煉鋼-精煉-連鑄工藝生產(chǎn)高碳鋼的質(zhì)量控制研究

于銀俊

（安鋼鋼鐵集團有限公司，河南 安陽 455004）

現(xiàn)階段，在我國各大行業(yè)當中，最常應用到的鋼材之一就是高碳鋼，這與其獨有的優(yōu)勢密不可分。具體而言，高碳鋼在鋼結(jié)構(gòu)強度與整體硬度之上都有明顯優(yōu)勢，其耐受力也遠遠高于其他鋼材，因此在目前的大部分工程當中，都能夠發(fā)現(xiàn)高碳鋼的身影。為了進一步強化高碳鋼的生產(chǎn)質(zhì)量，必須要對具體的生產(chǎn)工藝進行嚴格把關(guān)，調(diào)整好每一項具體參數(shù)。就目前來說，生產(chǎn)高碳鋼的主要工藝就是煉鋼-精煉-連鑄工藝，因此如何發(fā)揮這種工藝的全部價值，強化高濤剛的生產(chǎn)質(zhì)量則是當前我們需要研究的主要問題。

1 煉鋼-精煉-連鑄工藝的基本概述

目前，我國生產(chǎn)高碳鋼過程中主要應用的技術(shù)手段就是煉鋼-精煉-連鑄工藝，通過對這項工藝的基本流程進行分析我們不難得出以下幾個具體步驟，首先，就是煉鋼環(huán)節(jié)，作為生產(chǎn)高碳鋼過程中的基礎環(huán)節(jié)，煉鋼過程中往往只需要結(jié)合常規(guī)鋼材的具體操作步驟即可，但在操作過程中必須要時刻注重質(zhì)量問題，從基礎上為高碳鋼做出質(zhì)量保障。其次，就是精煉環(huán)節(jié)，這一環(huán)節(jié)屬于高碳鋼生產(chǎn)當中的關(guān)鍵步驟，因此必須要做到精細化操作，嚴格結(jié)合我國所制定的高碳鋼使用標準以及具體的應用途徑來設置精煉過程中的實際參數(shù)數(shù)值，只有這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)普通鋼材與高碳鋼的平滑過渡[1]。最后，就是連鑄環(huán)節(jié)，在這一步驟當中，需要以精煉的實際參數(shù)為依托，從而達到連續(xù)生產(chǎn)高碳鋼的目的。

2 高碳鋼的主要添加成分解析

相較于普通鋼材，高碳鋼的碳含量往往能達到0.7%以上，但最高不會超過1.8%。高碳鋼坯作為生產(chǎn)高碳鋼的主要原材料，需要借助于軋機進行軋制，之后生成未來我國需要重點發(fā)展的幾種金屬制品。具體包括：經(jīng)過熱處理工序形成高簾線、拉力鋼絲繩以及高應力的鋼絲等等[2]。因此有越來越多的企業(yè)開始致力于高碳鋼的生產(chǎn)，但是受到種種因素的限制，所生產(chǎn)出的高碳鋼質(zhì)量不一，且價格存在較大差距。想要從根本上強化高碳鋼的質(zhì)量，就必須從它的化學添加成分著手，其中能夠強化高碳鋼強度的添加成分有硅元素、碳元素與錳元素，而硫元素與磷元素則會在一定程度上使高碳鋼韌性降低，同時提高高碳鋼的脆性。由此可見，任何一種化學添加成分的缺失或偏差，都會對高碳鋼的質(zhì)量造成直接影響。

3 影響高碳鋼質(zhì)量的主要因素

3.1 具體工藝的執(zhí)行水準

從我們目前對高碳鋼生產(chǎn)研究的進度來看，能夠?qū)ζ渖a(chǎn)質(zhì)量造成最直接影響的因素就是具體生產(chǎn)工藝的執(zhí)行是否標準。因此，作為用于高碳鋼的最主要工藝，煉鋼-精煉-連鑄工藝必須要確保自身的標準化與先進性，但是就目前的實際狀況而言，在生產(chǎn)過程中，工作人員操作失誤的情況時有發(fā)生，進而導致煉鋼-精煉-連鑄工藝在不同環(huán)節(jié)的鏈接與管理工作上不夠標準，因此無法全部發(fā)揮煉鋼-精煉-連鑄工藝的實際意義，其標準化生產(chǎn)與先進化程度也得不到體現(xiàn)。由此可見，工作人員的操作規(guī)范性直接影響著煉鋼-精煉-連鑄工藝的執(zhí)行水準，而煉鋼-精煉-連鑄工藝的執(zhí)行水準則決定了高碳鋼的生產(chǎn)質(zhì)量。

3.2 工藝參數(shù)是否標準

除了工藝的執(zhí)行水準之外，另一個影響高碳鋼質(zhì)量的重要因素就是加工工藝的參數(shù)是否標準。通過對煉鋼-精煉-連鑄工藝的具體參數(shù)進行分析得出，在煉鋼、精煉與連鑄這三個生產(chǎn)環(huán)節(jié)當中，盡管每一個環(huán)節(jié)需要設置的具體工藝參數(shù)各不相同，但是在生產(chǎn)過程中也必須要保證三個環(huán)節(jié)之間的連續(xù)性，因為這樣不僅能夠確保高碳鋼的生產(chǎn)質(zhì)量，還能夠保障生產(chǎn)過程中的安全問題，為工作人員提供一個安全的操作環(huán)境。但是目前在煉鋼-精煉-連鑄工藝應用過程中，對工藝參數(shù)的規(guī)范化控制沒有體現(xiàn)，實際的控制效果也不盡人意，經(jīng)常會出現(xiàn)工藝參數(shù)混亂的現(xiàn)象，導致高碳鋼的質(zhì)量大打折扣。

3.3 生產(chǎn)調(diào)度是否靈活

另外，在生產(chǎn)過程中，為了進一步確保高碳鋼的質(zhì)量，還需要進行靈活的生產(chǎn)調(diào)度。從現(xiàn)階段的煉鋼-精煉-連鑄工藝生產(chǎn)高碳鋼當中，煉鋼-精煉-連鑄工藝亟需在生產(chǎn)過程中進行合理的調(diào)整與調(diào)度，進行生產(chǎn)的控制轉(zhuǎn)換，通過這種手段，能夠有效提高高碳鋼在生產(chǎn)過程中每一個環(huán)節(jié)當中的銜接平順度，從而使煉鋼-精煉-連鑄工藝變得更加合理有序，但是目前在生產(chǎn)過程中，這種靈活的調(diào)度方式顯然沒有體現(xiàn)，這不僅會對高碳鋼的質(zhì)量造成影響，還會直接影響到每一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性。由此可見，在未來的發(fā)展過程中，必須要提高生產(chǎn)調(diào)度的靈活性，建立一個完善的生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)，從而提高生產(chǎn)過程的合理性與生產(chǎn)質(zhì)量[3]。

4 高碳鋼生產(chǎn)質(zhì)量控制措施分析

4.1 做好鐵水的預處理工作

生產(chǎn)高碳鋼就是要將鐵原料冶煉成為碳含量較高的鋼材料，通過將鐵材料進行高溫熔化之后，在進行高精度的提煉，以求最大程度降低鐵材料當中的各種雜質(zhì)。所以在生產(chǎn)過程中，鐵水的含量以及具體溫度，都會對高碳鋼的質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。因此必須要做好鐵水的預處理工作，嚴格把控鐵水的溫度以及含量，從而提高生產(chǎn)質(zhì)量。受融化過程中極高的溫度影響，鐵水的溫度往往能夠達到1000℃以上，除了這種物理溫度之外，鐵水在融化過程中受到化學元素的影響還會產(chǎn)生一定的化學熱量。在進行第一個環(huán)節(jié)即煉鋼時，需要始終確保鐵水的溫度在1200℃以上[4]。這時，我們可以借助于攪拌或者加入適當?shù)拿摿蛭镔|(zhì)，提高鐵水的含量，從而保障高碳鋼的質(zhì)量。

圖1 轉(zhuǎn)爐冶煉過程及結(jié)構(gòu)

4.2 嚴格把控高碳鋼中的硫含量

硫化物作為一種非金屬元素的雜質(zhì)，由于在利用煉鋼-精煉-連鑄工藝生產(chǎn)高碳鋼的過程中熔點較低，會導致鐵晶格發(fā)生形變，這種特性會致使高碳鋼的脆性大大增加，進而影響到高碳鋼的可塑性與可焊接性。由此可見，高碳鋼當中硫含量的多少也會對其質(zhì)量產(chǎn)生影響。從實質(zhì)上來說，脫硫反應可以被劃分為吸熱反應當中的一種，在高碳鋼生產(chǎn)過程中，一般會使用爐渣反應來進行脫硫，借助于鋼水當中的硅、鈣等元素，從而生成硫化物與渣體進行強烈反應，而后在首次送點結(jié)束以后充分攪拌這部分鋼，使其硫化反應加大，最終實現(xiàn)脫硫的目標，控制好高碳鋼當中的硫含量[5]。

4.3 嚴格把控澆筑過程中的溫度

在連鑄環(huán)節(jié)當中，主要是能夠在標準范圍之內(nèi)獲取到結(jié)構(gòu)相對優(yōu)質(zhì)的鑄坯，進而有效控制精煉環(huán)節(jié)之后可能對鋼水產(chǎn)生的二次污染。通常情況下，當鑄坯的鑄造溫度過高時，其柱狀晶粒的大小也會隨之改變，而中心碳的偏析也會隨之加大，進而影響到鑄坯的生產(chǎn)質(zhì)量。反而言之，如果鑄坯的鑄造溫度過低，則會使鋼結(jié)構(gòu)極易發(fā)生形變。由此可見，必須要嚴格把控澆筑過程中的溫度，提高鑄坯的質(zhì)量，從而強化高碳鋼質(zhì)量。具體而言，需要將鑄坯的溫度控制在35°～45°之間，而在連鑄環(huán)節(jié)當中，則需要控制鑄坯的溫度在20°～35°之間。為了避免精煉環(huán)節(jié)之后的鑄坯二次污染問題，還需要嚴格把控鋼水的再次氧化問題，從而降低雜物卷入的概率[6]。

4.4 嚴格把控轉(zhuǎn)爐冶煉過程

現(xiàn)階段，我國進行轉(zhuǎn)爐冶煉主要有高拉碳補吹法與低拉碳增碳法這兩種方式。其中高拉碳補吹法在生產(chǎn)時需要使用高純度鐵水以及其他的廢鋼等材質(zhì)作為生產(chǎn)初期的主要材料，但是需要嚴格控制生產(chǎn)過程中的碳含量。具體可以借助于測溫取樣的方式來確定實際碳含量，從而進行轉(zhuǎn)爐冶煉過程中的科學配比。但是高拉碳補吹法同樣具有較大弊端，即會導致大量溫度的流失，降低轉(zhuǎn)爐內(nèi)溫度，從而提高生產(chǎn)成本。而低拉碳增碳法則相對比較簡單，只需要確保轉(zhuǎn)爐的溫度不過低即可，脫硫效果也十分優(yōu)異。但是這種方式必須要求操作人員的專業(yè)素養(yǎng)過硬，才能夠增強高碳鋼的生產(chǎn)質(zhì)量[7]。

4.5 確定責任區(qū)域提高生產(chǎn)質(zhì)量

對責任區(qū)域進行確定，不僅能夠提高生產(chǎn)質(zhì)量，還能夠提升生產(chǎn)工藝的水準。在煉鋼-精煉-連鑄工藝的三個生產(chǎn)環(huán)節(jié)當中，只要有一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，就會導致高碳鋼的質(zhì)量出現(xiàn)不同程度的影響，進而影響到未來這種工藝的應用與發(fā)展。因此，必須要做好煉鋼-精煉-連鑄工藝的責任區(qū)域劃分工作，并提供專業(yè)的監(jiān)管人員對每一個責任區(qū)域進行嚴格的監(jiān)督管理，從而降低生產(chǎn)過程中發(fā)生問題的概率，顯著提升煉鋼-精煉-連鑄工藝的執(zhí)行效果。為此就需要強化對工作人員的專業(yè)技能培養(yǎng)以及生產(chǎn)意識教育，提高他們工作的積極性與規(guī)范性。

4.6 建立數(shù)字化調(diào)度機制提高生產(chǎn)調(diào)度靈活性

在高碳鋼生產(chǎn)過程中，需要針對生產(chǎn)環(huán)境進行有效、穩(wěn)定的控制，但是在實際生產(chǎn)開始之后，工作人員往往認為這種對環(huán)境的控制會影響到生產(chǎn)的效率，進而導致生產(chǎn)環(huán)境存在嚴重波動，影響生產(chǎn)安全與質(zhì)量[8]。因此，需要充分利用計算機技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立一個數(shù)字化的調(diào)度機制平臺，不僅實現(xiàn)生產(chǎn)的靈活調(diào)度，還要實現(xiàn)調(diào)度工作的高效、科學與規(guī)范化。通過這種手段，能夠有效提高每一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的有序銜接，提升高碳鋼的質(zhì)量。

5 結(jié)束語

綜上所述，利用煉鋼-精煉-連鑄工藝生產(chǎn)高碳鋼，需要我們從多方面進行質(zhì)量控制，在提升該工藝實際成效的同時，解決生產(chǎn)高碳鋼過程中的質(zhì)量問題。