提高高碳硬線鋼質量的工藝技術研究應用

王熙辰

（河鋼張宣科技金屬材料公司，河北 張家口 075100）

0 引言

在連續生產中提高高碳硬線鋼質量工藝技術，從冶煉過程關鍵點進行把控，在線冶煉流程工藝技術，優質高碳鋼高速線材廣泛應用于加工低松弛預應力鋼絲、鋼絲繩、鋼絞線、彈簧鋼絲及中高強度的緊固件等，是一種高附加值產品，具有廣闊的市場前景。隨著市場對高碳鋼質量的要求日益提高，要求高碳鋼線材具有通條性能均勻，脫碳少，組織主要為索氏體，不允許有馬氏體和網狀滲碳體存在，并要求強度高，延伸、韌性好，以適應冷拔過程的需要。根據已知數據信息去推算演算可能發生的因素，及時采取有效措施去解決相關問題。降低生產過程能源消耗、提高冶煉產品自身質量、創新冶煉工藝，貫徹國家的可持續發展戰略，實現鋼鐵工業的持續發展。從廢鋼、原料等計量準確入手，保證裝入率，通過裝入量加入制度量化，優化在線煉鋼冶煉工藝流程，在連續生產中把控各鋼種內控成分，優化工藝參數，提高高碳硬線鋼質量工藝技術[1]。

目前，根據市場反饋及用戶使用過程中反映，高碳硬硬線主要存在的質量問題：一是強度偏高、拉絲性能差。二是經常發生空心和嚴重夾雜的情況，拉絲到3.0 mm 以上甚至在5.0 mm 左右就發生斷裂現象。三是性能不均，成分控制區間太大，同一件產品性能的偏差及不同爐號產品性能的偏差很大。提高高碳硬線鋼質量，連續生產質量中工藝技術，根據在線煉鋼冶煉工藝流程，把控各鋼種內控成分，優化工藝參數，對高碳硬線冶煉工藝關鍵點控制，增強自主創新能力，質量水平提升，采用新技術、新工藝、新設備，實現技術進步，提高高碳硬線鋼質量工藝技術。

1 高碳硬線鋼冶煉制度

1.1 高碳硬線鋼冶煉工藝流程

冶煉工序流程為高爐—鐵水預處理—轉爐—精煉—連鑄，如圖1 所示。轉爐主要圍繞提產及爐料結構效益優化，進一步優化配料結構，提升轉爐入爐冷料堆體積質量及含碳量高的料型，增加冷料裝入量及化學熱量；優化雜料結構，提升雜料加入量，優化運行鐵水罐數量，加快現場鐵水罐周轉速度，嚴格按時刻表要求鐵水運輸、倒罐、放車時間，降低鐵水罐熱損失。

圖1 高碳硬線鋼冶煉流程

1.2 高碳硬線鋼冶煉關鍵工藝控制

1.2.1 高碳硬線鋼冶煉碳控制

主要是控制成品碳的范圍，同時調整硬線鋼的內控成分范圍。針對冶煉鋼的情況，從降低氣體入手，詳細分析總結冶煉過程中存在的問題，細化工藝方案和過程控制，嚴格遵守各工序工藝操作規程，不斷提高鋼種質量。調整鋼中含氧量，降低鋼水氧化性，控制鋼中氧含量，控制由于鋼中碳含量、硅含量，脫氧量，為此，調整爐后鋼水控制工藝，保證鑄坯質量，避免鑄坯產生氣泡。做好放鋼擋渣，減少下渣，保證合金吸收穩定。合理爐料搭配，優化煉鋼冶煉工藝，提高終點碳達標率。

1.2.2 高碳硬線鋼冶煉氧控制

控制脫氧產物，冶煉高碳硬線鋼時，為保證脫氧產物顆具有充分的上浮時間；一方面根據鋼水氧含量確定喂Ca 線量，保證Al2O3夾雜球化，另一方面通過穩定生產節奏，延長鋼水在氬站軟吹時間，既保證脫氧效果又保證夾雜具有充分上浮的時間，避免因中包絮流引起的鋼鑄坯表面的裂紋和結疤。同時穩定加入微合金元素，以改善鋼材性能，增強鋼材的可塑性、延展性，增加抗拉強度，提升產品質量。

1.2.3 高碳硬線鋼冶煉輕壓下和電攪控制

連鑄著重對輕壓下、末端電攪參數的確定和數據的收集，對新中包穩流器進行試驗，煉鋼冶煉后做好中包保溫和保護澆注，過熱度控制，細化過程控制，連鑄實行穩定中包液面、穩定結晶器液面、穩定拉速操作，改善質量。通過實行鑄機檢修驗收制度化，低倍取樣、實驗常態化，保證了連鑄工藝調整及時有效，控制各連鑄機鑄坯內部缺陷，提高鑄坯外觀質量，從而改善鑄坯質量。

1.2.4 高碳硬線鋼冶煉液面和結晶器控制

連鑄每澆10 個大包排一次中間包鋼渣，使大包流入的鋼渣及中間包內上浮的夾雜物及時排出。因為大包鋼渣流入中間包積少成多會形成渣殼，渣殼粘住塞棒使塞棒自動控制系統的控制效果變得很差，即結晶器內的鋼水液面發生較大波動。

連鑄調整結晶器水流量，通過不斷抽取試樣做低倍并與調整前的低倍試樣進行對比，適當降低結晶器水流量即采用結晶器弱冷時，鑄坯表面縱裂紋明顯下降。生產高碳硬線鋼時，連鑄把結晶器水流量從原來的130～140 m3/h 調整為120～130 m3/h。

1.2.5 高碳硬線鋼冶煉合金收得率和烘烤控制

在連續生產中把控鋼種內控成分，優化工藝參數，鋼種內控成分命中率提升，建立完整物料抽查檢驗考核制度，使各類物料滿足標準要求。精確計算貴重金屬加入量，增加貴重金屬小包裝，精準控制貴重金屬成分含量。規范各類脫氧劑使用，穩定合金料吸收率。穩定裝入量，做到裝準出盡[2]。

做好連續生產過程溫度控制，減少鋼包周轉數量，按照鋼包烘烤制度操作[3]。完善合金料倉烘烤設備改造，建立烘烤制度，提高合金料烘烤溫度。落實好鋼包加蓋制度，做到紅包出鋼。做好中包烘烤制度，保持中包過熱度穩定。各工序做好覆蓋劑保溫。

2 高碳硬線鋼冶煉工藝優化措施

2.1 高碳硬線鋼連續生產工藝優化

在連續生產中把控鋼種內控成分，優化工藝參數，鋼種內控成分命中率提升，建立完整物料抽查檢驗考核制度，使各類物料滿足標準要求。精確計算貴重金屬加入量，增加貴重金屬小包裝，精準控制貴重金屬成分含量。規范各類脫氧劑使用，穩定合金料吸收率。穩定裝入量，做到裝準出盡。做好放鋼擋渣，減少下渣，保證合金吸收穩定。合理爐料搭配，優化煉鋼冶煉工藝，提高終點碳達標率[4]。

加強連續生產過程溫度控制，減少鋼包周轉個數，加強鋼包烘烤制度[3]。完善合金料倉烘烤設備改造，建立烘烤制度，提高合金料烘烤溫度。落實好鋼包加蓋制度，做到紅包出鋼。做好中包烘烤制度，保持中包過熱度穩定。各工序做好覆蓋劑保溫。

加強鋼坯質量過程控制，提高鋼水純凈度，嚴格控制精煉出站溫度，堅持恒拉速澆鑄和結晶器液面自動控制，確保結晶器液面控制穩定，根據大量數據對比，確定末攪攪拌參數，調試輕壓下工藝，達到與生產、工藝相匹配，應用于生產。鋼坯質量進行檢查，鑄坯表面質量把控，提升鑄坯質量[5]。

2.2 高碳硬線冶煉低倍控制優化

高碳硬線冶煉工藝關鍵點控制，提高實物質量，規范入廠原料的技術質量標準，完善原料檢驗、抽查制度，形成常態檢查機制，重點檢查鈍化鎂、脫氧劑、精煉渣料、線類、粉類的理化指標、標識、粒度、水份、包裝等的規范程度。落實鋼種質量確認會要求，連續生產中煉鋼工序抓好擋渣、做好喂線、精煉埋弧操作，連鑄工序做好降低中包穩流器、擴大沖擊區面積、加強保護澆注、實現穩態澆注生產常態化。根據低倍情況調整相應的工藝參數，圖2、圖3 為150 cm×150 cm方坯82B 低倍。

圖2 150 cm×150 cm方坯82B 低倍（1.0 級）

圖3 150 cm×150 cm方坯82B 低倍（0.5 級）

圖2 中心疏松為1.0 級，圖3 中心疏松為0.5 級，根據低倍情況找出最穩定的過熱度和拉速配比，能為后續生產工藝提供數據參考，以確保得到組織和性能穩定的高碳鋼。

3 高碳硬線冶煉新技術展望

引進新技術，整體工藝流程及關鍵工藝裝備系統堅持采用成熟、先進、可靠的國產化技術，主要技術指標達到國際先進水平，控制水平在的同類項目前列。在煉鋼冶煉工藝技術上積極創新，研發具有自主知識產權的創新技術，降低生產過程能源消耗、提高冶煉產品自身質量、創新冶煉工藝。

引進新工藝，要加大對標力度，規范煉鋼取樣制度，明確了中包取樣時間，保證試樣代表性。例如在煉鋼冶煉過程對關鍵點進行把控，提供數據支撐，保證產品性能，為保證鑄坯質量，連鑄冷卻系統均采用氣霧冷卻，易產生鑄坯脫方、裂紋、凹陷等質量缺陷，優化煉鋼冶煉工藝把控，進一步提升高碳硬線鋼質量，生產高碳硬線鋼時，連鑄把結晶器水流量從原來的130～140 m3/h 調整為120～130 m3/h。

引進新設備，圍繞機械、液壓、電控、電器設備等重點區域引進新技術新設備，在系統運行與控制上與煉鋼冶煉工藝密切結合，保證生產工藝與設備系統雙順行。150 t 轉爐出鋼口優化改造，將原有出鋼口的孔徑擴大，提高出鋼口的通鋼量，內徑為Φ160～180 mm的截錐型出鋼口，將出鋼口內徑擴大至Φ180～200 mm，同步配套同規格的滑板，縮短出鋼時間至5 min，減少鋼水溫降降低，爐渣氧化性降低，鋼水中氣體含量。保障了連續生產的穩定，創造安全穩定的生產環境，助力推動環保、高質量、高效率發展。

4 結語

當前，在連續生產中提高高碳硬線鋼質量工藝技術，從冶煉過程關鍵點進行把控，在流程架構梳理、過程分析、流程等各個環節均由專業人員參與，實現了一體化運營體系的高質量、高效率搭建。連續生產質量體系中嚴格把控在線工藝技術，在連續生產中把控各鋼種內控成分，優化工藝參數，增強自主創新能力，質量水平提升，采用新技術、新工藝、新設備，實現技術進步，為安全連續生產提供了保障。