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        轉(zhuǎn)爐冶煉低鈦軸承鋼的生產(chǎn)實踐分析

        2017-05-30 07:38:39陶立志
        現(xiàn)代鹽化工 2017年4期
        關(guān)鍵詞:軸承鋼生產(chǎn)

        陶立志

        摘要:現(xiàn)代軸承鋼生產(chǎn)對鈦元素的控制至關(guān)重要,是解決軸承鋼使用期限較短及結(jié)構(gòu)質(zhì)量不高問題的核心辦法。文章將以專利冶煉低鈦鋼的生產(chǎn)流程及鈦元素對軸承鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的實際影響展開分析,并指出鈦元素提煉問題及其控制的有效方法,進而為專利冶煉低鈦軸承鋼的生產(chǎn)實踐及制作提供理論知識方面的幫助。

        關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)爐;冶煉;低鈦;軸承鋼;生產(chǎn)

        近年來,我國機械化制造水平的提高使鋼產(chǎn)品需求量急劇上升。軸承鋼的應用是現(xiàn)代機械設備主要部件之一,要求不僅要具備耐用的及耐腐蝕的基本特點,同時也需具備一定的基礎強度,此時便需有效運用轉(zhuǎn)爐冶煉低鈦軸承鋼生產(chǎn)技術(shù)對軸承鋼生產(chǎn)質(zhì)量加以控制,通過將鈦含量的方式提高軸承鋼基本承載力,以此保障軸承鋼制作的總體效益。

        1工藝流程

        軸承鋼生產(chǎn)工藝流程:混鐵爐鐵水扒渣→轉(zhuǎn)爐→LF→提溫合金化脫氧→VD真空精煉→三機三流矩坯連鑄機→9架連軋軋制成材。

        2軸承鋼中鈦控制熱力學

        2.1轉(zhuǎn)爐熔池中鈦的氧化

        鈦氧化需要充分考慮鈦結(jié)構(gòu)原材料選用問題,要求保障原材選擇符合低鈦數(shù)據(jù)標準,并可與鈦元素相互融合。脫鈦能力對鈦氧化水平產(chǎn)生直接影響,如脫鈦能力可保持在相對平衡的階段,則可提高鈦氧化質(zhì)量。在正常生產(chǎn)情況下,熔爐內(nèi)實際吹煉終點數(shù)值較高,此時計算公式應為[%0]=(400-700)10-4。對定氧值的計算應根據(jù)鈦氧化數(shù)據(jù)進行分析,首先應保障鋼液數(shù)據(jù)平衡,通過[%TiO21≤1×10-4公式的代入運算對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計,而后利用500×10-4%公式得出定氧值計算結(jié)果。在氧氣含量恒定情況下,數(shù)據(jù)運算可保持在相對準確的范圍內(nèi)。如在高氧環(huán)境下,熔池中鈦含量易隨氧氣數(shù)量的增加減少,為避免數(shù)據(jù)運算出現(xiàn)較大數(shù)據(jù)差異,可對剛結(jié)構(gòu)中氧內(nèi)部分雜質(zhì)進行控制,避免終點氧含量過高使數(shù)據(jù)產(chǎn)生偏差,通過采用高拉碳工藝進行解決。

        2.2渣中氧化鈦還原的熱力學條件

        受軸承鋼冶煉運動模式影響,要求對鋼脫氧控制達到標準水平。溫度環(huán)境直接控制鋼脫氧效益。溫度環(huán)境的升高可提高鋼水脫氧效果,使鋼液內(nèi)氧氣含量降低,此時可通過擴散脫氧方式對熔爐內(nèi)鋼水采用吹氬攪拌方法進行冶煉。在相對較低的溫度環(huán)境下,由于鋼脫氧效益降低,應提高熔爐內(nèi)實際溫度,從而保障爐渣中的氧化鈦能夠有效地還原于鋼水中,從而使軸承鋼冶煉能夠達到良好的煉制效果。

        3工藝運用

        通過原輔料、合金檢測和對試驗工藝過程各關(guān)鍵點取樣檢測分析,對各增鈦因素的量化計算,掌握了鋼中鈦含量來源各因素的量化影響,并提出了轉(zhuǎn)爐冶煉中碳軸承鋼降鈦工藝技術(shù)。

        3.1鋼結(jié)構(gòu)冶煉鈦元素形成來源

        鋼結(jié)構(gòu)冶煉鈦元素形成原因:(1)轉(zhuǎn)爐終點對鋼水的材料,使其成為一定的鈦元素,從而與其相互融合;(1)鋼包合金化結(jié)構(gòu)與鋼液的融入,使鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生一定的結(jié)構(gòu)形變,溫度環(huán)境對鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部元素成分進行改變,鋼材料基礎構(gòu)成不平衡,此時鈦元素隨之產(chǎn)生。(3)鋼結(jié)構(gòu)精煉所留下的殘余物質(zhì),通過TiO2還原,與鋼液相容,利用液態(tài)鋼及合金元素調(diào)整使其進入到鋼液內(nèi),從而形成鈦元素。

        3.2鈦含量高低的影響要素主要是轉(zhuǎn)爐終占、的鈦精煉還原

        由于轉(zhuǎn)爐熔煉與終點鈦及鐵水鈦成正比,因此對鈦的熔煉需加入適量脫氧劑將渣料等元素進行清除。部分冶煉鈦元素含量較高,對輔料的運用可加入部分合金元素,通過合金與鈦的融合對鈦元素進行控制。而對鈦元素相對較低的鋼結(jié)構(gòu)冶煉,可通過加入化學藥劑及加速鋼水攪拌方式降低鈦元素形成,以此使鈦元素含量能夠控制在相對合理的范圍內(nèi)。

        3.3降低鈦元素對鋼冶煉產(chǎn)生的影響

        可在鐵水兌入前,對其進行扒渣處理,并將轉(zhuǎn)爐雙渣工藝有效運用于鈦元素結(jié)構(gòu)處理中,保障Ti2爐渣能夠在鐵水融入前,即可得到有效的處理。在出鋼工藝的選用方面,可選擇留鋼留渣工藝對鋼冶煉出鋼進行優(yōu)化,降低鋼冶煉下渣數(shù)量,確保Al2O3含量高于鈦元素含量,以便對鈦元素的產(chǎn)生加以有效控制。

        3.4 TiO2對由承鋼疲勞壽命的影響

        TiO2對承鋼疲勞度影響較大,不同環(huán)境其影響數(shù)據(jù)均有較大差異。在軸承鋼結(jié)構(gòu)鈦含量達到30×10-4時,基礎數(shù)據(jù)便產(chǎn)生改變,結(jié)構(gòu)疲勞度提升,疲勞度對軸承鋼的影響越發(fā)明顯,在圖1數(shù)據(jù)中,承鋼B階段疲勞度提升仍不明顯,在C階段承鋼疲勞度明顯上升,存在數(shù)據(jù)上升速度過陜問題。

        在對承鋼疲勞度數(shù)據(jù)研究中,部分企業(yè)對TiO2數(shù)據(jù)含量提出嚴格要求。通過對30×10-4數(shù)據(jù)內(nèi)鈦含量控制實現(xiàn)疲勞度的降低。在神戶等生產(chǎn)企業(yè),對鈦含量控制通常能夠達到15×10-4以上,這便使太含量在數(shù)據(jù)中實際可控性達到一半左右。對數(shù)據(jù)的研究可充分凸顯出對鈦含量控制對軸承鋼疲勞度的影響。疲勞度的提高直接導致鋼制材料結(jié)構(gòu)質(zhì)量的下降,對鋼材料使用安全性及實際效益產(chǎn)生影響,因此鋼的冶煉應進一步控制基礎鈦元素,以便降低疲勞度對軸承鋼冶煉影響。

        3.5轉(zhuǎn)爐冶煉軸承鋼中TiO2倉量的變化

        石鋼生產(chǎn)對氧氣脫氧控制運用至關(guān)重要,是石鋼生產(chǎn)主要的加工工藝。通過對TiO2的精煉對部分元素進行提取,而后采用真空脫氧的方式對其基礎結(jié)構(gòu)進行軋制,以此對基礎結(jié)構(gòu)進行固定,同時將擋渣出鋼工藝有效運用于石鋼生產(chǎn)中,保障鋼制材料生產(chǎn)穩(wěn)定,控制熔爐內(nèi)殘渣形成,以此避免TiO2對軸承鋼石鋼生產(chǎn)產(chǎn)生不利影響,使鈦元素能夠控制在較低水平內(nèi)。

        在未采取擋渣措施及工藝處理前,基礎軸承鋼結(jié)構(gòu)中TiO2實際含量達到80×10-4%以上,導致鋼結(jié)構(gòu)疲勞度直線上升。而在采取相關(guān)措施后,鋼采購基礎TiO2值降低至10×10-4%以下,以至于部分軸承鋼材料實際TiO2含量僅為8×10-4%充分實現(xiàn)對TiO2數(shù)據(jù)元素的控制。在軸承鋼熔煉轉(zhuǎn)至終點熔煉初期階段,鈦含量急劇上升,而在其進行后期基礎熔煉后,通過一系列控制措施的選用將鈦數(shù)據(jù)控制在相對合理范圍內(nèi),雖早期階段未出現(xiàn)明顯變化,但在后期階段效果顯著。

        3.6改進措施

        針對上述鋼中TiO2在轉(zhuǎn)爐冶煉過程中不同階段的變化情況,應重點控制轉(zhuǎn)爐冶煉、出鋼下渣量、精煉渣等幾個環(huán)節(jié),采取相應的措施如下。

        3.6.1控制轉(zhuǎn)爐合適的終點碳

        TiO2元素與氧化碳親和力較強,數(shù)據(jù)控制強度較高,可通過轉(zhuǎn)爐吹氧脫碳來實現(xiàn)對鈦元素的控制??蓪⒋蟛糠肘伣Y(jié)構(gòu)元素進行去除,氧化脫氧流程對鈦元素控制效果較高,利用殘渣將鈦元素融入氧化渣中,以此降低TiO2含量過高而產(chǎn)生的影響。

        軸承鋼轉(zhuǎn)爐應重視對TiO2數(shù)據(jù)平衡關(guān)系的解決,通過優(yōu)化終點轉(zhuǎn)爐及鋼數(shù)據(jù)元素質(zhì)量分布來實現(xiàn)對基礎數(shù)據(jù)的控制,從而將鈦元素排除在軸承鋼冶煉元素中,使出鋼工藝運用能夠切實發(fā)揮出降低TiO2基礎含量的作用。

        根據(jù)數(shù)據(jù)判斷,當鋼液中TiO2含量大于35×10-4%時,將由終點熔爐對鈦元素進行控制,從而降低TiO2基礎數(shù)據(jù)含量。而當鋼液中TiO2含量達到80×10-4%階段,則需采用氧化工藝控制及出鋼工藝控制方式對鋼液內(nèi)鈦元素進行氧化及降解,并避免殘渣結(jié)構(gòu)隨軸承鋼軋制產(chǎn)出。鋼液TiO2控制難度較低,要求將鈦元素控制在10×10-4%以下,這便需要加強鈦后續(xù)脫氧強度,將鋼液中氧結(jié)構(gòu)含量充分提升,以便實現(xiàn)對鈦元素的有效控制。

        3.6.2應用一次造渣法及雙渣法操作

        普通鋼轉(zhuǎn)爐冶煉提高鋼純度,可選擇一次造渣法進行操作。雖雙渣法操作同樣亦能夠起到冶煉效果,但由于其冶煉純度較低,容易產(chǎn)生氧化稀釋,因此無法有效用于普通鋼冶煉。普通鋼冶煉通常成本降低,需通過降低轉(zhuǎn)爐下渣降低危害物質(zhì)產(chǎn)生,尤其對磷及鈦物質(zhì)應及時進行阻擋隔離處理,從而保障普通鋼轉(zhuǎn)爐冶煉效果。雖雙渣法在普通鋼冶煉中不占據(jù)任何優(yōu)勢,但在石鋼冶煉中,卻可取得相對較好的效果。石鋼冶煉鐵水中鈦含量相對較高,部分企業(yè)對TiO2的處理存在鈦含量控制不佳問題,為此可選用雙渣法操作對石鋼鐵水內(nèi)部鈦元素進行分析,并及時進行轉(zhuǎn)爐吹煉,繼而確保石鋼冶煉質(zhì)量。

        3.6.3嚴格控制出鋼下渣量

        出鋼下渣量的控制可選擇擋渣處理,以免渣物質(zhì)中TiO2對鋼水造成氧化還原。擋渣處理方法較多,需根據(jù)出鋼處理環(huán)節(jié)及冶煉鋼選擇合適技術(shù)進行控制。首先可加強對出鋼口的維護,減少出鋼口實際面積,以免渣物質(zhì)隨出鋼口流出。該方法亦可采用圓流出鋼方法進行調(diào)試,通過調(diào)整擋渣求實際比重來提高擋渣概率,降低渣物質(zhì)流出數(shù)量,以便充分實現(xiàn)快速搖爐,該方法不僅可保障渣物質(zhì)得到有效控制,同時亦能夠提升鋼的實際生產(chǎn)效率。

        3.6.4選用低鈦的合金和原輔料

        原輔料的選用直接對鋼冶煉效益產(chǎn)生影響,通常對特別種類的鋼冶煉可選擇低鈦合金作為原輔料,通過對原輔料中鈦含量的控制來降低TiO2的產(chǎn)生,從而使鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)鈦的氧化還原反應無法生效,這便能夠進一步提高鋼冶煉的實際質(zhì)量,確保鈦元素不會對鋼冶煉造成不利影響。

        4實施效果與分析

        鋼冶煉從轉(zhuǎn)爐到終點部分實際TiO2含量逐步增加,最高可達15×10-4%。按圖1數(shù)據(jù)分析,部分TiO2元素產(chǎn)生與合金料帶入有著一定的關(guān)系,而另一部分則多由轉(zhuǎn)爐氧化渣下渣而產(chǎn)生。在基礎還原條件下TiO2含量不斷升高,導致鋼冶煉強度下降。為有效解決該問題,在采取微量元素處理措施后,TiO2含量最終控制在4×10-4%的合理范圍內(nèi)。轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生的低鈦軸承鋼其核心在于對出鋼下渣的控制,同時選擇低鈦原輔料也對控制鈦元素的產(chǎn)生具有良好的作用,具體的冶煉過程中低鈦軸承鋼TiO2含量變化如圖2所示。

        5結(jié)語

        轉(zhuǎn)爐冶煉低鈦軸承鋼的生產(chǎn)對進一步提高該類鋼制產(chǎn)品質(zhì)量具有一定的幫助,同時可降低鋼材料過度疲勞問題的產(chǎn)生,延長軸承鋼使用年限。轉(zhuǎn)爐冶煉低鈦軸承鋼的制作及核心基礎即是降低鈦元素含量,降低TiO2對軸承鋼的影響。由于現(xiàn)階段鋼產(chǎn)品生產(chǎn)工序繁瑣,對于鈦含量的控制,要求充分掌握轉(zhuǎn)爐冶煉低鈦軸承鋼的控制處理技術(shù),以此從根本上提高低鈦軸承鋼的冶煉質(zhì)量。

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