对高碳钢连铸工艺的优化研究

摘要：高碳钢又叫工具钢，其碳含量一般在0.6%到1.7%之间，能够淬火和回火。在工业生产中高碳钢具有不可替代的作用，因此在智能化和机械化的高碳钢连铸工艺中，必须优化铸造工艺，提升高碳钢的质量。本文通过对高碳钢的成分进行分析，提出了在高碳钢连铸中的工艺控制，希望能给炼钢企业有益的启示。

关键词：高碳钢；连铸工艺；优化

高碳钢主要用来铸造各种精密的工具等，因此也被称为工具钢，在工业生产中高碳钢起到了其他钢不可替代的作用，高碳钢的碳含量一般在0.6%到1.7%之间，是一种特种特别坚硬的特种钢材，具有良好的淬火和回火的性能，平时生活中常见的大锤和撬棒就是利用高碳钢来制造的，碳含量约为075%，一些精密钻头和铰刀等切割工具也是由高碳钢制造而成，碳含量约为1%。由于高碳钢在我国各个生产领域都有广泛的应用，因此很多钢厂都在进行高质量的高碳钢的生产，高碳钢的产量也在逐年增加，工艺水平也越来越高，尤其是现在伴随着连铸工艺的出现，在炼钢工艺中更应该注意在智能化、自动化和机械化的生产过程中实现高碳钢的质量控制。

1 高碳钢中添加成分的论述

在工业炼钢生产的过程中，只加入一定量的碳元素不添加其他化合物，经过一定的加热处理，然后进行冷拔形成钢坯，在通过硬化处理手段就形成了高碳钢。这种钢与其他钢的区别就在与硬度高、强度大。而且高碳钢具有较好的弹性，磨损和切口的极限也较好，具备削切的功能，因此高碳钢在工业领域得到了广泛的应用。社会生产对于高质量的高碳钢需求越来越高，对于钢厂来说必须不断提升高碳钢的产品质量，以高碳钢的连铸工艺为出发点，对炼钢过程中的成分添加进行分析。不同的元素能够起到不同的化学作用，比如添加碳元素、硅元素、锰元素目的是增加钢的强度、硫元素的目的是增加钢的脆性等。

高碳钢的连铸工艺包含了复杂的反应过程，既有物理反应也有化学反应，因此在连铸过程中需要密切关注整个工艺流程，不同成分的配比要适当，由于在连铸工艺中需要与空气接触，因此还需要注意空气中不同元素对高碳钢的性能影响，主要是氧气、氮气等因素。一般来说空气中的气体对于高碳钢的影响如下：电离水得到的氢气能够溶解于表皮，增大脆性、电离空气得到的碳元素溶解于钢水，增大脆性、电离还原得到的氧元素溶解于钢水，降低韧性。由此可见，在高碳钢连铸工艺中首先要控制各种化学元素的添加量，需要操作人员根据实际情况来确定。

2 高碳钢连铸工艺的优化

上世纪70年代的高碳钢比如钢丝铸造等都采用的是模铸工艺，这种工艺方式的优点是方法容易掌握，不需要太多的技术含量，但是缺点也很明显，主要是生产效率很低，对于目前大量的高碳钢需求显然无法满足。到了上世纪80年代采用的钢水预处理工艺让炼钢的效率得到了提升，再后来出现了连铸工艺，让高碳钢的产量得到大幅度提升，质量也有保障。

2.1 钢水预处理工艺优化

對高碳钢的质量影响较大的是钢水的成分，将铁水预处理能够提升高碳钢的质量，预处理的方法一般是脱硫法，目的是为了提升高碳钢的韧性。目前炼钢企业经常采用喷吹法作为脱硫的方法，钢水经过严格的喷吹后能够大幅度提升高碳钢的质量，同时能够将高碳钢中的硫含量降低到万分之一以下。

2.2 转炉冶炼处理工艺优化

炼钢过程的主体是转炉冶炼的过程，目前主要通过以下两种方法来优化连铸工艺：

2.2.1 高拉碳补吹法

采用高拉碳补吹法的原理是对高碳钢中的碳元素、硫元素以及磷元素进行控制，通过元素含量的配比来提升质量。使用的材料主要包括高纯铁水或者铁水与废钢的混合物，实际操作中需要控制碳的含量。在高拉碳补吹法下为了确保碳含量配比正确，需要多次倒炉来取样测量。这样虽然能够保证碳含量配比的准确，但是会造成热量的损失，倒炉以后还需要进行再次加温处理，提高了炼钢成本。同时造成温度很难进行控制，导致氧化铁的含量很低，不利于炼钢出炉以后的精练工序的开展。

2.2.2 低拉碳增碳工艺

低拉碳增碳工艺只需要放两次碳，在注入钢水前将0.07%0.15%的碳量注足，经过连铸后再一次注入碳粉，这种工艺方式很容易掌握，炼炉需要很高的温度，具有较好的脱磷效果。而且能够极大的促进后期高碳钢的精练，但是这种方法会影响成品钢的韧性，而且要求操作人员具有一定的观测水平和严格的操作工艺。

2.3 脱氧过程的工艺控制

等到钢水冷却并凝固后，经过电离让钢水产生的氧气通过与铁进行化学反应形成氧化铁，氧化铁会分布在钢成品的表面晶界上，让高速钢的可塑性增强，氧化铁与伴生物硫化铁两者共同作用会让高碳钢产生热脆现象，因此必须优化过氧过程中的连铸工艺控制。对于炼钢企业一般脱氧都是采用化学方式，根据脱氧过程中是否含铝分为两种：有铝脱氧是在硅铁和锰铁进行反应时加入铝热剂，而无铝脱氧单纯的是让硅铁和锰铁进行反应，不加入铝热剂。在脱氧过程中炼钢企业可以根据实际情况灵活选择脱氧方法。

2.4 精练过程的工艺优化

为了提高高碳钢的质量稳定性，需要进一步的进行精炼，在精练中或者二次精练时可以采用钢包吹炉工艺，能够对炉渣的碱度进行调节，一般来说低碱度数值是1，高碱度为2和3之间，碱度数值的确定方法是对炉渣中氧化钙以及二氧化锌等物质的含碱量进行分析而确定的。

3 结语

在高碳钢连铸工艺中设计到很多的步骤，本文只是介绍了比较重要的几个步骤。在连铸工艺过程中，除了要控制好工艺技术以外，还要考虑炼钢企业的生产成本，在提高工艺水平的前提下要尽量降低成本，确保炼钢企业生产的高质量和高效率。

参考文献：

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[2]张群亮，郭朝晖，徐国栋.宝钢连铸工艺参数辅助优化工具的开发与应用[J].连铸，2011（06）.

[3]连铸.冶炼、连铸工艺与装备技术方向——重要研究进展之三[J].2016（06）.

作者简介：张向东（1978），男，汉族，河北唐山人，本科，助理工程师，研究方向：钢铁冶金。