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分钟；（3）整理完成后，小组发言人上台展示0开白纸上的记录，并向全体师生汇报交流钢种操作要点；发言学生汇报完成后，同组学生可以补充。

汇报完成，本组自评，其它组进行点评打分，现场技术人员参与对学生汇报的操作要点评价，指出优点和不足，每组时间10分钟；（4）技术人员讲授实际生产该类钢种事故案例，时间20分钟；（5）教师总结钢种钢种用途、性能要求、成分控制要求，生产操作要点，根据钢种要求选择合适的工艺路线时应考虑的因素，时间35分钟；（6）课堂练习：5分钟。

5.3 课后计划布置作业，见6.3。

6 思考题及考评6.1 课前思考题布置课前思考题，保证学生下厂调研知道找什么材料、看什么操作、思考为什么如此操作。

（1）炉外精炼有哪些手段？各精炼炉有哪些功能？（2）4130钢种成分、质量有哪些要求？（3）电弧炉生产4130钢应选择怎样的工艺路线？有哪些关键的操作要点？6.2 课堂练习课堂提问或者集体回答，目的：及时复习、巩固知识，检查教学效果。

练习题一、判断正误1.VAD、LF属于电弧加热法。

( )答案：√2.LF炉具有真空功能。

( )答案：×3.LF炉去硫手段是造还原渣。

( )答案：√4. LF炉精炼采用的升温方法是化学加热的方式。

( )答案：×5.LF炉精炼容易产生增碳和回硫现象。

( )答案：×6.LF炉精炼容易产生增碳和回磷现象。

( )答案：√7.炉外精炼中采用电弧加热所用的电极与电弧炉冶炼中的一样。

( ) 答案：×8.在真空下，碳脱氧是最主要的脱氧反应。

( )答案：√9.应用真空的炉外精炼方法主要以脱硫为目的。

( )答案：×10.应用真空的炉外精炼方法主要以脱气为目的。

( )答案：√11.真空碳脱氧同时也降低了钢中的碳。

( )答案：√12.真空可以使碳的脱氧能力提高。

( )答案：√13.泡沫渣虽能增大炉气-渣-金属液间反应的界面及速率，但它的导热性差，在某些条件下会恶化熔渣对金属液的传热。

( )答案：√14.电炉还原渣和炉外精炼用渣常把（ΣFeO）降到0.5％以下，碱度控制在3.5～4.0范围。

( )答案：√二、选择题1.LF炉精炼采用的升温方法是（）。

A 电弧B 电阻C 化学发热剂D 燃料答案：A2.在真空下最主要的脱氧反应是（）。

A 沉淀脱氧B 碳脱氧C 扩散脱氧D 全不是答案：B3.应用真空的炉外精炼方法主要以（）为目的。

A 脱氧B 脱硫C 脱气D 脱锰答案：C4.真空脱氧时（）是最好的脱氧剂。

A AlB SiC MnD C答案：D5.LF炉投产后，面临的最主要质量问题是（）。

A 回硫B 回磷C 增碳D 全不是答案：B6.只要降低（FeO），则[O]也相应降低，这称为( )脱氧。

A沉淀B综合 C 扩散 D 真空答案：C7.电炉炼钢法的主要原料是( )。

A 铁水B 废钢C 生铁块D铁合金答案：B8.电弧炉炼钢的脱氧方法有扩散、沉淀和复合脱氧三种。

( )答案：√9.下列脱氧剂( )用于沉淀脱氧。

A铬铁B硅粉C硅铁块答案：C三、问答题1.LF炉主要功能？答：1）采用电加热的物理升温方式，不污染钢水；2）白渣脱硫；3）调整钢水成份；4）喂丝对钢水进行钙化处理；5）纯净钢水；6）均衡转炉和浇铸工序生产。

2.LF炉去硫手段是什么？答：造还原渣。

3.LF钢包精炼炉按加热方式可分为哪几种？答：LF钢包精炼炉按加热方式可分为交流钢包炉、直流钢包炉以及等离子枪加热钢包炉。

4.VD炉的主要功能是什么？答：真空脱气、纯净钢水、微调合金。

5.电弧炉炼钢时造泡沫渣有什么好处？答：生产实践证明泡沫渣可以稳定电弧，实现埋弧燃烧，使电流大量的热能都用于加热钢水和炉渣，同时防止弧光反射到炉壁及炉盖上，因此泡沫渣对加热溶池保护炉体都有好处。

6.3 课后作业课后作业，复习巩固知识、提升能力。