提高高碳硬线钢质量的工艺技术研究应用

王熙辰

（河钢张宣科技金属材料公司，河北 张家口 075100）

0 引言

在连续生产中提高高碳硬线钢质量工艺技术，从冶炼过程关键点进行把控，在线冶炼流程工艺技术，优质高碳钢高速线材广泛应用于加工低松弛预应力钢丝、钢丝绳、钢绞线、弹簧钢丝及中高强度的紧固件等，是一种高附加值产品，具有广阔的市场前景。随着市场对高碳钢质量的要求日益提高，要求高碳钢线材具有通条性能均匀，脱碳少，组织主要为索氏体，不允许有马氏体和网状渗碳体存在，并要求强度高，延伸、韧性好，以适应冷拔过程的需要。根据已知数据信息去推算演算可能发生的因素，及时采取有效措施去解决相关问题。降低生产过程能源消耗、提高冶炼产品自身质量、创新冶炼工艺，贯彻国家的可持续发展战略，实现钢铁工业的持续发展。从废钢、原料等计量准确入手，保证装入率，通过装入量加入制度量化，优化在线炼钢冶炼工艺流程，在连续生产中把控各钢种内控成分，优化工艺参数，提高高碳硬线钢质量工艺技术[1]。

目前，根据市场反馈及用户使用过程中反映，高碳硬硬线主要存在的质量问题：一是强度偏高、拉丝性能差。二是经常发生空心和严重夹杂的情况，拉丝到3.0 mm 以上甚至在5.0 mm 左右就发生断裂现象。三是性能不均，成分控制区间太大，同一件产品性能的偏差及不同炉号产品性能的偏差很大。提高高碳硬线钢质量，连续生产质量中工艺技术，根据在线炼钢冶炼工艺流程，把控各钢种内控成分，优化工艺参数，对高碳硬线冶炼工艺关键点控制，增强自主创新能力，质量水平提升，采用新技术、新工艺、新设备，实现技术进步，提高高碳硬线钢质量工艺技术。

1 高碳硬线钢冶炼制度

1.1 高碳硬线钢冶炼工艺流程

冶炼工序流程为高炉—铁水预处理—转炉—精炼—连铸，如图1 所示。转炉主要围绕提产及炉料结构效益优化，进一步优化配料结构，提升转炉入炉冷料堆体积质量及含碳量高的料型，增加冷料装入量及化学热量；优化杂料结构，提升杂料加入量，优化运行铁水罐数量，加快现场铁水罐周转速度，严格按时刻表要求铁水运输、倒罐、放车时间，降低铁水罐热损失。

图1 高碳硬线钢冶炼流程

1.2 高碳硬线钢冶炼关键工艺控制

1.2.1 高碳硬线钢冶炼碳控制

主要是控制成品碳的范围，同时调整硬线钢的内控成分范围。针对冶炼钢的情况，从降低气体入手，详细分析总结冶炼过程中存在的问题，细化工艺方案和过程控制，严格遵守各工序工艺操作规程，不断提高钢种质量。调整钢中含氧量，降低钢水氧化性，控制钢中氧含量，控制由于钢中碳含量、硅含量，脱氧量，为此，调整炉后钢水控制工艺，保证铸坯质量，避免铸坯产生气泡。做好放钢挡渣，减少下渣，保证合金吸收稳定。合理炉料搭配，优化炼钢冶炼工艺，提高终点碳达标率。

1.2.2 高碳硬线钢冶炼氧控制

控制脱氧产物，冶炼高碳硬线钢时，为保证脱氧产物颗具有充分的上浮时间；一方面根据钢水氧含量确定喂Ca 线量，保证Al2O3夹杂球化，另一方面通过稳定生产节奏，延长钢水在氩站软吹时间，既保证脱氧效果又保证夹杂具有充分上浮的时间，避免因中包絮流引起的钢铸坯表面的裂纹和结疤。同时稳定加入微合金元素，以改善钢材性能，增强钢材的可塑性、延展性，增加抗拉强度，提升产品质量。

1.2.3 高碳硬线钢冶炼轻压下和电搅控制

连铸着重对轻压下、末端电搅参数的确定和数据的收集，对新中包稳流器进行试验，炼钢冶炼后做好中包保温和保护浇注，过热度控制，细化过程控制，连铸实行稳定中包液面、稳定结晶器液面、稳定拉速操作，改善质量。通过实行铸机检修验收制度化，低倍取样、实验常态化，保证了连铸工艺调整及时有效，控制各连铸机铸坯内部缺陷，提高铸坯外观质量，从而改善铸坯质量。

1.2.4 高碳硬线钢冶炼液面和结晶器控制

连铸每浇10 个大包排一次中间包钢渣，使大包流入的钢渣及中间包内上浮的夹杂物及时排出。因为大包钢渣流入中间包积少成多会形成渣壳，渣壳粘住塞棒使塞棒自动控制系统的控制效果变得很差，即结晶器内的钢水液面发生较大波动。

连铸调整结晶器水流量，通过不断抽取试样做低倍并与调整前的低倍试样进行对比，适当降低结晶器水流量即采用结晶器弱冷时，铸坯表面纵裂纹明显下降。生产高碳硬线钢时，连铸把结晶器水流量从原来的130～140 m3/h 调整为120～130 m3/h。

1.2.5 高碳硬线钢冶炼合金收得率和烘烤控制

在连续生产中把控钢种内控成分，优化工艺参数，钢种内控成分命中率提升，建立完整物料抽查检验考核制度，使各类物料满足标准要求。精确计算贵重金属加入量，增加贵重金属小包装，精准控制贵重金属成分含量。规范各类脱氧剂使用，稳定合金料吸收率。稳定装入量，做到装准出尽[2]。

做好连续生产过程温度控制，减少钢包周转数量，按照钢包烘烤制度操作[3]。完善合金料仓烘烤设备改造，建立烘烤制度，提高合金料烘烤温度。落实好钢包加盖制度，做到红包出钢。做好中包烘烤制度，保持中包过热度稳定。各工序做好覆盖剂保温。

2 高碳硬线钢冶炼工艺优化措施

2.1 高碳硬线钢连续生产工艺优化

在连续生产中把控钢种内控成分，优化工艺参数，钢种内控成分命中率提升，建立完整物料抽查检验考核制度，使各类物料满足标准要求。精确计算贵重金属加入量，增加贵重金属小包装，精准控制贵重金属成分含量。规范各类脱氧剂使用，稳定合金料吸收率。稳定装入量，做到装准出尽。做好放钢挡渣，减少下渣，保证合金吸收稳定。合理炉料搭配，优化炼钢冶炼工艺，提高终点碳达标率[4]。

加强连续生产过程温度控制，减少钢包周转个数，加强钢包烘烤制度[3]。完善合金料仓烘烤设备改造，建立烘烤制度，提高合金料烘烤温度。落实好钢包加盖制度，做到红包出钢。做好中包烘烤制度，保持中包过热度稳定。各工序做好覆盖剂保温。

加强钢坯质量过程控制，提高钢水纯净度，严格控制精炼出站温度，坚持恒拉速浇铸和结晶器液面自动控制，确保结晶器液面控制稳定，根据大量数据对比，确定末搅搅拌参数，调试轻压下工艺，达到与生产、工艺相匹配，应用于生产。钢坯质量进行检查，铸坯表面质量把控，提升铸坯质量[5]。

2.2 高碳硬线冶炼低倍控制优化

高碳硬线冶炼工艺关键点控制，提高实物质量，规范入厂原料的技术质量标准，完善原料检验、抽查制度，形成常态检查机制，重点检查钝化镁、脱氧剂、精炼渣料、线类、粉类的理化指标、标识、粒度、水份、包装等的规范程度。落实钢种质量确认会要求，连续生产中炼钢工序抓好挡渣、做好喂线、精炼埋弧操作，连铸工序做好降低中包稳流器、扩大冲击区面积、加强保护浇注、实现稳态浇注生产常态化。根据低倍情况调整相应的工艺参数，图2、图3 为150 cm×150 cm方坯82B 低倍。

图2 150 cm×150 cm方坯82B 低倍（1.0 级）

图3 150 cm×150 cm方坯82B 低倍（0.5 级）

图2 中心疏松为1.0 级，图3 中心疏松为0.5 级，根据低倍情况找出最稳定的过热度和拉速配比，能为后续生产工艺提供数据参考，以确保得到组织和性能稳定的高碳钢。

3 高碳硬线冶炼新技术展望

引进新技术，整体工艺流程及关键工艺装备系统坚持采用成熟、先进、可靠的国产化技术，主要技术指标达到国际先进水平，控制水平在的同类项目前列。在炼钢冶炼工艺技术上积极创新，研发具有自主知识产权的创新技术，降低生产过程能源消耗、提高冶炼产品自身质量、创新冶炼工艺。

引进新工艺，要加大对标力度，规范炼钢取样制度，明确了中包取样时间，保证试样代表性。例如在炼钢冶炼过程对关键点进行把控，提供数据支撑，保证产品性能，为保证铸坯质量，连铸冷却系统均采用气雾冷却，易产生铸坯脱方、裂纹、凹陷等质量缺陷，优化炼钢冶炼工艺把控，进一步提升高碳硬线钢质量，生产高碳硬线钢时，连铸把结晶器水流量从原来的130～140 m3/h 调整为120～130 m3/h。

引进新设备，围绕机械、液压、电控、电器设备等重点区域引进新技术新设备，在系统运行与控制上与炼钢冶炼工艺密切结合，保证生产工艺与设备系统双顺行。150 t 转炉出钢口优化改造，将原有出钢口的孔径扩大，提高出钢口的通钢量，内径为Φ160～180 mm的截锥型出钢口，将出钢口内径扩大至Φ180～200 mm，同步配套同规格的滑板，缩短出钢时间至5 min，减少钢水温降降低，炉渣氧化性降低，钢水中气体含量。保障了连续生产的稳定，创造安全稳定的生产环境，助力推动环保、高质量、高效率发展。

4 结语

当前，在连续生产中提高高碳硬线钢质量工艺技术，从冶炼过程关键点进行把控，在流程架构梳理、过程分析、流程等各个环节均由专业人员参与，实现了一体化运营体系的高质量、高效率搭建。连续生产质量体系中严格把控在线工艺技术，在连续生产中把控各钢种内控成分，优化工艺参数，增强自主创新能力，质量水平提升，采用新技术、新工艺、新设备，实现技术进步，为安全连续生产提供了保障。