3.1 产品大纲的制定3.1.1产品大纲（1）冶炼钢种主要钢种：轴承钢其他钢种：碳素钢、碳素工具钢、冷镦钢、合金结构钢（2）代表钢号成分。

见表3.1。

（3）各钢种产量及产量比（%）。

见表3.2 。

3.1.2 制定产品大纲的依据近年来,我国的轴承市场迅速发展，特别是国内机械、汽车行业的高速发展,为轴承行业发展提供较大的市场空间，轴承市场的不断拓展,也为轴承钢带来了市场和商机。

2015年中国轴承行业中仍会有一定程度的发展，4万亿投资计划对工程机械轴承有一定的拉动。

从长期发展来看，航空航天、高精度数控机床轴承、中高档轿车轴承也有不错的前景。

然而,由于未来市场对轴承的质量,噪音和使用寿命等要求越来越高,因而轴承行业对轴承钢同样提出了更高的要求。

比如,机床主轴用精密轴承,航空航天精密轴承,计算机和录象机专用轴承等,这些产品对轴承的要求很高。

所以，现阶段，在保持轴承钢的产量的前提下，应大力革新工艺，提高冶炼水平，生产高品质的轴承钢，为国内机械、电子、航空航天、汽车等行业的未来发展提供性能优良的轴承。

3.1.3 钢种的特性、用途及生产工艺要点(1) 高碳铬轴承钢GCr15的化学成分见表3.3。

表3.3 GCr15的化学成分1) 特性： 综合性能良好，球化退火后有良好的切削加工性能，淬火和回火后硬度高而且均匀,耐磨性能和接触疲劳强度高，热加工性能好，含有较多的合金元素,价格比较便宜.GCr15钢是高碳铬轴承钢中使用和生产量最多的牌号，被世界广泛采用.但是，白点敏感性强,焊接性能较差. 具有高而均匀的硬度,良好的耐磨性.用于制作承受负荷较大的小截面调质件和应力较小的大型正火零件. 具备了轴承的耐磨性2) 用途：用于制作各种轴承套圈和滚动体.例如:制作内燃机、电动机车、汽车、拖拉机、机床、轧钢机、钻探机、矿山机械、通用机械,以及高速旋转的个高载荷机械传动轴承的钢球、滚子和套圈. 除做滚珠、轴承套圈等外，有时也用来制造工具，如冲模、量具。

3) 生产工艺要点:①化学成分的选择轴承钢中的化学成分主要是碳、铬、硅、锰、镍、钼、钒等。

a 碳的影响除了渗碳钢外，一般轴承钢的含碳量在0.95~1.15%，属于过共析成分。

这样在淬火和低温回火后能得到高的硬度、高的接触疲劳强度和耐磨性。

为了形成足够的碳化物以增加耐磨性，含碳量不能太低，但是过高的含碳量会增加碳化物的不均匀性并且会形成网状碳化物使力学性能降低。

b 合金元素的影响铬是轴承钢的主要化学成分，铬能够提高淬透性，减少过热倾向，提高低温回火稳定性。

硅、锰在轴承钢中主要提高淬透性。

镍在渗碳轴承钢中能使钢的韧性和塑性有所提高，镍可以提高钢对疲劳的抗力和减小钢对缺口的敏感性。

钼在钢中能提高淬透性和热强性，防止回火脆性，增加在某些介质中的抗蚀性。

钒在轴承钢中提高强度和屈服比，特别是提高比例极限和弹性极限，降低热处理时脱碳敏感性，从而提高了表面质量，无铬含钒的轴承钢，碳化物弥散度高，使用性能良好②冶炼工艺要点钢的冶炼水平是轴承钢内在质量好坏的先决条件。

钢中的氧含量、成分偏析，夹杂物数量及分布，大颗粒碳化物的状况是影响轴承钢内在质量的重要冶金因素。

轴承钢的冶炼技术主要就是围绕这些关键因素相继发展起来。

近年来，钢中氧含量可稳定在≤（10～15）ppm ，一些先进企业可控制在（5～8） ppm ；氢含量可以控制在≤（1～2）ppm ；钛含量可以控制在≤（15～30）ppm ；氮含量可元素C Si Mn Cr P S Mo Ni Cu Ni+Cu 含量(％) 0.95~ 1.05 0.15~ 0.35 0.25~ 0.45 1.4~ 1.65 ≤0.025 ≤0.10 ≤0.30 ≤0.25 ≤0.5以控制在≤80ppm。

钢中夹杂物分为A（硫化物）、B（氧化物）、C（硅酸盐）、D（点状不变形夹杂）4种类型，不同类型的夹杂物对轴承寿命影响也不同，夹杂物的尺寸和在钢中的位置对轴承寿命也有不同的影响。

钢中氧含量愈低，轴承钢寿命愈高。

上述4种夹杂物中后三者都是由氧化物所构成，三者对轴承寿命的有害影响已为大量事实所证明，钢中的氧含量几乎全部（除溶解氧外）由它们提供。

在电炉流程中，二次精炼是轴承钢生产中的关键工序，主要精炼设备以LF 或ASEA－SKF配有VD或RH为主，可使内在质量得以保证。

轴承钢的连铸坯中心疏松和偏析严重的问题并没有得到根本的解决。

目前，为了解决轴承钢连铸坯的质量问题，正在积极地开展着如下工作：除强化冶炼技术、降低钢中的氧含量和有害杂质外，在连铸过程还采用中间包加热、电磁搅拌、结晶器液位控制、强化二次冷却和液相轻压下技术，采用浸入式水口加保护渣的保护浇铸技术，增大连铸坯断面达到大的压缩比热轧轴承钢材等。

(2) 碳素结构钢Q2351) 特性：含碳量适中，具有良好的塑性、韧性、焊接性能、冷加工性能以及一定的强度，易于加工。

2) 用途：大量生产钢板、型钢、钢筋以及建造厂房房架、高架输电铁塔、桥梁、车辆等。

其C、D级的钢含S、P量低，相当于优质碳素结构钢，质量好适于制造对焊接性及韧性要求较高的工程结构机械零部件，如机座、支架、受力不大的拉杆、连杆、销、轴、螺钉、螺母、轴套圈等。

（3）工具钢T71）特性：亚共析钢，具有良好的韧性和强度，用于制造刀具时切削能力稍差。

2）用途：用于制造能够承受冲击负荷的工具，如冲头等；杠用的锯、凿子、锻模、压模、铆钉模、机床顶尖、钳工工具、锤和冲模、钻子、手用大锤的锤头、钢印、较纯的外科医疗用具等。

（4）冷镦钢ML151）特性：具有良好的塑性和韧性，冷镦和冲击性能良好。

2）用途：制作铆钉、开口销、弹簧插销、螺钉、法兰盘、摩擦片、农用机链条等。

（5）合金结构钢30Mn21）特性：通常经调质处理后使用，其强度高韧性好，并具有优良的耐磨性能，当制造截面尺寸小的零件时，具有良好的疲劳强度，拉丝、冷镦、热处理工艺性都良好，可加工性中等，焊接性尚可，一般不作为焊接件，需焊接时，应将工件预热至200℃以上，具有较高的淬透性，淬变性小，但有过热、脱碳敏感性及回火脆性。

2）用途：用于制造汽车、拖拉机中的车架、纵横梁、变速箱齿轮、轴、冷镦螺栓、较大截面的调质件，也可制造心部强度较高的渗碳件，如起重机的后车轴等。

3.2 工艺方案与工艺流程的选择与论证3.2.1电弧炉车间组成电弧炉车间的组成大致可分为两部分。

一个部分主要是生产系统，完成配料、熔炼，精炼，浇注也钢锭精整等工艺流程上的主要工序；另一个部分是辅助生产系统，为保障主生产系统顺利进行，完成原材料与备品的存贮，炉衬和耐火材料的修砌、炉渣处理以及其他辅助工序。

上述各工序都在车间内跨间进行，不一定每一个工序单独设立跨间，设计时可以根据工艺流程的具体要求，将几个工序合并在一个跨间内进行。

考虑原则应是工艺流程合理，原料和成品运输通畅，运输线路短，布置紧凑，生产方便。

一般设为原料跨，炉子跨，精炼与浇铸跨，出坯精整跨等。

完整的电弧炉车间应包括：（1）炼钢主厂房（2）废钢料堆场及配料间（3）铁合金与散状料间（4）钢锭检验与精整跨间（5）合格钢锭存放场地（6）中间渣场（7）机电维修间（8）快速分析室（9）炉衬制作与修理场地（10）车间变、配电室（11）耐火材料库（12）备品、备件库（13）水处理设施（14）烟气净化设施（15）车间管理及生活服务设施（16）各种气体（氧、氮、氩、压缩空气、蒸汽）和燃料的供给与生产一般应由全厂统一管理3.2.2 炉容量与座数的确定：根据设计要求，一般力求选用较大容量的电炉，大电炉技术经济指标较好，热损失和电耗较小。

电弧炉的炉容量主要与车间的生产规模，冶炼周期，作业率等因素有关。

由此可以估算出每次的出钢量q：yG q ⋅⋅⋅=ητα8760 (3.1) 式中αG ——车间产品方案中确定的年产量，t ；τ —— 冶炼周期，h ；η —— 作业率，100%η=⨯年作业天数年日历天数； y —— 良坯收得率，连铸一般 95%~96%。

求得q =57.6 t 。

本设计电弧炉有一定的留钢量，为炉子公称容量的20%，故可以确定电弧炉的公称容量为 72t 。

现代电弧炉炼钢车间一般配置1座电弧炉——1套炉外精炼装置——1台连铸机——的“三位一体”一对一的生产作业线。

这种配置方式具有生产管理方便，技术经济指标先进，相对投资省的优点。

3.2.3 车间生产能力核算及主要原材料的消耗年生产能力是衡量电炉炼钢厂生产运营状况的一个重要指标。

随着我国电炉炼钢的迅速发展, 不论是新钢厂设计或老企业改造, 还是现有车间的生产组织，年生产能力越来越为工程设计人员和企业的生产经营者所重视。

电炉车间的生产能力:A = 24 ⨯ n ⨯g ⨯ y/t (3.2)式中n ——电炉年全年工作天数，d/a ，本设计取300天；y ——金属收得率，取95%；t ——每炉钢平均冶炼时间，h ；g ——每炉平均出钢量，t/炉；则 Q = 393984t/a主要原材料消耗如下：①金属料 724kg/t 废钢+310kg/t 铁水；②石灰 32.46kg/t③电极 2.07kg/t④炉衬耐火材料 2.59kg/t⑤氧气 31.23kg/t⑥冶炼电耗 253.492 kW·h /t。