對高碳鋼連鑄工藝的優化研究

摘要：高碳鋼又叫工具鋼，其碳含量一般在0.6%到1.7%之間，能夠淬火和回火。在工業生產中高碳鋼具有不可替代的作用，因此在智能化和機械化的高碳鋼連鑄工藝中，必須優化鑄造工藝，提升高碳鋼的質量。本文通過對高碳鋼的成分進行分析，提出了在高碳鋼連鑄中的工藝控制，希望能給煉鋼企業有益的啟示。

關鍵詞：高碳鋼；連鑄工藝；優化

高碳鋼主要用來鑄造各種精密的工具等，因此也被稱為工具鋼，在工業生產中高碳鋼起到了其他鋼不可替代的作用，高碳鋼的碳含量一般在0.6%到1.7%之間，是一種特種特別堅硬的特種鋼材，具有良好的淬火和回火的性能，平時生活中常見的大錘和撬棒就是利用高碳鋼來制造的，碳含量約為075%，一些精密鉆頭和鉸刀等切割工具也是由高碳鋼制造而成，碳含量約為1%。由于高碳鋼在我國各個生產領域都有廣泛的應用，因此很多鋼廠都在進行高質量的高碳鋼的生產，高碳鋼的產量也在逐年增加，工藝水平也越來越高，尤其是現在伴隨著連鑄工藝的出現，在煉鋼工藝中更應該注意在智能化、自動化和機械化的生產過程中實現高碳鋼的質量控制。

1 高碳鋼中添加成分的論述

在工業煉鋼生產的過程中，只加入一定量的碳元素不添加其他化合物，經過一定的加熱處理，然后進行冷拔形成鋼坯，在通過硬化處理手段就形成了高碳鋼。這種鋼與其他鋼的區別就在與硬度高、強度大。而且高碳鋼具有較好的彈性，磨損和切口的極限也較好，具備削切的功能，因此高碳鋼在工業領域得到了廣泛的應用。社會生產對于高質量的高碳鋼需求越來越高，對于鋼廠來說必須不斷提升高碳鋼的產品質量，以高碳鋼的連鑄工藝為出發點，對煉鋼過程中的成分添加進行分析。不同的元素能夠起到不同的化學作用，比如添加碳元素、硅元素、錳元素目的是增加鋼的強度、硫元素的目的是增加鋼的脆性等。

高碳鋼的連鑄工藝包含了復雜的反應過程，既有物理反應也有化學反應，因此在連鑄過程中需要密切關注整個工藝流程，不同成分的配比要適當，由于在連鑄工藝中需要與空氣接觸，因此還需要注意空氣中不同元素對高碳鋼的性能影響，主要是氧氣、氮氣等因素。一般來說空氣中的氣體對于高碳鋼的影響如下：電離水得到的氫氣能夠溶解于表皮，增大脆性、電離空氣得到的碳元素溶解于鋼水，增大脆性、電離還原得到的氧元素溶解于鋼水，降低韌性。由此可見，在高碳鋼連鑄工藝中首先要控制各種化學元素的添加量，需要操作人員根據實際情況來確定。

2 高碳鋼連鑄工藝的優化

上世紀70年代的高碳鋼比如鋼絲鑄造等都采用的是模鑄工藝，這種工藝方式的優點是方法容易掌握，不需要太多的技術含量，但是缺點也很明顯，主要是生產效率很低，對于目前大量的高碳鋼需求顯然無法滿足。到了上世紀80年代采用的鋼水預處理工藝讓煉鋼的效率得到了提升，再后來出現了連鑄工藝，讓高碳鋼的產量得到大幅度提升，質量也有保障。

2.1 鋼水預處理工藝優化

對高碳鋼的質量影響較大的是鋼水的成分，將鐵水預處理能夠提升高碳鋼的質量，預處理的方法一般是脫硫法，目的是為了提升高碳鋼的韌性。目前煉鋼企業經常采用噴吹法作為脫硫的方法，鋼水經過嚴格的噴吹后能夠大幅度提升高碳鋼的質量，同時能夠將高碳鋼中的硫含量降低到萬分之一以下。

2.2 轉爐冶煉處理工藝優化

煉鋼過程的主體是轉爐冶煉的過程，目前主要通過以下兩種方法來優化連鑄工藝：

2.2.1 高拉碳補吹法

采用高拉碳補吹法的原理是對高碳鋼中的碳元素、硫元素以及磷元素進行控制，通過元素含量的配比來提升質量。使用的材料主要包括高純鐵水或者鐵水與廢鋼的混合物，實際操作中需要控制碳的含量。在高拉碳補吹法下為了確保碳含量配比正確，需要多次倒爐來取樣測量。這樣雖然能夠保證碳含量配比的準確，但是會造成熱量的損失，倒爐以后還需要進行再次加溫處理，提高了煉鋼成本。同時造成溫度很難進行控制，導致氧化鐵的含量很低，不利于煉鋼出爐以后的精練工序的開展。

2.2.2 低拉碳增碳工藝

低拉碳增碳工藝只需要放兩次碳，在注入鋼水前將0.07%0.15%的碳量注足，經過連鑄后再一次注入碳粉，這種工藝方式很容易掌握，煉爐需要很高的溫度，具有較好的脫磷效果。而且能夠極大的促進后期高碳鋼的精練，但是這種方法會影響成品鋼的韌性，而且要求操作人員具有一定的觀測水平和嚴格的操作工藝。

2.3 脫氧過程的工藝控制

等到鋼水冷卻并凝固后，經過電離讓鋼水產生的氧氣通過與鐵進行化學反應形成氧化鐵，氧化鐵會分布在鋼成品的表面晶界上，讓高速鋼的可塑性增強，氧化鐵與伴生物硫化鐵兩者共同作用會讓高碳鋼產生熱脆現象，因此必須優化過氧過程中的連鑄工藝控制。對于煉鋼企業一般脫氧都是采用化學方式，根據脫氧過程中是否含鋁分為兩種：有鋁脫氧是在硅鐵和錳鐵進行反應時加入鋁熱劑，而無鋁脫氧單純的是讓硅鐵和錳鐵進行反應，不加入鋁熱劑。在脫氧過程中煉鋼企業可以根據實際情況靈活選擇脫氧方法。

2.4 精練過程的工藝優化

為了提高高碳鋼的質量穩定性，需要進一步的進行精煉，在精練中或者二次精練時可以采用鋼包吹爐工藝，能夠對爐渣的堿度進行調節，一般來說低堿度數值是1，高堿度為2和3之間，堿度數值的確定方法是對爐渣中氧化鈣以及二氧化鋅等物質的含堿量進行分析而確定的。

3 結語

在高碳鋼連鑄工藝中設計到很多的步驟，本文只是介紹了比較重要的幾個步驟。在連鑄工藝過程中，除了要控制好工藝技術以外，還要考慮煉鋼企業的生產成本，在提高工藝水平的前提下要盡量降低成本，確保煉鋼企業生產的高質量和高效率。

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作者簡介：張向東（1978），男，漢族，河北唐山人，本科，助理工程師，研究方向：鋼鐵冶金。