試析煉鋼—精煉—連鑄工藝生產高碳鋼的質量控制

摘要：在近些年來，隨著工業的現代化發展，對于高碳鋼的性能和質量方面有著嚴格的要求，然而，生產出來的高碳鋼在質量方面存在著許多問題，例如，高碳鋼硬度低、強度低、材料成分分布不均、特別容易發生脆斷的問題。這篇文章主要介紹的主要是，為了能夠生產出高質量、高強度、分布性均勻的高碳鋼以滿足現代化市場的要求，對煉鋼、精煉、連鑄工藝生產高碳鋼質量控制方式進行了分析。

關鍵詞：煉鋼；精煉；連鑄工藝；高碳鋼；質量

引文：

高碳鋼的硬度非常高而且具有極好的回火和淬火的性能，主要應用于精密的儀器設備、刀具、機械設備的鑄造，例如電鉆的鉆頭、玻璃刀等。高碳鋼碳的含量特別低，只在0.6-0.7間。在工業的生產中有著重要的價值。但是，由于受到了鑄造技術和鑄造設備的影響，使得生產出來的高碳鋼質量不過關，而且存在許多弊端，這使得高碳鋼的市場占有率受到了影響，然而我國作為鋼材生產的大國，這直接影響到我國高碳鋼行業的發展。

1煉鋼過程中高碳鋼質量的有效控制

1.1對鐵水進行預處理。

煉鋼的本質就是將鐵轉化成鋼，煉鋼的主要步驟是先將鐵融化，再對鐵水進行提煉操作，再除去鐵液中的雜質。在煉鋼的全過程中，影響鋼材之間的主要因素是鐵元素的含量多少、提煉過程中溫度的高低、鐵元素和其他的化學成分產生的化學熱量。所以在煉鋼的過程中，要對溫度進行嚴格的把控，首先在煉鋼工序的操作過程中，要將鐵水的溫度控制在1250度以上。因此在嚴格鋼材提煉過程中，需要將鐵水里面的其他元素進行脫離操作，其他元素的含量盡量保持在百分之四以下，使其他元素脫離可以采用攪拌和添加脫硫物質，在此過程中還可以使用扒渣設備使扒渣率保持在百分之八十以上。

1.2轉爐冶煉

轉爐冶煉的操作過程就是將對預處理后的鐵水繼續完成冶煉的過程，這道工序在脫硫和扒渣之后執行的。轉爐冶煉的方法可以提高產品的質量而且還可以降低原料的消耗，而其他煉鋼的方法很難做到這種程度。在轉爐冶煉的過程中，所涉及的冶煉方法有氧氣頂吹轉爐法、高拉碳補吹法、低拉碳增碳法。而且通常采用高壓氧氣流將鐵水注入爐內，在這個過程中，由于在高溫的條件下，鐵水和和氧氣發生了氧化反應，從而實現了對工序溫度的完美把控和擺脫了其他成分的干擾。在這道工序結束后，我們應該對樣品進行成分檢測，用以確定生產品是否合格。

2高碳鋼精煉過程中的質量控制

2.1高碳鋼中硫含量的調節和控制

在高碳鋼的提煉過程中，硫的含量會直接影響到高碳鋼的質量和硬度等級，對于高碳鋼中硫含量的調節和控制非常重要。這是因為在高碳鋼精煉的過程中，硫元素可以使鐵元素發生嚴重的晶格變形情況。如果鐵元素發生晶格變形，就會使生產出的高碳鋼質量大打折扣，就會大大降低高碳鋼的可塑性和可焊性。所以在提煉過程中，要重視脫硫操作。在脫硫的操作過程中，通常采用的是爐渣反應法，這是因為脫硫反應屬于吸收熱能的化學反應，通過爐渣反應法使在鋼水中的鈣、鐵、鋁、硅等其他元素與硫發生反應，從而達到脫硫的效果，在這個過程中可以加入一些對生產不影響的催化劑或者是充分攪拌，從而使脫硫更加充分，加快脫硫速率。在高碳鋼精煉的過程中，高碳鋼對硫含量的調節和控制非常重要。

2.2溫度的控制與軟吹工藝

在鋼水的提煉過程中，溫度的控制和鈣處理的軟吹工藝起到了很大的作用。在對鋼水進行澆筑的操作的時候，極易發生堵塞的現象。這是因為鋼水在完成脫鋁氧的工序之后，在鋼水的成分中有三氧化二鋁的反應生成，由于這種成分的存在，使澆筑過程發生堵塞現象。為了解決三氧化二鋁造成的堵塞現象，可以在鋼水里面添加鈣元素，當鈣元素和三氧化二鋁發生反應后，三氧化二鋁被消耗而生成熔點較低的氯酸鈣，這樣可有效的解決鋼水澆筑過程中，發生的堵塞現象。最后使用溫度控制的軟吹工藝，除去三氧化二鋁和鈣反應的浮雜物，首先要根據溫度的要求在鋼水中加入適量的硅鈣芯線，將芯線以1.5m/s的速度插入鋼水的中，對浮雜物進行輕輕的吹大約十分鐘左右。這就是溫度的控制和鈣處理的軟吹工藝，有效的解決了三氧化二鋁造成水管堵塞的問題。

2.3高碳鋼中鋁含量的控制

經過研究人員的研究表明，高碳鋼中鋁的含量直接影響到產品的形變性能和可塑性能，在高碳鋼進行淬火和回火的過程中，如果鋼水中鋁的含量小于2% 時，高碳鋼晶體顆粒會變成球狀顆粒，與此同時球光體片層間的距離也會相應的變小，這有利于提高高碳鋼的可塑性；如果高碳鋼中鋁的含量大于2%時，高碳鋼中奧氏體晶粒規格會變小，而且會對高碳鋼中的碳元素的反應有抑制作用，這使得高碳鋼加工的工序取得的效果不理想。因此，在高碳鋼中鋁的含量盡量控制在2%以內，這不僅可以提高鋼制產品的形變性能，還可以提高高碳鋼的可塑性能。

3連鑄工藝的高碳鋼質量控制

3.1中間包冶金。

中間包冶金是鋼坯澆筑工程中的最后一道工序，也是最重要的一道工序。中間包冶金技術主要是為了防止鋼坯中的成分再次氧化，從而減少氧化問題帶來的危害，這項技術主要是在鋼包和中間包之間使用長水口，從而降低雜質的含量，防止剛包下渣。在此過程中應注意對溫度的把控，以達到減少氧化物的危害，從而提高鋼鑄胚的質量。

3.2電磁攪拌及輕壓技術

電磁攪拌及輕壓技術的工作原理是，通過磁場感應控制鋼水中金屬和非金屬的攪拌。電磁攪拌及輕壓技術一般使用在澆筑塊凝固定開始的時候。因為鋼水具有流動性，而且極易發生中心偏析的情況，所以可以采用能夠發出磁場的設備，使此過程中產生晶體的隨磁場的方向移動。在這個過程中可以采用調節電流的大小的方法改變磁場力的大小，從而改變攪拌的力量，從而使熔點低的物質分離。

3.3澆筑溫度的有效控制。

柱狀晶體極易使鑄坯的中心出現偏析的問題，然而，澆注溫度會對柱狀晶體有著一定的影響。當溫度升高時，柱狀晶體的顆粒的直徑會變大，偏析的現象就越明顯；當溫度降低時，鑄坯的等軸晶體就會擴大，所以在鑄坯的過程中，溫度應盡量控制要合理，這有利于金屬發生形變。

結束語：

在高碳鋼連鑄的生產中，要對連鑄過程進行嚴格的質量控制，從而生產出高質量、高實用性、高強度、高硬度的精品高碳鋼，從而促進我國高碳鋼生產行業的快速發展。

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作者簡介：趙子茂（1983-），男，山東萊蕪，本科，工程師，研究方向：冶金。

（作者單位：山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司特鋼事業部）