高強焊絲鑄坯表面質量提升控制研究

楊斌   李亞彥

(河鋼承鋼 線材事業部)

摘要：橫向凹陷、縱向凹陷、渣坑等表面缺陷是某廠生產高強焊絲鋼鑄坯表面的主要問題，其產生的原因是由于保護渣的潤滑性能不良造成。橫向凹陷、縱向凹陷、渣坑等表面缺陷一方面會使鑄坯表面產生夾渣、裂紋和皮下氣泡等缺陷；另一方面，由于該處傳熱不好會使局部奧氏體晶粒粗大和微觀組織發展而產生組織不均勻的現象，引起軋材拉拔斷裂。因此，通過優化結晶器保護渣理化性能，改善保護渣的潤滑性能，鑄坯表面缺陷得以改善，缺陷處組織的不均勻性得到控制，為后續的軋鋼過程提供了合格的鑄坯。

關鍵詞：高強焊絲鋼；表面缺陷；保護渣；

0 引言

高強焊絲鋼主要用于生產60公斤以上焊絲，隨著汽車、輪船、機械各行業的技術進步，對焊接性能和強度上提出了更高的要求。對某廠用于生產高強焊絲鋼的鑄坯為165 mm x165mm斷面的小方坯，由于小斷面方坯結晶器散熱速度快、液面溫度低，因此控制潤滑、傳熱和絕熱保溫的結晶器保護渣配碳量常控制較高，同時為防止鑄坯表面缺陷而引起材的拉拔斷裂，須采用低黏度保護渣控制鑄坯表面缺陷。因此，針對小方坯表面缺陷的形成特點進行研究，通過優化保護渣理化參數以改善鑄坯表面質量，為軋鋼工序提供合格的鑄坯。

1 連鑄坯表面質量現狀及原因分析

某廠生產的高強焊絲鋼165 mm×165mm小方坯由于保護渣潤滑不良造成了鑄坯橫向凹陷、縱向凹陷、渣坑等表面缺陷。下圖為鑄坯產生的橫向凹陷、縱向凹陷、渣坑等表面缺陷

對現場凹陷鑄坯進行取樣觀察，發現凹陷類型為橫向凹陷、縱向凹陷、渣溝及渣坑。

選取鑄坯凹陷部位進行酸洗，觀察鑄坯表面情況

取鑄坯表面渣坑內渣樣化驗與保護渣對比成分

表面缺陷會誘導鑄坯表面產生裂紋等缺陷，該缺陷存在于鑄坯表面以下的位置較深，且已被氧化，這將在軋制過程中難以焊合而使軋材產生表面裂紋；另—方面，凹陷缺陷下氣隙熱阻增大、傳熱不良，使局部奧氏體晶粒粗大及微觀組織異常發展，從而產生成分不均勻現象。導致軋材組織不均產生拉拔斷裂。產生橫向凹陷、縱向凹陷、渣坑等表面缺陷的原因主要是由于保護渣性能熔速慢、堿度低熔化不良，新結晶器錐度小，拉速低并且不穩定，鋼液在凝固時鑄坯表面產生的氧化鐵皮與結晶器摩擦振動的過程中擠入振痕的縫隙中，形成凹陷。結晶器冷卻強度大，侵入式水口插入深度較深不利于保護渣熔化，保護渣黏附在鑄坯表面，形成渣坑。

2 優化保護渣理化性能及措施

如前所述，可采取降低保護渣的黏度、熔點等措施，來加快液渣的形成、提高液渣膜厚度以增加結晶器彎月面處的液渣流入量，從而改善鑄坯坯殼與結晶器銅板之間的潤滑，這也就提高了保護渣的消耗量。因此，保護渣性能的好壞可由保護渣消耗量表征。表為生產高強焊絲鋼的小方坯結晶器保護渣優化前后的理化參數。

保護渣質保書成分對比表

斷面為165mm X 165mm的小方坯單位面積消耗量(Qs)理論值為0．13 kg／m2。生產現場的保護渣消耗量通常用單位鑄坯質量的消耗Qt(kg／t)來計算，因此需要將Qs換算為Qt，其換算公式如式(1)所示。

R表示結晶器表面積與體積之比，R=2(W+t)／wt，

其中似，w t分別為結晶器寬面和窄面長度(m)。

Qt=RQs／7.6                                           (1)

經計算，斷面為165 mm×165mm的小方坯保護渣理論消耗量為0.68 kg／t。而目前的保護渣實際消耗為0.55 kg／t，因此導致液渣流入量少和潤滑不良而使鑄坯表面出現橫向凹陷、縱向凹陷、渣坑等表面缺陷。

以上分析表明：目前鑄坯出現橫向凹陷、縱向凹陷、渣坑等表面缺陷主要是由于保護渣的熔化速度慢和潤滑不良引起。主要措施有：

（1）須降低保護渣熔點、黏度以提高潤滑性能，降低保護渣配碳量，提高熔化速率和保護渣液渣層厚度，獲得穩定的液渣膜厚度，優化前液渣層厚度一般要為6-7 mm，控制在8-10 mm為宜。

（2）結晶器裝置的穩定與否對表面質量起著至關重要的作用。因此，合理增加結晶器錐度，加強結晶器的檢修與維護，確保結晶器裝置工作在理想狀態。

（3）降低結晶器水量，降低彎月面區熱流密度，減少坯殼線收縮，從而減輕凝固坯殼激冷層厚度的不均勻性，減少鑄坯凹陷出現。

（4）降低鋼水過熱度，適當控制拉速，增大坯殼厚度，減少鑄坯凹陷出現。

（5）適當降低浸入式水口的插入深度，建議插入深度為90~100mm。有利于保護渣熔化，減少渣溝及渣坑的產生。

3結論

（1）保護渣性能熔速慢、堿度低熔化不良，連鑄結晶器錐度小，拉速低并且不穩定鋼液在凝固時鑄坯表面產生的氧化鐵皮與結晶器摩擦振動的過程中擠入振痕的縫隙中，形成凹陷主要原因。

（2）保護渣熔化速度慢和潤滑不良是保護渣黏附在鑄坯表面，形成渣溝及渣坑。  

（3）通過優化保護渣的性能、調整結晶器參數、恒拉速等措施，使鑄坯表面缺陷得到明顯改善。

參考文獻

[1] 蔡開科程富士主編.《連續鑄鋼原理與工藝》.冶金工業出版社.

[2]盧盛意．連鑄坯質量 冶金工業出版社

[3]李殿明，邵明天．連鑄結晶器保護渣應用技術 冶金工業出版社