于垄断地位，在优质工模具钢、马氏体时效钢、双相钢管坯、冷轧轧辊电渣钢占绝对优势，电渣熔铸异形件有独特之处，国内电渣钢年产量已达几十万吨。电渣炉是特殊

10、钢厂必不可少的生产设备。电渣冶金具有加热、精炼和顺序结晶三大基本功能。3 生产工艺流程 3.1真空感应炉冶炼工艺流程 真空感应炉的原料一般直接来自矿山，此外还有一些合金料以及金属料，如铬、硼、镍等。炼钢前需要将原料制成 10 公分正方形块状。在装料完成后、炼钢前需要用抽气泵抽气，至炉内气压为 0.1pa 即可。由于炉体高度密封，因此抽气完成后在炼钢的过程中理论上是不会混入任何杂质的，因此钢的纯净度相对较高。同时在其旁边有一个机械臂，可以通过它搅拌炉内的钢液，如果在炼钢过程中需要添加原料（如 B、Ni、Cr、Si 等）的话，可以从上方加料口直接添加。冶炼过程中可添加氩气作为保护气，防止钢液喷溅。

11、 炼制时间依照冶炼量决定，50 公斤一般耗时 20-30min，500 公斤耗时 3h，1吨半、三吨耗时 4.5h.出钢时用 3 组 4×4 的圆筒状容器来承接钢水最后，炼成的钢水需冷却至少一小时才能冷却至室温，成为成品钢锭。钢锭的表面会产生一层氧化皮，这层氧化皮可在二车间中予以去除。3.1.1坩埚及原材料的预处理  炼钢时，由于钢液的温度较高，盛放钢液的坩埚必须在高温下保持其性能。北冶特冶分厂真空感应炉熔炼时所用的坩埚由MgO、硼酸、水玻璃等制成。在坩埚质量及对废弃处理等方面，与国外仍有一定差距。原材料运至要先复验原材料的元素组成，然后观察表面情况。真空感应炉熔炼时所用的

12、炉料种类有：钢铁料、合金料、特种添加剂等； 真空感应炉熔炼时对炉料的要求有：入炉炉料的化学成分应当准确、金属料应保持清洁干燥无油污和少锈； 3.1.2入炉   真空冶炼炉的原材料要一次性加入。真空感应炉熔炼时装料的原则有：上松下紧，以保证能输人较大的功率和防止熔化时出现架桥；高熔点不易氧化的炉料装在高温区即坩埚的中、下部；易氧化的炉料应在金属液脱氧良好及其真空度良好的条件下加入；少量或微量的合金元素用铝箔包好在精炼期加入；易挥发的元素在熔炼室充氩提高压力之后加入等。 需要注意的是，北冶公司并不对矿石直接进行冶炼，而是直接买入成品钢铁以及镍、钛等

13、金属锭进行所需钢种的生产。 3.1.3抽真空及熔炼 真空感应炉抽真空所用的真空泵分为三种：机械泵、罗茨泵、油增压泵，分别对应低真空、中真空、高真空三种不同真空度的抽取。在生产中，首先利用机械泵将炉内气压抽至低真空，待到真空度、压力达到一定标准后，利用罗茨泵继续进行真空的抽取，中真空的真空状态在生产中常用。若生产工艺对真空度有更高要求，则需通过油增压泵进行高真空度的抽取，抽取时通过看压力表和耳朵听泵声音的方法确定其真空极限。同时，外围需要不停地通循环水进行冷却，以防内部高温的真空将盖子顶开。需要注意的是，抽高真空时，需另外增加过滤与加湿的步骤。大概抽30分钟后即可开始低功率送电（120kw）此时

14、气压约为几百帕，在等20分钟后几十帕时即可以正常功率250kw送电至完全融化。 3.1.4精炼合金化及调温精炼：降低功率以增加搅拌力，插杆搅拌使成分均匀化，去气。此过程持续三十分钟。合金化：真空转换加入需要的小料，通常有碳硅锰铝铜等元素。调温：在液相线温度以上100至120度浇铸温度过高会损坏模具，过低会提前凝固。3.1.5出钢 即退模。需要注意的是，为了防止熔炼时高温情况下碳的烧损，添加料碳需要在快出钢时加入，以保证钢的硬度。浇铸时应掌握好浇注速度。另外，特冶分厂浇铸出的铸锭并不对外销售，而是只用于公司内部后续工序生产的原材料。3.2非真空感应炉冶炼工艺流程1） 入炉，边熔化边加料。2） 加渣，氧化钙熔融漂浮在铁水上隔绝空气以减少氧化。此过程大概一小时送电功率为700至800kw。3） 精炼，降功率人工搅拌，加入脱氧剂如铝与氧化钙等。4） 调料，将钢水送去检验十几分钟后根据结果加料或加金属元素。5） 调温，将钢水注入中间包，镇静四至五分钟。6） 浇铸，中间包下部有开口钢水流出即可浇铸。3.3钢锭及高温棒的处理3.3.1钢锭的处理 钢锭分250与500公斤圆锥台状，锭身呈“V”字形，帽头呈盖状起补缩孔的作用，