炼钢—精炼—连铸工艺生产高碳钢的质量控制

范树璐

摘 要：高碳钢，是指碳含量约为0.60%到1.70%的特种钢材，在工业生产体系中有着不可或缺的位置。因此，在智能化、自动化、机械化的高碳钢连铸过程中实现质量控制是钢铁企业求发展的重中之重。本文对高碳钢的成分进行详述，在把握高碳钢成分的基础上对炼钢过程的质量控制进行分析，以钢铁制造企业有一定的参考意义。

关键词：炼钢；精炼；连铸；质量管理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.001

高碳钢广泛用铸造各种精密工具、刀具、机械，在工业生产体系中有着不可或缺的位置。所谓高碳钢，是指碳含量约为0.60%到1.70%的特种钢材。高碳钢不仅坚硬，还有良好的淬火和回火性能。日常生活中的大锤、撬棒就属于高碳钢铸造工具的一种，钻头、铰刀等切割工具也是由高碳钢铸造而成。所不同的是，前者碳含量约为0.75%，后者含碳量约为1%。

作为高碳钢生产大国，国内的大部分钢铁企业都把高碳钢的质量控制放在首位，尤其是连铸技术出现以后，如果在智能化、自动化、机械化的生产过程中实现质量控制更是炼钢工艺的重中之重。本文首先对高碳钢的成分进行详述，在把握高碳钢成分的基础上对炼钢过程的质量控制进行分析，以钢铁制造企业有一定的参考意义。

1 高碳钢添加成分综述

在炼钢过程中，加入适量的碳元素固体而基本不加其他化合金属，经过热处理与冷拔之后，经过硬化而成形的钢坯就是高碳钢。这种钢材无论是硬度还是强度都强于一般钢种，且弹性较好，磨损及切口极限很高，还具有一定的削切性能，因此，被大范围使用。要确保高碳钢的质量，首先须从高碳钢的化学添加成分入手，各化学元素在高碳钢中起到的性能俱不相同，常用添加化学元素具体性能如下：碳元素C（提高强度）、硅元素Si（提高强度）、锰元素Mn（提高强度）、硫元素S（增大脆性、降低韧性、热脆性）、磷元素P（增大脆性、降低韧性、冷脆性）。

炼钢过程是一系列物理反应、化学反应的综合，因此，炼钢过程中，除了要注意各种化学元素的配比，还要注意空气中的主要气体元素对高碳钢性能的影响。空气中主要气体在炼钢过程中的来源、存在形式及相应的影响如下：氢元素（电离水可得，氢气溶解于表皮，表面气孔、增大脆性）、氮元素（电离空气可得，氮化物溶解于钢水，内部晶核、增大脆性）、氧元素（电离、还原可得，氧化物溶解与钢水、表皮，内部气孔、降低韧性）。

综上分析可得，各种化学元素通过主动或被动添加与炼钢过程中，都会对高碳钢的性能有所影响，因此，高碳钢质量的控制首先是添加化学元素的控制，这就需要机械操作人员在实际工作过程中根据实际情况而定，不可盲目操作。

2 高碳钢连铸过程的质量控制

钢丝是四大钢材中的一种，应用极为广泛。作为高碳钢的一种，本文以钢丝连铸过程为例，简述连铸过程的质量控制。

20世纪70年代，钢丝铸造技术以模铸生产方式为主，这种方式操作较为简单，但是生产效率不高；80年代后，钢水预处理工艺开始逐步应用，使得炼钢效率大为提升。此后，连铸小方坯技术逐渐问世，成熟的高碳钢丝质量也大为提高。

2.1 钢水预处理质量控制

钢水成分对钢丝质量影响巨大，对铁水进行预处理就是为了提高成品钢丝质量。钢水预处理工作的核心为脱硫，提高钢丝韧性。当前企业广泛采用的脱硫方法为喷吹法，通过严格喷水而后的钢水质量极高，可使含硫量降低至0.01%以下。

2.2 转炉冶炼质量控制

转炉冶炼过程其实就是炼钢过程的主体，目前国内企业主要通过以下两种方法进行该过程质量控制。

（1）高拉碳补吹法。这种方法主要对钢丝中的碳元素和硫元素、磷元素进行控制，从而取得最佳的炼钢效果。生产过程的前期材料可用高纯度铁水或者铁水与专业废钢的结合物，主要注意吹炼过程中的碳含量。碳含量的多寡通过道炉测温进行取样而判断，为了使碳含量的配比最为科学化，需要进行多次倒炉多次取样。值得注意的是，这种方法虽然可以保证碳含量科学化，却因为多次倒炉导致温度损失很大，提高了生产成本。另外，在多次倒炉后不利于温度控制，且氧化铁含量低，使出炉后的精炼工序开展困难。

（2）低拉碳增碳法。相比于高拉碳控制过程，低拉碳过程较为简单。低拉碳增碳法放碳过程只有两次，即在钢水注入前一次性加入所需碳量，一般约为0.07%-0.15%，连铸后再次加入碳粉。这种方法操作简单，要求炉温较高，脱磷效果较好，且对后期的精炼有较大的促进作用。不足的是这种方法是成品刚韧性受到影响，所以要求操作人员有极高的操作水平、观测水平。

2.3 脱氧过程质量控制

钢水凝固后，钢水中经过电离反应产生的氧元素会以氧化铁的形式分布在成品晶界上，使陈品高碳钢的可塑性受到影响。此外，氧化铁和伴生物硫化铁共同作用于成品高碳钢会发生热脆现象，因此，脱氧过程也是高碳钢连铸工艺质量控制必不可少的步骤。

一般钢铁企业都通过化学方式进行脱氧，所不同的是有铝脱氧和无铝脱氧。有铝脱氧是指通过硅铁，锰铁，和少量铝热剂进行反应，达到脱氧效果。无铝脱氧是指只用硅铁和锰铁进行反应，达到脱氧效果。在具体操作过程中，究竟用那种方式脱氧还需视具体情况而定。

2.4 精炼过程质量控制

精炼是高碳钢连铸过程的最后一步，通过精炼，高碳钢的性能进一步优化并固定，此过程进行质量控制同样必不可少。

一般的精炼或者二次精炼都才用钢包吹炉法，目的在于控制炉渣碱度。一般的低碱度数值为1，高碱度数值为2-3，主要依据为检测炉渣中氧化钙、二氧化锌等碱性物质的含碱度。

3 结语

高碳钢连铸过程中的质量控制是涉及的步骤比较多，本文仅仅列举其中较为重要的几步，除以上列出的部分之外，硬线钢丝的拔拉过程中的断口分析、钢质分析、化学成分分析也需要操作人员仔细注意；铁水杂物处理工艺及用来提高铸坯内部质量的电磁搅拌技术等过程也需要进行严格的质量控制。

总而言之，高碳钢连铸过程的质量控制是一个多多益善、精益求精的过程，在这个过程中，不仅要做到事无巨细，还要求合理重视成本因素，不能顾此失彼，在提高质量的基础上实现生产成本优化，确保过程中无安全事故，以促进合理生产，提高效率。