炼钢——精炼——连铸工艺生产高碳钢的质量控制

许晓宝

（漠河县人民政府森林防火办公室，黑龙江漠河 165399）

炼钢
——精炼——连铸工艺生产高碳钢的质量控制

许晓宝

（漠河县人民政府森林防火办公室，黑龙江漠河 165399）

对炼钢——精炼——连铸工艺生产高碳钢的质量控制问题，炼钢前处理、炼钢冶炼、高碳钢元素控制、水软吹工艺以及连铸工艺生产过程中的各种注意事项及技术进行讨论，希望可以对钢铁生产企业起到借鉴作用，从而促进高碳钢更为优质的生产质量。

高碳钢；质量控制；工艺生产

1 炼钢过程中高碳钢的质量控制

1.1 炼钢前铁水预处理

铁转化为钢主要是通过对铁的融化提炼来去除铁含量中的杂质来完成的，铁水的温度和元素含量决定着钢材的质量，因此严格对铁水温度和扒渣工艺质量的控制，才可以保障钢材的品质。铁水的温度主要来自于铁高温熔炼时的物理温度和铁含量中的碳、硅、锰、磷、硫等元素与铁共同熔炼中产生的化学热量组成。在转炉炼钢前保持铁水温度大于1 250℃以上。用搅拌法或气体加入脱硫剂对铁水进行脱硫脱磷处理，严格把铁水中的硫、磷含量控制在4%以下，利用扒渣设备使扒渣率至少在80%以上。

1.2 炼钢转炉冶炼

经过扒渣和脱磷脱硫后，铁水以其保持的热量在转炉过程中完成对钢材的冶炼，我们称这种冶炼方法为转炉炼钢。转炉炼钢由于产量高、效率高、损耗低等优势，是目前制造高碳钢的主要生产方式。转炉炼钢目前主要采用氧气顶吹转炉、高拉碳补吹、低拉碳增碳等相结合的生产工艺，即将铁水加入炉内时，利用高压氧气流枪把含量在0.6%～0.7%的碳用纯度在99%以上的氧气从炉顶向炉内吹送，使碳和氧气与铁水产生氧化反应来完成对钢水成分和温度的控制，在生产冶炼过程中需要至少一次对钢水进行取样检验，以保证钢水元素成分的合格。

2 高碳钢的精炼

2.1 高碳钢中铝含量的控制

通过金相检测高碳钢中铝含量的分析结果显示，高碳钢中铝含量的多少决定了高碳钢的塑性变形能力，当铝含量低于2.0%时，高碳钢在淬火和回火再加工时其晶粒呈均匀球化状态，珠光体相变组织片层间距减小。但当铝含量大于2.0%时，高碳钢中奥氏体晶粒减小，对高碳钢中的碳元素起抑制作用而使热加工性能恶化，因此通过淬火等简单工艺把高碳钢中铝含量控制在2.0%以内，可以提高高碳钢再加工的塑性。

2.2 高碳钢中硫含量的控制

作为非金属的硫化物杂质，在高碳钢中的偏析倾向强烈、熔点低，使铁素体晶格产生变形，因此加大了钢材的脆性，使钢材的塑性及可焊接性降低，所以在很大程度上硫含量的多少成为钢材等级的评判标准之一。脱硫反应是一个吸热反应，对钢材脱硫工艺一般采用炉渣的反应，利用钢水中钙、铝、硅等元素形成的渣体和硫产生充分反应，在第一次送电后对钢水进行充分的搅拌，加大硫反应，从而达到脱硫的目的。

2.3 温度控制及钙处理钢水软吹工艺

钢水经过铝脱氧后容易形成三氧化二铝，在对钢水进行浇铸时容易堵塞包水口，在钢水中加入钙元素使其与三氧化二铝反应，生成熔点低的铝酸钙，可以有效解决出水口堵塞问题。对钢水中加钙一般使用钙铁粉吹拂于钢水表面或硅钙线深入加入两种方式，即根据浇铸的温度适量加入硅钙芯线，比如钢水在1 600℃左右时，应以1.5m/s左右的速度将芯线加入钢水中间位置，并对钙化后上浮的杂物进行10min的轻吹工作。

3 连铸工艺生产高碳钢的质量控制

3.1 浇铸温度控制

由于连铸坯的中心偏析是发达的柱状晶引起的，而浇注温度的高低又是影响柱状晶生长的重要因素。高碳钢的连铸针对的问题是解决如何获得结构致密、缩孔、疏松、偏析在允许范围的连铸坯以及精炼后如何获得的“干净”钢水在连铸过程中如何防止再污染两个问题。对于第一个问题主要是控制铸坯的柱状晶和等轴晶比例，而第二个主要是通过控制钢水的二次氧化，减少外来夹杂物的卷入。

透过显微镜对不同温度下浇铸钢坯的金相组织进行观察发现：温度越高，铸坯纵向的柱状晶粒度越大，中心碳偏析也就越大，因此产生中心缩孔和疏松等质量问题的情况越严重。反之，随着温度下降，铸坯的横向等轴晶粒度开始变大，更有利于金属的塑性变形。由此可见，严格控制钢坯浇铸的温度，可以提高铸坯的质量。目前对浇铸温度控制采取刚开机时控制在40℃左右，在连铸中间包时温度控制在15℃～30℃，以此实现对铸坯的高效连铸。

3.2 中间包冶金

在钢坯浇铸过程中，中间包冶金是铸坯的最后一道工序，也是保证钢坯浇铸质量最重要的环节，为了防止铸坯在此环节产生二次氧化，在此环节应采取多种措施，如：在钢包和中间包交接处用长水口防止钢包下渣，减少夹杂物；降低钢水流动速度，使钢水静态流动；严格控制中间包温度，杜绝中心碳偏析等方式，达到降低氧化物危害，提高铸坯质量的目标。

3.3 电磁搅拌及轻压下技术

在钢坯连铸生产的末端，即铸坯快凝固初期，因钢水的流动而产生中心碳偏析问题，多利用能产生线性磁场的设备，使钢水按照磁场运动方向发生晶体的转移，通过对电流大小的改变控制搅拌力度，使低熔点富集容质得到分散。其原理是依靠金属和非金属对磁场感应力的不同来完成对钢水的搅拌工作，同时也可以和轻压下工艺相结合来消除中心缩孔。

4 结语

高碳钢产品具有高附加值，因其多功能的实用性，在市场存在着极大的发展空间。但是在充满竞争、以市场经济为主体的浪潮下，只有过硬的产品质量，才能够使企业具有长久的生命力。

［1］赵海澍，王金龙，于春强.高碳钢生产工艺控制［J］.河北冶金，2011，（08）：35-36.

［2］李永祥，廖明，李碧春.高碳钢生产工艺及质量分析［J］.炼钢，2009，（04）：90-91.

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1674-8646（2016）01-0044-02

2015-11-15

许晓宝（1986-），男，黑龙江巴彦人，工学学士，助理工程师，从事铸造研究。