炼钢-精炼-连铸工艺生产高碳钢的质量控制研究

于银俊

（安钢钢铁集团有限公司，河南 安阳 455004）

现阶段，在我国各大行业当中，最常应用到的钢材之一就是高碳钢，这与其独有的优势密不可分。具体而言，高碳钢在钢结构强度与整体硬度之上都有明显优势，其耐受力也远远高于其他钢材，因此在目前的大部分工程当中，都能够发现高碳钢的身影。为了进一步强化高碳钢的生产质量，必须要对具体的生产工艺进行严格把关，调整好每一项具体参数。就目前来说，生产高碳钢的主要工艺就是炼钢-精炼-连铸工艺，因此如何发挥这种工艺的全部价值，强化高涛刚的生产质量则是当前我们需要研究的主要问题。

1 炼钢-精炼-连铸工艺的基本概述

目前，我国生产高碳钢过程中主要应用的技术手段就是炼钢-精炼-连铸工艺，通过对这项工艺的基本流程进行分析我们不难得出以下几个具体步骤，首先，就是炼钢环节，作为生产高碳钢过程中的基础环节，炼钢过程中往往只需要结合常规钢材的具体操作步骤即可，但在操作过程中必须要时刻注重质量问题，从基础上为高碳钢做出质量保障。其次，就是精炼环节，这一环节属于高碳钢生产当中的关键步骤，因此必须要做到精细化操作，严格结合我国所制定的高碳钢使用标准以及具体的应用途径来设置精炼过程中的实际参数数值，只有这样才能够实现普通钢材与高碳钢的平滑过渡[1]。最后，就是连铸环节，在这一步骤当中，需要以精炼的实际参数为依托，从而达到连续生产高碳钢的目的。

2 高碳钢的主要添加成分解析

相较于普通钢材，高碳钢的碳含量往往能达到0.7%以上，但最高不会超过1.8%。高碳钢坯作为生产高碳钢的主要原材料，需要借助于轧机进行轧制，之后生成未来我国需要重点发展的几种金属制品。具体包括：经过热处理工序形成高帘线、拉力钢丝绳以及高应力的钢丝等等[2]。因此有越来越多的企业开始致力于高碳钢的生产，但是受到种种因素的限制，所生产出的高碳钢质量不一，且价格存在较大差距。想要从根本上强化高碳钢的质量，就必须从它的化学添加成分着手，其中能够强化高碳钢强度的添加成分有硅元素、碳元素与锰元素，而硫元素与磷元素则会在一定程度上使高碳钢韧性降低，同时提高高碳钢的脆性。由此可见，任何一种化学添加成分的缺失或偏差，都会对高碳钢的质量造成直接影响。

3 影响高碳钢质量的主要因素

3.1 具体工艺的执行水准

从我们目前对高碳钢生产研究的进度来看，能够对其生产质量造成最直接影响的因素就是具体生产工艺的执行是否标准。因此，作为用于高碳钢的最主要工艺，炼钢-精炼-连铸工艺必须要确保自身的标准化与先进性，但是就目前的实际状况而言，在生产过程中，工作人员操作失误的情况时有发生，进而导致炼钢-精炼-连铸工艺在不同环节的链接与管理工作上不够标准，因此无法全部发挥炼钢-精炼-连铸工艺的实际意义，其标准化生产与先进化程度也得不到体现。由此可见，工作人员的操作规范性直接影响着炼钢-精炼-连铸工艺的执行水准，而炼钢-精炼-连铸工艺的执行水准则决定了高碳钢的生产质量。

3.2 工艺参数是否标准

除了工艺的执行水准之外，另一个影响高碳钢质量的重要因素就是加工工艺的参数是否标准。通过对炼钢-精炼-连铸工艺的具体参数进行分析得出，在炼钢、精炼与连铸这三个生产环节当中，尽管每一个环节需要设置的具体工艺参数各不相同，但是在生产过程中也必须要保证三个环节之间的连续性，因为这样不仅能够确保高碳钢的生产质量，还能够保障生产过程中的安全问题，为工作人员提供一个安全的操作环境。但是目前在炼钢-精炼-连铸工艺应用过程中，对工艺参数的规范化控制没有体现，实际的控制效果也不尽人意，经常会出现工艺参数混乱的现象，导致高碳钢的质量大打折扣。

3.3 生产调度是否灵活

另外，在生产过程中，为了进一步确保高碳钢的质量，还需要进行灵活的生产调度。从现阶段的炼钢-精炼-连铸工艺生产高碳钢当中，炼钢-精炼-连铸工艺亟需在生产过程中进行合理的调整与调度，进行生产的控制转换，通过这种手段，能够有效提高高碳钢在生产过程中每一个环节当中的衔接平顺度，从而使炼钢-精炼-连铸工艺变得更加合理有序，但是目前在生产过程中，这种灵活的调度方式显然没有体现，这不仅会对高碳钢的质量造成影响，还会直接影响到每一个生产环节的稳定性。由此可见，在未来的发展过程中，必须要提高生产调度的灵活性，建立一个完善的生产调度系统，从而提高生产过程的合理性与生产质量[3]。

4 高碳钢生产质量控制措施分析

4.1 做好铁水的预处理工作

生产高碳钢就是要将铁原料冶炼成为碳含量较高的钢材料，通过将铁材料进行高温熔化之后，在进行高精度的提炼，以求最大程度降低铁材料当中的各种杂质。所以在生产过程中，铁水的含量以及具体温度，都会对高碳钢的质量产生直接影响。因此必须要做好铁水的预处理工作，严格把控铁水的温度以及含量，从而提高生产质量。受融化过程中极高的温度影响，铁水的温度往往能够达到1000℃以上，除了这种物理温度之外，铁水在融化过程中受到化学元素的影响还会产生一定的化学热量。在进行第一个环节即炼钢时，需要始终确保铁水的温度在1200℃以上[4]。这时，我们可以借助于搅拌或者加入适当的脱硫物质，提高铁水的含量，从而保障高碳钢的质量。

图1 转炉冶炼过程及结构

4.2 严格把控高碳钢中的硫含量

硫化物作为一种非金属元素的杂质，由于在利用炼钢-精炼-连铸工艺生产高碳钢的过程中熔点较低，会导致铁晶格发生形变，这种特性会致使高碳钢的脆性大大增加，进而影响到高碳钢的可塑性与可焊接性。由此可见，高碳钢当中硫含量的多少也会对其质量产生影响。从实质上来说，脱硫反应可以被划分为吸热反应当中的一种，在高碳钢生产过程中，一般会使用炉渣反应来进行脱硫，借助于钢水当中的硅、钙等元素，从而生成硫化物与渣体进行强烈反应，而后在首次送点结束以后充分搅拌这部分钢，使其硫化反应加大，最终实现脱硫的目标，控制好高碳钢当中的硫含量[5]。

4.3 严格把控浇筑过程中的温度

在连铸环节当中，主要是能够在标准范围之内获取到结构相对优质的铸坯，进而有效控制精炼环节之后可能对钢水产生的二次污染。通常情况下，当铸坯的铸造温度过高时，其柱状晶粒的大小也会随之改变，而中心碳的偏析也会随之加大，进而影响到铸坯的生产质量。反而言之，如果铸坯的铸造温度过低，则会使钢结构极易发生形变。由此可见，必须要严格把控浇筑过程中的温度，提高铸坯的质量，从而强化高碳钢质量。具体而言，需要将铸坯的温度控制在35°～45°之间，而在连铸环节当中，则需要控制铸坯的温度在20°～35°之间。为了避免精炼环节之后的铸坯二次污染问题，还需要严格把控钢水的再次氧化问题，从而降低杂物卷入的概率[6]。

4.4 严格把控转炉冶炼过程

现阶段，我国进行转炉冶炼主要有高拉碳补吹法与低拉碳增碳法这两种方式。其中高拉碳补吹法在生产时需要使用高纯度铁水以及其他的废钢等材质作为生产初期的主要材料，但是需要严格控制生产过程中的碳含量。具体可以借助于测温取样的方式来确定实际碳含量，从而进行转炉冶炼过程中的科学配比。但是高拉碳补吹法同样具有较大弊端，即会导致大量温度的流失，降低转炉内温度，从而提高生产成本。而低拉碳增碳法则相对比较简单，只需要确保转炉的温度不过低即可，脱硫效果也十分优异。但是这种方式必须要求操作人员的专业素养过硬，才能够增强高碳钢的生产质量[7]。

4.5 确定责任区域提高生产质量

对责任区域进行确定，不仅能够提高生产质量，还能够提升生产工艺的水准。在炼钢-精炼-连铸工艺的三个生产环节当中，只要有一个环节出现问题，就会导致高碳钢的质量出现不同程度的影响，进而影响到未来这种工艺的应用与发展。因此，必须要做好炼钢-精炼-连铸工艺的责任区域划分工作，并提供专业的监管人员对每一个责任区域进行严格的监督管理，从而降低生产过程中发生问题的概率，显著提升炼钢-精炼-连铸工艺的执行效果。为此就需要强化对工作人员的专业技能培养以及生产意识教育，提高他们工作的积极性与规范性。

4.6 建立数字化调度机制提高生产调度灵活性

在高碳钢生产过程中，需要针对生产环境进行有效、稳定的控制，但是在实际生产开始之后，工作人员往往认为这种对环境的控制会影响到生产的效率，进而导致生产环境存在严重波动，影响生产安全与质量[8]。因此，需要充分利用计算机技术与互联网技术，建立一个数字化的调度机制平台，不仅实现生产的灵活调度，还要实现调度工作的高效、科学与规范化。通过这种手段，能够有效提高每一个生产环节的有序衔接，提升高碳钢的质量。

5 结束语

综上所述，利用炼钢-精炼-连铸工艺生产高碳钢，需要我们从多方面进行质量控制，在提升该工艺实际成效的同时，解决生产高碳钢过程中的质量问题。