特殊钢厂设计(engineering design of special steel works)

专门冶炼加工具有特殊性能和用途的钢和钢材的工厂设计。特殊钢厂主要采用电弧炉冶炼，以电能为热源，以废钢或加部分直接还原铁为主要金属原料，生产合金钢和优质碳素钢等特殊钢。传统上，特殊钢生产全过程皆在电弧炉内进行；电弧炉可调整炉内气氛、易于控制化学成分、合金元素烧损较少、钢液脱氧较完全、钢的含硫量及非金属夹杂较低，故适于冶炼合金钢、优质碳素钢等钢种。20世纪60年代以后，特别是超高功率电弧炉和炉外精炼发展以后，电弧炉主要只作为快速熔化升温和脱碳去磷等初炼之用，而将还原精炼等工序移到炉外精炼设施中进行，能较大地提高生产率，改进钢的质量。加工设备选用适合轧制合金、优质钢材的各类轧机及热处理设施，生产特殊钢棒材、线材、无缝管材、板带材等。有些厂还设有锻造、挤压或其他加工设备，生产锻材和挤压材。此外，有些厂还设置特种冶炼和加工设备，生产高温和精密合金(见特种冶炼车间设计)。在广义上，特殊钢厂也属于短流程生产工艺范畴(见小钢厂设计)。

简史   19世纪后半期，钢的需求和生产增加，同时遇到一些问题需要解决。例如，机械加工急需解决金属快速切削用钢和为了提高机械运转速度所需滚动轴承用钢等。因此，研究发展了一些合金钢种。此后，由于不断的需要，合金钢品种逐步扩大，又先后出现了不锈耐酸钢、耐热钢、电阻丝钢等。第二次世界大战后，又发展了高强度和超高强度钢。在工艺装备方面，20世纪20年代以后，由于电弧炉炼钢法的推广使用，为合金钢及其它高级钢种的大量生产创造了非常有利的条件，特殊钢生产得到了较大发展。60年代以后，特别是超高功率电炉和炉外精炼技术被广泛应用后，合金钢开始向高纯度、高精度和超低碳方向发展。到90年代初期，包括中国、澳大利亚、奥地利、巴西、加拿大、芬兰、法国、德国、印度、意大利、日本、俄罗斯、韩国、瑞典、英国和美国16个国家，已有205个重要特殊钢公司近400个主要钢厂。它们绝大多数是以电炉、炉外精炼炉、连铸机及各类轧机为主体生产设备的特殊钢厂。

特殊钢种类   世界各国对特殊钢的分类不尽相同。按不同用途可分为3大类：(1)结构钢。用于制造结构构件和机械零件的合金结构钢和优质碳素结构钢。包括作为专门用途的弹簧钢和轴承钢等。(2)工具钢。可分为刀具钢(包括高速钢)、模具钢和量具钢，它们可以是合金工具钢或碳素工具钢。(3)特殊用途钢。具有特殊物理化学或力学性能的钢，包括不锈钢、耐热钢、低温用钢、易切削钢以及超高强度钢等。有的分类把不锈钢、耐热钢另作一类；有的分类把弹簧钢、轴承钢归入特殊用途钢类。经加工后的钢材有棒材、线材、板材、带材、管材及锻压材等。另外，有些厂采用特种冶炼方法，还生产高温合金和精密合金等。

规模   特殊钢厂的规模一般为20～80万t，也有的生产规模较小或较大。有些厂只有冶炼设备或轧钢、锻压设备，向外供应或从外面购进锭坯。

工艺流程   特殊钢厂的基本工艺流程见图。

电弧炉采用废钢为主要金属原料，但废钢特别是社会上来的废钢，经多次循环，其有害残留元素(如铜、铅和锡等)逐渐增加，在冶炼中又不能去除，影响钢的质量。直接还原铁比废钢纯净得多，视具体情况，用它代替部分废钢可为冶炼优质钢创造条件。超高功率电炉和炉外精炼技术发展后，能较大地提高电炉生产率，提高钢的冶炼质量，应大力研究发展。连续铸钢新技术与传统的模铸和开坯轧钢相比，可增加金属收得率、节约能源、提高铸坯质量、改善劳动条件、易于实现机械化和自动化，要尽可能采用。连铸坯或钢锭经塑性加工、热处理和精整等，使成为具有一定形状、尺寸和各种力学性能或其他特殊性能的钢材。加工方法采用轧制、挤压和锻造，根据具体要求采用连铸坯或钢锭，有时轧钢还采用锻造坯为原料。

车间组成   一般有下列各种车间，可视具体要求与情况设置。(1)电弧炉炼钢主车间，包括炉外精炼、连铸等设施。(2)各种类型轧钢、锻造、挤压等主车间，包括锭坯加热、酸洗、热处理和精整等设施。(3)炼钢主原料废钢储存加工设施，外购直接还原铁储仓设施，铁合金储存设施等。(4)全厂各种公用系统，包括变配电站、氧气站、压缩空气站、锅炉房、水泵站、供排水和水处理设施、供燃气和供油设施等。(5)运输设施和各类仓库。(6)理化检验。机电和自动化仪表等检修设施，有些还设有相应的研究所。(7)计算机系统和有关计算机房。(8)电信系统。(9)办公和其他辅助设施等。此外，有些设施是附属于主生产车间，如除尘设施、余热利用设施、车间变电所、钢坯库和钢材库等。

主生产车间有关部分的设计可见电弧炉炼钢车间设计、超高功率电炉工艺设计、钢水炉外精炼设施设计、连续铸钢车间设计、轧钢厂设计和有关条目以及特殊钢厂锻钢车间设计、钢热挤压车间设计等。