试析炼钢—精炼—连铸工艺生产高碳钢的质量控制

摘要：在近些年来，随着工业的现代化发展，对于高碳钢的性能和质量方面有着严格的要求，然而，生产出来的高碳钢在质量方面存在着许多问题，例如，高碳钢硬度低、强度低、材料成分分布不均、特别容易发生脆断的问题。这篇文章主要介绍的主要是，为了能够生产出高质量、高强度、分布性均匀的高碳钢以满足现代化市场的要求，对炼钢、精炼、连铸工艺生产高碳钢质量控制方式进行了分析。

关键词：炼钢；精炼；连铸工艺；高碳钢；质量

引文：

高碳钢的硬度非常高而且具有极好的回火和淬火的性能，主要应用于精密的仪器设备、刀具、机械设备的铸造，例如电钻的钻头、玻璃刀等。高碳钢碳的含量特别低，只在0.6-0.7间。在工业的生产中有着重要的价值。但是，由于受到了铸造技术和铸造设备的影响，使得生产出来的高碳钢质量不过关，而且存在许多弊端，这使得高碳钢的市场占有率受到了影响，然而我国作为钢材生产的大国，这直接影响到我国高碳钢行业的发展。

1炼钢过程中高碳钢质量的有效控制

1.1对铁水进行预处理。

炼钢的本质就是将铁转化成钢，炼钢的主要步骤是先将铁融化，再对铁水进行提炼操作，再除去铁液中的杂质。在炼钢的全过程中，影响钢材之间的主要因素是铁元素的含量多少、提炼过程中温度的高低、铁元素和其他的化学成分产生的化学热量。所以在炼钢的过程中，要对温度进行严格的把控，首先在炼钢工序的操作过程中，要将铁水的温度控制在1250度以上。因此在严格钢材提炼过程中，需要将铁水里面的其他元素进行脱离操作，其他元素的含量尽量保持在百分之四以下，使其他元素脱离可以采用搅拌和添加脫硫物质，在此过程中还可以使用扒渣设备使扒渣率保持在百分之八十以上。

1.2转炉冶炼

转炉冶炼的操作过程就是将对预处理后的铁水继续完成冶炼的过程，这道工序在脱硫和扒渣之后执行的。转炉冶炼的方法可以提高产品的质量而且还可以降低原料的消耗，而其他炼钢的方法很难做到这种程度。在转炉冶炼的过程中，所涉及的冶炼方法有氧气顶吹转炉法、高拉碳补吹法、低拉碳增碳法。而且通常采用高压氧气流将铁水注入炉内，在这个过程中，由于在高温的条件下，铁水和和氧气发生了氧化反应，从而实现了对工序温度的完美把控和摆脱了其他成分的干扰。在这道工序结束后，我们应该对样品进行成分检测，用以确定生产品是否合格。

2高碳钢精炼过程中的质量控制

2.1高碳钢中硫含量的调节和控制

在高碳钢的提炼过程中，硫的含量会直接影响到高碳钢的质量和硬度等级，对于高碳钢中硫含量的调节和控制非常重要。这是因为在高碳钢精炼的过程中，硫元素可以使铁元素发生严重的晶格变形情况。如果铁元素发生晶格变形，就会使生产出的高碳钢质量大打折扣，就会大大降低高碳钢的可塑性和可焊性。所以在提炼过程中，要重视脱硫操作。在脱硫的操作过程中，通常采用的是炉渣反应法，这是因为脱硫反应属于吸收热能的化学反应，通过炉渣反应法使在钢水中的钙、铁、铝、硅等其他元素与硫发生反应，从而达到脱硫的效果，在这个过程中可以加入一些对生产不影响的催化剂或者是充分搅拌，从而使脱硫更加充分，加快脱硫速率。在高碳钢精炼的过程中，高碳钢对硫含量的调节和控制非常重要。

2.2温度的控制与软吹工艺

在钢水的提炼过程中，温度的控制和钙处理的软吹工艺起到了很大的作用。在对钢水进行浇筑的操作的时候，极易发生堵塞的现象。这是因为钢水在完成脱铝氧的工序之后，在钢水的成分中有三氧化二铝的反应生成，由于这种成分的存在，使浇筑过程发生堵塞现象。为了解决三氧化二铝造成的堵塞现象，可以在钢水里面添加钙元素，当钙元素和三氧化二铝发生反应后，三氧化二铝被消耗而生成熔点较低的氯酸钙，这样可有效的解决钢水浇筑过程中，发生的堵塞现象。最后使用温度控制的软吹工艺，除去三氧化二铝和钙反应的浮杂物，首先要根据温度的要求在钢水中加入适量的硅钙芯线，将芯线以1.5m/s的速度插入钢水的中，对浮杂物进行轻轻的吹大约十分钟左右。这就是温度的控制和钙处理的软吹工艺，有效的解决了三氧化二铝造成水管堵塞的问题。

2.3高碳钢中铝含量的控制

经过研究人员的研究表明，高碳钢中铝的含量直接影响到产品的形变性能和可塑性能，在高碳钢进行淬火和回火的过程中，如果钢水中铝的含量小于2% 时，高碳钢晶体颗粒会变成球状颗粒，与此同时球光体片层间的距离也会相应的变小，这有利于提高高碳钢的可塑性；如果高碳钢中铝的含量大于2%时，高碳钢中奥氏体晶粒规格会变小，而且会对高碳钢中的碳元素的反应有抑制作用，这使得高碳钢加工的工序取得的效果不理想。因此，在高碳钢中铝的含量尽量控制在2%以内，这不仅可以提高钢制产品的形变性能，还可以提高高碳钢的可塑性能。

3连铸工艺的高碳钢质量控制

3.1中间包冶金。

中间包冶金是钢坯浇筑工程中的最后一道工序，也是最重要的一道工序。中间包冶金技术主要是为了防止钢坯中的成分再次氧化，从而减少氧化问题带来的危害，这项技术主要是在钢包和中间包之间使用长水口，从而降低杂质的含量，防止刚包下渣。在此过程中应注意对温度的把控，以达到减少氧化物的危害，从而提高钢铸胚的质量。

3.2电磁搅拌及轻压技术

电磁搅拌及轻压技术的工作原理是，通过磁场感应控制钢水中金属和非金属的搅拌。电磁搅拌及轻压技术一般使用在浇筑块凝固定开始的时候。因为钢水具有流动性，而且极易发生中心偏析的情况，所以可以采用能够发出磁场的设备，使此过程中产生晶体的随磁场的方向移动。在这个过程中可以采用调节电流的大小的方法改变磁场力的大小，从而改变搅拌的力量，从而使熔点低的物质分离。

3.3浇筑温度的有效控制。

柱状晶体极易使铸坯的中心出现偏析的问题，然而，浇注温度会对柱状晶体有着一定的影响。当温度升高时，柱状晶体的颗粒的直径会变大，偏析的现象就越明显；当温度降低时，铸坯的等轴晶体就会扩大，所以在铸坯的过程中，温度应尽量控制要合理，这有利于金属发生形变。

结束语：

在高碳钢连铸的生产中，要对连铸过程进行严格的质量控制，从而生产出高质量、高实用性、高强度、高硬度的精品高碳钢，从而促进我国高碳钢生产行业的快速发展。

参考文献

[1]刘立彪，龙渊，杨文志，汪后明，李中平.稀土对高碳钢组织与性能的影响[J].中国资源综合利用，2017，3512：36-37+40.

[2]谭文，韩斌，蔡珍，张剑君，朱万军.武钢CSP短流程优质中高碳钢的开发及应用[J].轧钢，2017，3406：10-14+18.

[3]秦永超.转炉冶炼高碳钢工艺[J].山西冶金，2018，4102：91-93.

[4]孙学伟.试析炼钢-精炼-连铸工艺生产高碳钢的质量控制[J].山东工业技术，2018，13：36.

[5]张向东.对高碳钢连铸工艺的优化研究[J].科技风，2018，25：150.

作者简介：赵子茂（1983-），男，山东莱芜，本科，工程师，研究方向：冶金。

（作者单位：山东钢铁股份有限公司莱芜分公司特钢事业部）