高强焊丝铸坯表面质量提升控制研究

高强焊丝铸坯表面质量提升控制研究

杨斌   李亚彦

(河钢承钢 线材事业部)

摘要：横向凹陷、纵向凹陷、渣坑等表面缺陷是某厂生产高强焊丝钢铸坯表面的主要问题，其产生的原因是由于保护渣的润滑性能不良造成。横向凹陷、纵向凹陷、渣坑等表面缺陷一方面会使铸坯表面产生夹渣、裂纹和皮下气泡等缺陷；另一方面，由于该处传热不好会使局部奥氏体晶粒粗大和微观组织发展而产生组织不均匀的现象，引起轧材拉拔断裂。因此，通过优化结晶器保护渣理化性能，改善保护渣的润滑性能，铸坯表面缺陷得以改善，缺陷处组织的不均匀性得到控制，为后续的轧钢过程提供了合格的铸坯。

关键词：高强焊丝钢；表面缺陷；保护渣；

0 引言

高强焊丝钢主要用于生产60公斤以上焊丝，随着汽车、轮船、机械各行业的技术进步，对焊接性能和强度上提出了更高的要求。对某厂用于生产高强焊丝钢的铸坯为165 mm x165mm断面的小方坯，由于小断面方坯结晶器散热速度快、液面温度低，因此控制润滑、传热和绝热保温的结晶器保护渣配碳量常控制较高，同时为防止铸坯表面缺陷而引起材的拉拔断裂，须采用低黏度保护渣控制铸坯表面缺陷。因此，针对小方坯表面缺陷的形成特点进行研究，通过优化保护渣理化参数以改善铸坯表面质量，为轧钢工序提供合格的铸坯。

1 连铸坯表面质量现状及原因分析

某厂生产的高强焊丝钢165 mm×165mm小方坯由于保护渣润滑不良造成了铸坯横向凹陷、纵向凹陷、渣坑等表面缺陷。下图为铸坯产生的横向凹陷、纵向凹陷、渣坑等表面缺陷

对现场凹陷铸坯进行取样观察，发现凹陷类型为横向凹陷、纵向凹陷、渣沟及渣坑。

选取铸坯凹陷部位进行酸洗，观察铸坯表面情况

取铸坯表面渣坑内渣样化验与保护渣对比成分

表面缺陷会诱导铸坯表面产生裂纹等缺陷，该缺陷存在于铸坯表面以下的位置较深，且已被氧化，这将在轧制过程中难以焊合而使轧材产生表面裂纹；另—方面，凹陷缺陷下气隙热阻增大、传热不良，使局部奥氏体晶粒粗大及微观组织异常发展，从而产生成分不均匀现象。导致轧材组织不均产生拉拔断裂。产生横向凹陷、纵向凹陷、渣坑等表面缺陷的原因主要是由于保护渣性能熔速慢、碱度低熔化不良，新结晶器锥度小，拉速低并且不稳定，钢液在凝固时铸坯表面产生的氧化铁皮与结晶器摩擦振动的过程中挤入振痕的缝隙中，形成凹陷。结晶器冷却强度大，侵入式水口插入深度较深不利于保护渣熔化，保护渣黏附在铸坯表面，形成渣坑。

2 优化保护渣理化性能及措施

如前所述，可采取降低保护渣的黏度、熔点等措施，来加快液渣的形成、提高液渣膜厚度以增加结晶器弯月面处的液渣流入量，从而改善铸坯坯壳与结晶器铜板之间的润滑，这也就提高了保护渣的消耗量。因此，保护渣性能的好坏可由保护渣消耗量表征。表为生产高强焊丝钢的小方坯结晶器保护渣优化前后的理化参数。

保护渣质保书成分对比表

断面为165mm X 165mm的小方坯单位面积消耗量(Qs)理论值为0．13 kg／m2。生产现场的保护渣消耗量通常用单位铸坯质量的消耗Qt(kg／t)来计算，因此需要将Qs换算为Qt，其换算公式如式(1)所示。

R表示结晶器表面积与体积之比，R=2(W+t)／wt，

其中似，w t分别为结晶器宽面和窄面长度(m)。

Qt=RQs／7.6                                           (1)

经计算，断面为165 mm×165mm的小方坯保护渣理论消耗量为0.68 kg／t。而目前的保护渣实际消耗为0.55 kg／t，因此导致液渣流入量少和润滑不良而使铸坯表面出现横向凹陷、纵向凹陷、渣坑等表面缺陷。

以上分析表明：目前铸坯出现横向凹陷、纵向凹陷、渣坑等表面缺陷主要是由于保护渣的熔化速度慢和润滑不良引起。主要措施有：

（1）须降低保护渣熔点、黏度以提高润滑性能，降低保护渣配碳量，提高熔化速率和保护渣液渣层厚度，获得稳定的液渣膜厚度，优化前液渣层厚度一般要为6-7 mm，控制在8-10 mm为宜。

（2）结晶器装置的稳定与否对表面质量起着至关重要的作用。因此，合理增加结晶器锥度，加强结晶器的检修与维护，确保结晶器装置工作在理想状态。

（3）降低结晶器水量，降低弯月面区热流密度，减少坯壳线收缩，从而减轻凝固坯壳激冷层厚度的不均匀性，减少铸坯凹陷出现。

（4）降低钢水过热度，适当控制拉速，增大坯壳厚度，减少铸坯凹陷出现。

（5）适当降低浸入式水口的插入深度，建议插入深度为90~100mm。有利于保护渣熔化，减少渣沟及渣坑的产生。

3结论

（1）保护渣性能熔速慢、碱度低熔化不良，连铸结晶器锥度小，拉速低并且不稳定钢液在凝固时铸坯表面产生的氧化铁皮与结晶器摩擦振动的过程中挤入振痕的缝隙中，形成凹陷主要原因。

（2）保护渣熔化速度慢和润滑不良是保护渣黏附在铸坯表面，形成渣沟及渣坑。  

（3）通过优化保护渣的性能、调整结晶器参数、恒拉速等措施，使铸坯表面缺陷得到明显改善。

参考文献

[1] 蔡开科程富士主编.《连续铸钢原理与工艺》.冶金工业出版社.

[2]卢盛意．连铸坯质量 冶金工业出版社

[3]李殿明，邵明天．连铸结晶器保护渣应用技术 冶金工业出版社