材料科学生产实习报告

一、实习目的
1、 了解材料各种成形方法及各种热处理工艺；
2、 了解我国大型企业的实际生产现状，丰富学生的实践知识；
3、 培养利用理论知识解决实际问题的能力，以提高认知能力和动手能力，同时也为后续专业课程学习创造条件。
二、实习内容
2.1 炼钢
一、介绍炼钢分厂现状
1954年建厂，最初由前苏联引进专家和技术，有三座平炉和三座转炉。2000年底，该厂停止了最后一台平炉炼钢，并于3年前拆除了所有的平炉，全部使用转炉炼钢。现共有7座转炉。5台连铸机。现主要钢产品为：重轨用钢、石油套管用钢等。主要铸钢坯有：大方坯、大圆坯、小方坯、小圆坯、钢水浇注方式除连铸外，还根据客户或实际需要采用部分型铸。
砂型铸造是在砂型中生产铸件的铸造方法。钢、铁和大多数有色合金铸件都可用砂型铸造方法获得。由于砂型铸造所用的造型材料价廉易得，铸型制造简便，对铸件的单件生产、成批生产和大量生产均能适应，长期以来，一直是铸造生产中的基本工艺。
连铸就是将精炼后的钢水连续铸造成钢坯的生产工序，主要设备包括回转台、中间包，结晶器、拉矫机等。将装有精炼好钢水的钢包运至回转台，回转台转动到浇注位置后，将钢水注入中间包，中间包再由水口将钢水分配到各个结晶器中去。结晶器是连铸机的核心设备之一，它使铸件成形并迅速凝固结晶。拉矫机与结晶振动装置共同作用，将结晶器内的铸件拉出，经冷却、电磁搅拌后，切割成一定长度的板坯。
连铸与砂型铸造比较，在技术上与经济上有以下优点：
1、连铸生产的铸件，其机械性能比砂型铸件高。同样合金，抗拉强度、屈服强度、抗蚀性能和硬度亦显著提高；
2、铸件的精度和表面光洁度比砂型铸件高，而且质量和尺寸稳定；
3、铸件上没有浇注系统的冒口，故连续铸锭在轧制时不用切头去尾，节约了金属，提高了收得率；
4、不用砂或者少用砂，一般可节约造型材料80～100％；
5、生产工序简单，易实现机械化和自动化，铸锭时还能实现连铸连轧，大大提高了生产效率。
连铸虽有很多优点，但也有不足之处：
1、制造成本高；
2、不透气，而且无退让性，易造成铸件洗不足、开裂或铸铁件白日等缺陷；
3、连铸时，铸型的工作温度、合金的浇注温度和浇注速度，铸件在铸型中停留的时间，以及所用的涂料等，对铸件的质量的影响甚为敏感，需要严格控制。
因此，在决定采用金属型铸造时，必须综合考虑下列各因素：铸件形状和重量大小必须合适；要有足够的批量；完成生产任务的期限许可。

二、炼钢原理介绍：
1、反应原理
在高温条件下，用氧气或铁的氧化物把生铁中所含的过量的碳和其它杂质转为气体或炉渣而除去。
2、目的：
降碳、调硅锰、去硫磷。
3主要反应（分三个阶段）：
（1）氧化造渣
2Fe＋O2＝2FeO
2FeO＋Si＝SiO2＋2Fe
FeO＋Mn＝Fe＋MnO
FeO＋C＝CO＋Fe
生成的二氧化硅、氧化锰与造渣材料生石灰相互作用成为炉渣。
（2）去硫、磷
FeS+CaO＝FeO+CaS
2P+5FeO+3CaO＝5Fe+Ca3(PO4)2
（3）脱氧
用硅铁、锰铁或金属铝来还原钢水中含有的少量FeO
2FeO+Si＝SiO2+2Fe
3FeO+2Al＝3Fe+Al2O3
FeO+Mn＝Fe+MnO
生成的二氧化硅等大部分形成炉渣而除去，部分的硅、锰等留在钢里以调整钢的成分。钢水合格后，可以浇成钢的铸件或钢锭，钢锭可以再轧成各种钢材。

三、炼钢工艺
前期：铁矿石→矿石→炼铁→铁水
炼钢：铁水→钢厂→熔炼→钢水→浇注→钢坯

铁水倒入转炉 废钢铁倒入转炉

四、分析讨论
1.铁水到钢水如何保证铁水不凝固？
答：保证温度在奥氏体温度以上。高温的铁水倒入转炉内进行转炉炼钢，在转炉炼钢环节中不需要另外使用燃料。这是由于转炉炼钢法使用的氧化剂是氧气。把空气鼓入熔融的生铁里，使杂质硅、锰等氧化。在氧化的过程中放出大量的热量（含1%的硅可使生铁的温度升高200摄氏度），可使炉内达到足够高的温度。从而保证铁水不凝固。
2.炼钢过程中加入的废钢与铁水比例（1：4）？
答：首先用废钢可节约资源减少能源的浪费、保护环境，从而促进可持续发展；然而铁水是转炉炼钢的主要原材料，一般占装入量的70%-100%。是转炉炼钢的答：首先用废钢可节约资源减少能源的浪费、保护环境，从而促进可持续发展；然而铁水是转炉炼钢的主要原材料，一般占装入量的70%-100%。是转炉炼钢的主要热源。转炉和电炉炼钢均使用废钢，氧气顶吹转炉用废钢量一般是总装入量的10%-30%。
3.连铸生产原理？
答：连铸生产原理是将熔融的金属，不断浇入一种叫做结晶器的特殊金属型中，凝固（结壳）了的铸件，连续不断地从结晶器的另一端拉出，它可获得任意长或特定的长度的铸件。即：合格钢水-----钢包回转台(钢包加盖，钢包称重)——中间罐（钢包保护套管，氩气密封）——中间罐称量——浸入式水口——结晶器液面检测系统——结 晶 器——电磁搅拌——结晶器振动——二冷自动控制——气水雾化二次冷却——拉 矫 机——引锭杆及存放装置——切 前 辊 道——火 焰 切 割 机——运输、出坯辊道——双向移钢机——翻转冷床及热送辊道——热送、堆垛、缓冷
2.2轨梁厂
一、介绍轨梁厂现状
包钢轧梁生产厂是包钢主要的钢材生产厂家,1969年5月23日建厂,生产钢轨、型钢、方钢等20多个品种的钢材,共有3条生产线,主要生产重轨和型钢。生产型钢110万吨以上，重轨143万吨。包钢重轨精品线是全国三大钢轨生产基地之一。可生产铁路用各种钢轨、起重机钢轨、轨枕、工槽钢、方钢产品系列，以及 310乙字钢等20多个品种、100多个规格。具备60万吨/年的钢轨生产能力。万能轧机高速钢轨生产线年生产能力为90万吨，可生产43-75Kg/m系列钢轨，AT50、AT60道岔轨以及QU70-QU120吊车轨、H150-H450H型钢、L型钢、310乙字钢、角钢、工字钢和槽钢等型钢产品。

二、生产工艺流程
连铸坯上料——步进炉加热——高压水一次除鳞——BD1开坯——BD2开坯——热锯切头——高压水二次除鳞——CCS万能轧制——热打印——热锯切头——预弯——步进冷床冷却——矫直——编组——锯切——码垛——打捆——收集——入库——长尺矫直——检测中心——锯钻联合——机床长尺加工——外形质检——表面质检——剖分锯——入库——外发

三、分析讨论
1.重轨生产中,为何要去头,去尾？
答：由于钢轨两头当中存在如下几点缺陷： ①淬火硬度分布不均匀
②淬火度偏高(HRC 高达40 以上) ,而且在左右圆角处的硬度远高于踏面处的硬度；③淬火帽形的形状不佳,踏面中心处的硬度比左右圆角及下颚处的硬度小,不成为帽形；④通过金相组织检验,部分淬火样有淬火马氏体组织存在。⑤从纵向样看出:在距轨端100～130mm 处有上翘现象。同时又要求钢轨具有高纯净度、高平直度、高精度、高强度以及良好的焊接性能。所以为了确保钢轨的质量及满足各项指标的要求，所以要去头去尾。
2.淬火方式是什么,要用何种冷却介质,最终得到的组织是什么,为什么?
答：淬火方式采用喷风淬火,风水冷却，最终得到回火马氏体组织。因为钢淬火的目的就是为了使它的组织全部或大部转变为马氏体，获得高硬度，然后在适当温度下回火，使工件具有预期的机能。
2.3高速线材生产
一、介绍线材厂现状
高速分厂1994年建厂，设计年产量38万吨,实际年产量70万吨。产品有：Ф5.5-Ф20光面线材、Ф6-Ф16带肋螺纹钢，还有低、中、高碳钢、低合金钢、焊条钢、冷敦钢、弹簧钢等。产品基本包含了市场上所有线材，设备主要为美国摩根第五代轧机。

二、 生产工艺流程
原料<轧梁钢>的150方坯，150×150×12m，坯料总重约2.5个来料——上台架——检查——称重——入炉加热(步进式加热炉，优点：加热均匀、节能) ——轧制(初、中轧区，10m/s速度，采用微张力轧制) ——预精轧，采用wc滚环，（优点：耐磨、能保证精度）——精轧，6300kw电机带动，速度130m/s 到要求尺寸——在线测定仪<自动控制几何尺寸>——夹送轧——吐丝机——滚道(标准型,延迟型) ——急卷——精整(包装、修剪、性能测试) ——入库
三、 分析讨论
1. 步进式加热炉的加热方式有何优点？
答：针对常规交叉限幅控制方法负荷跟踪速度低的缺点，采用了具有快速补偿响应功能和抗积分饱和功能的改进交叉限幅燃烧控制方法；针对炉温过程具有时变非线性的特性，应用了自整定PID控制算法；针对加热炉下加热段与上加热段炉温对象耦合干扰严重的现象，应用了智能解耦控制方法。实际应用结果表明，该方法可提高加热炉各段炉温的控制精度，获得满足开轧所要求的钢坯温度，并能保证经济燃烧和安全运行。
2. 在线测定仪的作用是什么？其简单工作原理
答：γ射线检测工作，自动控制几何尺寸。
3. 夹送轧,吐丝机的作用是什么？
答：由于高速线材轧机的高速轧制，普遍采用了设计有一定倾斜度（其轴线与水平夹角为10°～20°）的卧式吐丝机，为了防止氧化铁皮停留在吐丝管内，以及形成吐丝管内壁的“刻痕”。在吐丝管的入口端装有高压空气吹扫喷嘴，依靠它对吐丝管进行吹扫。有利于减缓吐丝管的磨损，并加强吐丝管的散热性能，延长吐丝管的使用寿命。空气的供给，可以在线材尾部离开精轧机或减径定机前被释放，或由操作人员确定吹扫时间，或连续吹扫。
2.4无缝钢管生产
一、介绍无缝钢管厂现状
无缝钢管生产是包钢集团的一重要组成部分。其主要生产设备Φ400轧管机组和Φ180作业区。Φ400轧管机组可轧制Φ219---Φ426mm无缝钢管，其中小机组扎制钢管的最小直径为60.3mm，大机组扎制钢管壁厚可小达6----4.5mm。常用壁厚尺寸有8，9，10，11，12mm。而Φ180作业区主要是石油套管的生产。包括车轧，接箍等工作。
二、Φ400轧管机组工作原理及工艺流程：
原料（坯料采用炼钢厂连铸原料，经轧钢厂扎制成符合尺寸要求的坯料，经验收后，按长度要求切断）
→环形加热炉加热（3个小时）
→轧制车间（穿孔机组轧制，坯料在2＃穿孔机初轧、长度增加）
→77＃穿孔机轧制使管壁厚度均匀（同时长度增加）
→再次加热
→轧管机组扎制（使管壁厚度更加均匀，进一步让管壁变薄到达符合要求尺寸）
→均整机组（有Ⅰ，Ⅱ号均整机组，使壁厚更加均匀）
→步进式加热炉加热
→二辊定径机（由7架轧机组成能定位轧制Φ219----Φ426圆管）
→三辊定径机（十二架轧机组成，由Crarta系统控制，根据不同的外径选择不同的轧制架数，直径为Φ177.8mm----Φ426mm钢管，第十一，第十二号轧机可轧制出方矩管）
→冷床冷却
→钢管矫直（直度达到要求）
→无损检测（水压,超声波探伤，检测直通、结疤、螺旋等缺陷）
→切管机去头尾（头尾应力分布不均、形状不佳、硬度不符合要求）
→检查（确定质量等级）
→水压
→包装入库（直光管可出厂发货）,如是否油套管还需进行以下流程:复检
→通径检查（内径是否符合要求）
→车丝
→拧接
→水压
→喷印API标识（出口用）
→包装入库

2.5镍氢动力电池生产线
一、介绍内蒙古稀奥科贮氢有限公司现状
内蒙古稀奥科贮氢有限公司是由内蒙古包钢稀土高科股份有限公司（RIHT）与美国能源转换器公司（ECO）欧文民汽电池公司（OBC）及美国和光交易公司共同投资建设的。公司引进美国全套生产和检测设备，集科研、生产、开发、销售于一体。设计能力年产1500吨混合稀土系贮氢合金粉。

二、主要设备及工艺流程
（1）贮氢合金生产
主要设备：真空熔炼炉、400Hz 中频感应熔炼炉、真空退火炉、破碎机、旋转冲击磨机
工艺流程：AB5系轻稀土金属按配比混合后→自动称重→真空熔炼（后浇铸）→真空退火→破碎→旋转冲击磨→过筛→{

合格→真空包装→混合稀土系成为贮氢合金粉

三、分析讨论
1.为什么许多工序都在真空下进行？
答：金属贮氢的原理在于金属(M)与氢生成金属氢化物(MHx) ：
　　M + xH2 → MHx + H（生成热）
金属与氢的反应，是一个可逆过程。真空下生产是防止金属在高温下被氧气氧化，不但抑制了金属对氢的吸收，还影响了成品的纯度与质量。
2.真空退火的主要目的是什么？
答：①消除内应力，减少晶格畸变减少偏析，增加循环寿命；
②改善组织均匀性，使组织更致密，提高吸氢量。
3.贮氢合金粉成产品应达到什么要求？（成分均匀，结构合格，粒度符合要求）
答：具有实用价值的吸氢合金，一般应具备下列条件：
　　1）易活化，吸氢量大；
　　2）用于储氢时生成热尽量小，而用于蓄热时生成热尽量大；
　　3）在一个很宽的组成范围内应具有稳定的合适平衡分解压（室温储氢的分解压约2—3个大气压为宜）；
　　4）氢吸收和分解过程中的平衡压差(即滞后)小；
　　5）氢的俘获和释放速度快；
　　6）金属氢化物的有效热导率大；
　　7）在反复吸放氢的循环过程中，合金的粉化小，性能稳定性好；
　　8）经济性
（2）镍氢动力电池生产
1、主要设备：
混料机（混合正、负极粉料）、 压力成型设备 连续涂浆泥烘干机 卷结机 焊机 注液机
2、工艺流程：
球形氢氧化镍（正极，填充在泡沫网上）→正极混粉
贮氢合金粉（负极）→负极混粉
→连续涂浆泥烘干机（消除水分）→预压、分切（将固体粉末粘合压制到一起成为电极板）→自然卷结→焊接集流片（使活性物质与网栅及集流片接触紧密，减小电子的移动距离，降低极片的厚度）→滚槽→注液→封口（使电池在使用过程中电解液不能泄漏和挥发减少，保证电池的容量）→电池→分选→电池组
产品有：1# 2# 电池
产品特点：是动力电池，贮能大
2.6包钢稀土展览馆
在工作人员的讲解下我们了解了稀土元素的种类，发展史（始于北欧）、丰度与矿物（总丰度153ppm）、选矿与冶金提取等，还有稀土元素的各种作用和应用领域。
镧（La）、铈（Ce）、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu) 、钪（Sc）和钇（Y）共17种元素，称为稀土元素（Rare Earth）。
根据稀土元素原子电子层结构和物理化学性质，以及它们在矿物中共生情况和不同的离子半径可产生不同性质的特征，十七种稀土元素通常分为二组。
轻稀土（又称铈组）包括：镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆。
重稀土（又称钇组）包括：铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇。
我国是稀土资源最丰富的国家，稀土储量和产量均居世界首位，在19个省市自治区都发现有稀土矿藏，而且矿物品种齐全。除在内蒙古包头市的白云鄂博矿外，在四川凉山州和山东微山地区蕴藏着优质氟碳铈镧型轻稀土矿。广东和台湾沿海有丰富的独居石型稀土矿。特别令世人瞩目的是在我国南岭地区，包括江西、广东、福建、湖南、广西等省(自治区)蕴藏着我国所特有而又极为丰富的离子型稀土矿，它们所富含的钇、铽等中重稀土储量占世界一半以上。
1927年7月3日，中瑞(典)西北科学考察团中的中国地质工作者丁道衡在途径内蒙古乌兰察布草原阴山北麓、包头北约150公里处时，首次发现了白云鄂博矿铁矿。
1935年，前中央研究院地质研究所研究员何作霖在北平对丁道衡采回的白云鄂博矿石进行研究，发现该矿含有两种稀土矿物，将其分别命名为“白云矿”和“鄂博矿”。后经验证，这两种矿物即是氟碳铈矿和独居石。
1961年，包钢稀土的前身，即8861稀土实验厂开工建设。8861实验厂隶属于当时的包头冶金研究所（即现在的包头稀土研究院）。从理论到实践，从失败到成功，第一代包钢稀土人以刀耕火种般的辛勤劳动，一步步探索，一点点求证，终于实现了最初的梦想。至1970年，试验厂已具备选矿、前处理、提取、分离等4个基本工艺流程。
上世纪70——80年代，北京大学教授、中国科学院院士徐光宪先生多次亲赴稀土三厂，结合生产实践创建了稀土串级萃取理论及工艺，令高纯度稀土产品的生产成本下降了3/4，使我国稀土萃取技术达到了世界先进水平，徐光宪由此被称作“稀土界的袁隆平”。
2010年，包头市稀宝博为医疗系统有限公司注册于包头稀土高新技术产业开发区。稀宝博为专业生产高端医疗影像诊断设备——永磁磁共振成像仪（MRI）。公司围绕“以技术提高性能，以技术降低成本”的总体思路持续开展技术研发，在永磁磁共振各关键技术环节均掌握完善的自主知识产权，具有多项世界的核心技术。
包钢稀土为社会创造了无数的财富，也为自己赢得了社会的认同。包钢稀土，历经半个多世纪的沧桑巨变，俨然成为中国西部傲立群雄的产业大王。包钢稀土如旭日东升，正在自信十足地演绎着稀土行业排头兵的不朽神话。一个崭新而充满生机与活力的稀土巨人站在时代的潮头，抒写着一个又一个绚丽华章。

包钢稀土生产加工流程

三、分析与讨论
1. 在实习过程中，你遇到了哪些问题，是怎样解决的？
问题1：洗衣服不方便而且洗完之后没有东西撑。
解决方法：去超市买了肥皂、盆和衣架。
问题2：洗澡的地方的门有问题，锁不上。
解决方法：用笔在一张纸上写上“警示语”，找老板借胶带贴在门上。

2. 谈谈你对本次实习的体会和认识。
首先，本次实习的前期准备工作比较充分，去包头之前老师已经要求大家查阅与实习内容相关的资料并分组做幻灯片进行展示，为之后的进厂参观打下了良好的基础，值得后人借鉴。
其次，通过亲眼目睹工厂车间的生产流水线，对炼钢、轨梁、无缝钢管、线材等的生产工艺流程和设备有了更深入的认识，通过工人师傅的讲解，也对企业公司的管理制度有了粗浅的认识。
此外，感觉中国的重工业自动化程度和生产环境还有待提高，我们必须为之努力。

3. 对本实习有和意见和建议。
因为每次进厂都只有一个厂里的师傅讲解，而我们人数又多，环境嘈杂，导致只有队伍最前面的几个人能听清楚师傅的讲解，其他人根本听不到。所以，建议讲解的师傅带个喇叭说话，或者多派几个师傅安插在队伍里进行讲解。
另外，建议老师将女生的房间安排在能洗澡的地方的对面，这样女生洗澡会方便一些。

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