探討對高碳鋼連鑄工藝的優(yōu)化

張宇 李鵬 王金雙

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(yè)生產(chǎn)中高碳鋼具有不可替代的作用，因此在智能化和機(jī)械化的高碳鋼連鑄工藝中，必須優(yōu)化鑄造工藝，提升高碳鋼的質(zhì)量。本文通過對高碳鋼的成分進(jìn)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(yè)有益的啟示。

關(guān)鍵詞：高碳鋼;連鑄工藝;優(yōu)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(yè)生產(chǎn)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(jiān)硬的特種鋼材，具有良好的淬火和回火的性能，平時(shí)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(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，因此很多鋼廠都在進(jìn)行高質(zhì)量的高碳鋼的生產(chǎn)，高碳鋼的產(chǎn)量也在逐年增加，工藝水平也越來越高，尤其是現(xiàn)在伴隨著連鑄工藝的出現(xiàn)，在煉鋼工藝中更應(yīng)該注意在智能化、自動(dòng)化和機(jī)械化的生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)高碳鋼的質(zhì)量控制。

1 高碳鋼中添加成分的論述

在工業(yè)煉鋼生產(chǎn)的過程中，只加入一定量的碳元素不添加其他化合物，經(jīng)過一定的加熱處理，然后進(jìn)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(qū)別就在與硬度高、強(qiáng)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(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。社會(huì)生產(chǎn)對于高質(zhì)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(chǎn)品質(zhì)量，以高碳鋼的連鑄工藝為出發(fā)點(diǎn)，對煉鋼過程中的成分添加進(jìn)行分析。不同的元素能夠起到不同的化學(xué)作用，比如添加碳元素、硅元素、錳元素目的是增加鋼的強(qiáng)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(fù)雜的反應(yīng)過程，既有物理反應(yīng)也有化學(xué)反應(yīng)，因此在連鑄過程中需要密切關(guān)注整個(gè)工藝流程，不同成分的配比要適當(dāng)，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?dú)獾纫蛩?。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(xué)元素的添加量，需要操作人員根據(jù)實(shí)際情況來確定。

2 高碳鋼連鑄工藝的優(yōu)化

上世紀(jì)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(yōu)點(diǎn)是方法容易掌握，不需要太多的技術(shù)含量，但是缺點(diǎn)也很明顯，主要是生產(chǎn)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(jì)80年代采用的鋼水預(yù)處理工藝讓煉鋼的效率得到了提升，再后來出現(xiàn)了連鑄工藝，讓高碳鋼的產(chǎn)量得到大幅度提升，質(zhì)量也有保障。

2.1 鋼水預(yù)處理工藝優(yōu)化

對高碳鋼的質(zhì)量影響較大的是鋼水的成分，將鐵水預(yù)處理能夠提升高碳鋼的質(zhì)量，預(yù)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(yè)經(jīng)常采用噴吹法作為脫硫的方法，鋼水經(jīng)過嚴(yán)格的噴吹后能夠大幅度提升高碳鋼的質(zhì)量，同時(shí)能夠?qū)⒏咛间撝械牧蚝拷档偷饺f分之一以下。

2.2 轉(zhuǎn)爐冶煉處理工藝優(yōu)化

煉鋼過程的主體是轉(zhuǎn)爐冶煉的過程，目前主要通過以下兩種方法來優(yōu)化連鑄工藝：

2.2.1 高拉碳補(bǔ)吹法

采用高拉碳補(bǔ)吹法的原理是對高碳鋼中的碳元素、硫元素以及磷元素進(jìn)行控制，通過元素含量的配比來提升質(zhì)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(shí)際操作中需要控制碳的含量。在高拉碳補(bǔ)吹法下為了確保碳含量配比正確，需要多次倒?fàn)t來取樣測量。這樣雖然能夠保證碳含量配比的準(zhǔn)確，但是會(huì)造成熱量的損失，倒?fàn)t以后還需要進(jìn)行再次加溫處理，提高了煉鋼成本。同時(shí)造成溫度很難進(jìn)行控制，導(dǎo)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(jīng)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(jìn)后期高碳鋼的精練，但是這種方法會(huì)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(yán)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(jīng)過電離讓鋼水產(chǎn)生的氧氣通過與鐵進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)形成氧化鐵，氧化鐵會(huì)分布在鋼成品的表面晶界上，讓高速鋼的可塑性增強(qiáng)，氧化鐵與伴生物硫化鐵兩者共同作用會(huì)讓高碳鋼產(chǎn)生熱脆現(xiàn)象，因此必須優(yōu)化過氧過程中的連鑄工藝控制。對于煉鋼企業(yè)一般脫氧都是采用化學(xué)方式，根據(jù)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(jìn)行反應(yīng)時(shí)加入鋁熱劑，而無鋁脫氧單純的是讓硅鐵和錳鐵進(jìn)行反應(yīng)，不加入鋁熱劑。在脫氧過程中煉鋼企業(yè)可以根據(jù)實(shí)際情況靈活選擇脫氧方法。

2.4 精練過程的工藝優(yōu)化

為了提高高碳鋼的質(zhì)量穩(wěn)定性，需要進(jìn)一步的進(jìn)行精煉，在精練中或者二次精練時(shí)可以采用鋼包吹爐工藝，能夠?qū)t渣的堿度進(jìn)行調(diào)節(jié)，一般來說低堿度數(shù)值是1，高堿度為2和3之間，堿度數(shù)值的確定方法是對爐渣中氧化鈣以及二氧化鋅等物質(zhì)的含堿量進(jìn)行分析而確定的。

3 結(jié)語

在高碳鋼連鑄工藝中設(shè)計(jì)到很多的步驟，本文只是介紹了比較重要的幾個(gè)步驟。在連鑄工藝過程中，除了要控制好工藝技術(shù)以外，還要考慮煉鋼企業(yè)的生產(chǎn)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(yè)生產(chǎn)的高質(zhì)量和高效率。

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（作者單位：1.大連大山結(jié)晶器有限公司;2.展翔海事（大連）有限責(zé)任公司船業(yè)分公司;3.大連中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司）