試析煉鋼-精煉-連鑄工藝生產(chǎn)高碳鋼的質(zhì)量控制

【摘 ?要】在近些年來(lái)，隨著工業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展，對(duì)于高碳鋼的性能和質(zhì)量方面有著嚴(yán)格的要求，然而，生產(chǎn)出來(lái)的高碳鋼在質(zhì)量方面存在著許多問(wèn)題，例如，高碳鋼硬度低、強(qiáng)度低、材料成分分布不均、特別容易發(fā)生脆斷的問(wèn)題。這篇文章主要介紹的主要是，為了能夠生產(chǎn)出高質(zhì)量、高強(qiáng)度、分布性均勻的高碳鋼以滿足現(xiàn)代化市場(chǎng)的要求，對(duì)煉鋼、精煉、連鑄工藝生產(chǎn)高碳鋼質(zhì)量控制方式進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】煉鋼;精煉;連鑄工藝;高碳鋼;質(zhì)量

引文

高碳鋼的硬度非常高而且具有極好的回火和淬火的性能，主要應(yīng)用于精密的儀器設(shè)備、刀具、機(jī)械設(shè)備的鑄造，例如電鉆的鉆頭、玻璃刀等。高碳鋼碳的含量特別低，只在0.6-0.7間。在工業(yè)的生產(chǎn)中有著重要的價(jià)值。但是，由于受到了鑄造技術(shù)和鑄造設(shè)備的影響，使得生產(chǎn)出來(lái)的高碳鋼質(zhì)量不過(guò)關(guān)，而且存在許多弊端，這使得高碳鋼的市場(chǎng)占有率受到了影響，然而我國(guó)作為鋼材生產(chǎn)的大國(guó)，這直接影響到我國(guó)高碳鋼行業(yè)的發(fā)展。

1煉鋼過(guò)程中高碳鋼質(zhì)量的有效控制

1.1對(duì)鐵水進(jìn)行預(yù)處理。

煉鋼的本質(zhì)就是將鐵轉(zhuǎn)化成鋼，煉鋼的主要步驟是先將鐵融化，再對(duì)鐵水進(jìn)行提煉操作，再除去鐵液中的雜質(zhì)。在煉鋼的全過(guò)程中，影響鋼材之間的主要因素是鐵元素的含量多少、提煉過(guò)程中溫度的高低、鐵元素和其他的化學(xué)成分產(chǎn)生的化學(xué)熱量。所以在煉鋼的過(guò)程中，要對(duì)溫度進(jìn)行嚴(yán)格的把控，首先在煉鋼工序的操作過(guò)程中，要將鐵水的溫度控制在1250度以上。因此在嚴(yán)格鋼材提煉過(guò)程中，需要將鐵水里面的其他元素進(jìn)行脫離操作，其他元素的含量盡量保持在百分之四以下，使其他元素脫離可以采用攪拌和添加脫硫物質(zhì)，在此過(guò)程中還可以使用扒渣設(shè)備使扒渣率保持在百分之八十以上。

1.2轉(zhuǎn)爐冶煉

轉(zhuǎn)爐冶煉的操作過(guò)程就是將對(duì)預(yù)處理后的鐵水繼續(xù)完成冶煉的過(guò)程，這道工序在脫硫和扒渣之后執(zhí)行的。轉(zhuǎn)爐冶煉的方法可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量而且還可以降低原料的消耗，而其他煉鋼的方法很難做到這種程度。在轉(zhuǎn)爐冶煉的過(guò)程中，所涉及的冶煉方法有氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐法、高拉碳補(bǔ)吹法、低拉碳增碳法。而且通常采用高壓氧氣流將鐵水注入爐內(nèi)，在這個(gè)過(guò)程中，由于在高溫的條件下，鐵水和和氧氣發(fā)生了氧化反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)工序溫度的完美把控和擺脫了其他成分的干擾。在這道工序結(jié)束后，我們應(yīng)該對(duì)樣品進(jìn)行成分檢測(cè)，用以確定生產(chǎn)品是否合格。

2高碳鋼精煉過(guò)程中的質(zhì)量控制

2.1高碳鋼中硫含量的調(diào)節(jié)和控制

在高碳鋼的提煉過(guò)程中，硫的含量會(huì)直接影響到高碳鋼的質(zhì)量和硬度等級(jí)，對(duì)于高碳鋼中硫含量的調(diào)節(jié)和控制非常重要。這是因?yàn)樵诟咛间摼珶挼倪^(guò)程中，硫元素可以使鐵元素發(fā)生嚴(yán)重的晶格變形情況。如果鐵元素發(fā)生晶格變形，就會(huì)使生產(chǎn)出的高碳鋼質(zhì)量大打折扣，就會(huì)大大降低高碳鋼的可塑性和可焊性。所以在提煉過(guò)程中，要重視脫硫操作。在脫硫的操作過(guò)程中，通常采用的是爐渣反應(yīng)法，這是因?yàn)槊摿蚍磻?yīng)屬于吸收熱能的化學(xué)反應(yīng)，通過(guò)爐渣反應(yīng)法使在鋼水中的鈣、鐵、鋁、硅等其他元素與硫發(fā)生反應(yīng)，從而達(dá)到脫硫的效果，在這個(gè)過(guò)程中可以加入一些對(duì)生產(chǎn)不影響的催化劑或者是充分?jǐn)嚢?，從而使脫硫更加充分，加快脫硫速率。在高碳鋼精煉的過(guò)程中，高碳鋼對(duì)硫含量的調(diào)節(jié)和控制非常重要。

2.2溫度的控制與軟吹工藝

在鋼水的提煉過(guò)程中，溫度的控制和鈣處理的軟吹工藝起到了很大的作用。在對(duì)鋼水進(jìn)行澆筑的操作的時(shí)候，極易發(fā)生堵塞的現(xiàn)象。這是因?yàn)殇撍谕瓿擅撲X氧的工序之后，在鋼水的成分中有三氧化二鋁的反應(yīng)生成，由于這種成分的存在，使?jié)仓^(guò)程發(fā)生堵塞現(xiàn)象。為了解決三氧化二鋁造成的堵塞現(xiàn)象，可以在鋼水里面添加鈣元素，當(dāng)鈣元素和三氧化二鋁發(fā)生反應(yīng)后，三氧化二鋁被消耗而生成熔點(diǎn)較低的氯酸鈣，這樣可有效的解決鋼水澆筑過(guò)程中，發(fā)生的堵塞現(xiàn)象。最后使用溫度控制的軟吹工藝，除去三氧化二鋁和鈣反應(yīng)的浮雜物，首先要根據(jù)溫度的要求在鋼水中加入適量的硅鈣芯線，將芯線以1.5m/s的速度插入鋼水的中，對(duì)浮雜物進(jìn)行輕輕的吹大約十分鐘左右。這就是溫度的控制和鈣處理的軟吹工藝，有效的解決了三氧化二鋁造成水管堵塞的問(wèn)題。

2.3高碳鋼中鋁含量的控制

經(jīng)過(guò)研究人員的研究表明，高碳鋼中鋁的含量直接影響到產(chǎn)品的形變性能和可塑性能，在高碳鋼進(jìn)行淬火和回火的過(guò)程中，如果鋼水中鋁的含量小于2% 時(shí)，高碳鋼晶體顆粒會(huì)變成球狀顆粒，與此同時(shí)球光體片層間的距離也會(huì)相應(yīng)的變小，這有利于提高高碳鋼的可塑性;如果高碳鋼中鋁的含量大于2%時(shí)，高碳鋼中奧氏體晶粒規(guī)格會(huì)變小，而且會(huì)對(duì)高碳鋼中的碳元素的反應(yīng)有抑制作用，這使得高碳鋼加工的工序取得的效果不理想。因此，在高碳鋼中鋁的含量盡量控制在2%以內(nèi)，這不僅可以提高鋼制產(chǎn)品的形變性能，還可以提高高碳鋼的可塑性能。

3連鑄工藝的高碳鋼質(zhì)量控制

3.1中間包冶金。

中間包冶金是鋼坯澆筑工程中的最后一道工序，也是最重要的一道工序。中間包冶金技術(shù)主要是為了防止鋼坯中的成分再次氧化，從而減少氧化問(wèn)題帶來(lái)的危害，這項(xiàng)技術(shù)主要是在鋼包和中間包之間使用長(zhǎng)水口，從而降低雜質(zhì)的含量，防止剛包下渣。在此過(guò)程中應(yīng)注意對(duì)溫度的把控，以達(dá)到減少氧化物的危害，從而提高鋼鑄胚的質(zhì)量。

3.2電磁攪拌及輕壓技術(shù)

電磁攪拌及輕壓技術(shù)的工作原理是，通過(guò)磁場(chǎng)感應(yīng)控制鋼水中金屬和非金屬的攪拌。電磁攪拌及輕壓技術(shù)一般使用在澆筑塊凝固定開(kāi)始的時(shí)候。因?yàn)殇撍哂辛鲃?dòng)性，而且極易發(fā)生中心偏析的情況，所以可以采用能夠發(fā)出磁場(chǎng)的設(shè)備，使此過(guò)程中產(chǎn)生晶體的隨磁場(chǎng)的方向移動(dòng)。在這個(gè)過(guò)程中可以采用調(diào)節(jié)電流的大小的方法改變磁場(chǎng)力的大小，從而改變攪拌的力量，從而使熔點(diǎn)低的物質(zhì)分離。

3.3澆筑溫度的有效控制。

柱狀晶體極易使鑄坯的中心出現(xiàn)偏析的問(wèn)題，然而，澆注溫度會(huì)對(duì)柱狀晶體有著一定的影響。當(dāng)溫度升高時(shí)，柱狀晶體的顆粒的直徑會(huì)變大，偏析的現(xiàn)象就越明顯;當(dāng)溫度降低時(shí)，鑄坯的等軸晶體就會(huì)擴(kuò)大，所以在鑄坯的過(guò)程中，溫度應(yīng)盡量控制要合理，這有利于金屬發(fā)生形變。

結(jié)束語(yǔ)

在高碳鋼連鑄的生產(chǎn)中，要對(duì)連鑄過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制，從而生產(chǎn)出高質(zhì)量、高實(shí)用性、高強(qiáng)度、高硬度的精品高碳鋼，從而促進(jìn)我國(guó)高碳鋼生產(chǎn)行業(yè)的快速發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：

趙子茂（1983-），男，山東萊蕪，本科，工程師，研究方向：冶金

（作者單位：山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司特鋼事業(yè)部）