煉鋼
——精煉——連鑄工藝生產高碳鋼的質量控制

許曉寶

（漠河縣人民政府森林防火辦公室，黑龍江漠河 165399）

煉鋼
——精煉——連鑄工藝生產高碳鋼的質量控制

許曉寶

（漠河縣人民政府森林防火辦公室，黑龍江漠河 165399）

對煉鋼——精煉——連鑄工藝生產高碳鋼的質量控制問題，煉鋼前處理、煉鋼冶煉、高碳鋼元素控制、水軟吹工藝以及連鑄工藝生產過程中的各種注意事項及技術進行討論，希望可以對鋼鐵生產企業起到借鑒作用，從而促進高碳鋼更為優質的生產質量。

高碳鋼；質量控制；工藝生產

1 煉鋼過程中高碳鋼的質量控制

1.1 煉鋼前鐵水預處理

鐵轉化為鋼主要是通過對鐵的融化提煉來去除鐵含量中的雜質來完成的，鐵水的溫度和元素含量決定著鋼材的質量，因此嚴格對鐵水溫度和扒渣工藝質量的控制，才可以保障鋼材的品質。鐵水的溫度主要來自于鐵高溫熔煉時的物理溫度和鐵含量中的碳、硅、錳、磷、硫等元素與鐵共同熔煉中產生的化學熱量組成。在轉爐煉鋼前保持鐵水溫度大于1 250℃以上。用攪拌法或氣體加入脫硫劑對鐵水進行脫硫脫磷處理，嚴格把鐵水中的硫、磷含量控制在4%以下，利用扒渣設備使扒渣率至少在80%以上。

1.2 煉鋼轉爐冶煉

經過扒渣和脫磷脫硫后，鐵水以其保持的熱量在轉爐過程中完成對鋼材的冶煉，我們稱這種冶煉方法為轉爐煉鋼。轉爐煉鋼由于產量高、效率高、損耗低等優勢，是目前制造高碳鋼的主要生產方式。轉爐煉鋼目前主要采用氧氣頂吹轉爐、高拉碳補吹、低拉碳增碳等相結合的生產工藝，即將鐵水加入爐內時，利用高壓氧氣流槍把含量在0.6%～0.7%的碳用純度在99%以上的氧氣從爐頂向爐內吹送，使碳和氧氣與鐵水產生氧化反應來完成對鋼水成分和溫度的控制，在生產冶煉過程中需要至少一次對鋼水進行取樣檢驗，以保證鋼水元素成分的合格。

2 高碳鋼的精煉

2.1 高碳鋼中鋁含量的控制

通過金相檢測高碳鋼中鋁含量的分析結果顯示，高碳鋼中鋁含量的多少決定了高碳鋼的塑性變形能力，當鋁含量低于2.0%時，高碳鋼在淬火和回火再加工時其晶粒呈均勻球化狀態，珠光體相變組織片層間距減小。但當鋁含量大于2.0%時，高碳鋼中奧氏體晶粒減小，對高碳鋼中的碳元素起抑制作用而使熱加工性能惡化，因此通過淬火等簡單工藝把高碳鋼中鋁含量控制在2.0%以內，可以提高高碳鋼再加工的塑性。

2.2 高碳鋼中硫含量的控制

作為非金屬的硫化物雜質，在高碳鋼中的偏析傾向強烈、熔點低，使鐵素體晶格產生變形，因此加大了鋼材的脆性，使鋼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為鋼材等級的評判標準之一。脫硫反應是一個吸熱反應，對鋼材脫硫工藝一般采用爐渣的反應，利用鋼水中鈣、鋁、硅等元素形成的渣體和硫產生充分反應，在第一次送電后對鋼水進行充分的攪拌，加大硫反應，從而達到脫硫的目的。

2.3 溫度控制及鈣處理鋼水軟吹工藝

鋼水經過鋁脫氧后容易形成三氧化二鋁，在對鋼水進行澆鑄時容易堵塞包水口，在鋼水中加入鈣元素使其與三氧化二鋁反應，生成熔點低的鋁酸鈣，可以有效解決出水口堵塞問題。對鋼水中加鈣一般使用鈣鐵粉吹拂于鋼水表面或硅鈣線深入加入兩種方式，即根據澆鑄的溫度適量加入硅鈣芯線，比如鋼水在1 600℃左右時，應以1.5m/s左右的速度將芯線加入鋼水中間位置，并對鈣化后上浮的雜物進行10min的輕吹工作。

3 連鑄工藝生產高碳鋼的質量控制

3.1 澆鑄溫度控制

由于連鑄坯的中心偏析是發達的柱狀晶引起的，而澆注溫度的高低又是影響柱狀晶生長的重要因素。高碳鋼的連鑄針對的問題是解決如何獲得結構致密、縮孔、疏松、偏析在允許范圍的連鑄坯以及精煉后如何獲得的“干凈”鋼水在連鑄過程中如何防止再污染兩個問題。對于第一個問題主要是控制鑄坯的柱狀晶和等軸晶比例，而第二個主要是通過控制鋼水的二次氧化，減少外來夾雜物的卷入。

透過顯微鏡對不同溫度下澆鑄鋼坯的金相組織進行觀察發現：溫度越高，鑄坯縱向的柱狀晶粒度越大，中心碳偏析也就越大，因此產生中心縮孔和疏松等質量問題的情況越嚴重。反之，隨著溫度下降，鑄坯的橫向等軸晶粒度開始變大，更有利于金屬的塑性變形。由此可見，嚴格控制鋼坯澆鑄的溫度，可以提高鑄坯的質量。目前對澆鑄溫度控制采取剛開機時控制在40℃左右，在連鑄中間包時溫度控制在15℃～30℃，以此實現對鑄坯的高效連鑄。

3.2 中間包冶金

在鋼坯澆鑄過程中，中間包冶金是鑄坯的最后一道工序，也是保證鋼坯澆鑄質量最重要的環節，為了防止鑄坯在此環節產生二次氧化，在此環節應采取多種措施，如：在鋼包和中間包交接處用長水口防止鋼包下渣，減少夾雜物；降低鋼水流動速度，使鋼水靜態流動；嚴格控制中間包溫度，杜絕中心碳偏析等方式，達到降低氧化物危害，提高鑄坯質量的目標。

3.3 電磁攪拌及輕壓下技術

在鋼坯連鑄生產的末端，即鑄坯快凝固初期，因鋼水的流動而產生中心碳偏析問題，多利用能產生線性磁場的設備，使鋼水按照磁場運動方向發生晶體的轉移，通過對電流大小的改變控制攪拌力度，使低熔點富集容質得到分散。其原理是依靠金屬和非金屬對磁場感應力的不同來完成對鋼水的攪拌工作，同時也可以和輕壓下工藝相結合來消除中心縮孔。

4 結語

高碳鋼產品具有高附加值，因其多功能的實用性，在市場存在著極大的發展空間。但是在充滿競爭、以市場經濟為主體的浪潮下，只有過硬的產品質量，才能夠使企業具有長久的生命力。

［1］趙海澍，王金龍，于春強.高碳鋼生產工藝控制［J］.河北冶金，2011，（08）：35-36.

［2］李永祥，廖明，李碧春.高碳鋼生產工藝及質量分析［J］.煉鋼，2009，（04）：90-91.

TF7

A

1674-8646（2016）01-0044-02

2015-11-15

許曉寶（1986-），男，黑龍江巴彥人，工學學士，助理工程師，從事鑄造研究。