基于鋁熱自蔓延技術的連鑄板坯表面縱裂清理方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于連鑄鑄鋼技術領域，具體涉及一種基于鋁熱自蔓延技術的連鑄板坯表 面縱裂清理方法。
【背景技術】
[0002] 縱向裂紋是最常見的連鑄板坯表面缺陷之一，對連鑄坯的質量、收得率及后續軋 制成品質量均有重要影響。相關研宄表明，板坯表面縱裂產生于結晶器內，在鑄坯二次冷卻 過程中進一步惡化，且隨著板坯寬度增加，應力分布不均現象越明顯，冷卻造成的溫度梯度 越大，最終縱裂發生率越高、裂紋尺寸和深度越大，影響越嚴重。由于生產條件如冷卻水壓、 環境溫度、二冷噴嘴狀態等多重因素的波動均可能促使縱裂的形成和擴展，因此實踐中，連 鑄板坯表面縱裂不能完全消除，而出現表面縱裂的連鑄坯一般需要經過處理才能進入加熱 工序。
[0003] 當前，針對板坯表面縱裂，各鋼廠普遍采用火焰清理的方式進行清理和處理，火焰 清理的基本原理是通過高壓燃氣的燃燒放熱，使縱裂兩邊已凝固的鋼鐵基料熔合為一體， 從而減輕縱裂紋對成品質量的不利影響。但是現有的火焰清理技術存在多方面的問題： 1)針對微細的縱裂紋，火焰燃燒產生的熱量不足以保證熔融金屬液有效向深處滲透，而只 是表面掩蓋了裂紋的存在，此類鑄坯在加熱過程中易出現裂紋的擴展、惡化，帶來重大安全 隱患和質量隱患，2)針對較大寬度和深度的縱裂紋，需要通過火焰清理將裂紋兩側的鋼鐵 基體完全熔融，實際操作中大部分熔融金屬液被高壓燃氣吹走，余下的熔融基體也會產生 較嚴重的氧化現象，直接沿裂紋深度吹熔，部分氧化的金屬液滲入裂紋深處，必將帶來鋼板 縱裂的重大隱患，因此，可行的辦法一般為以寬深比3 :1~5 :1的范圍沿裂紋方向吹熔出 一條凹坑帶，且保證凹坑邊沿到鑄坯正常表面的過渡處足夠平滑，這樣一方面基本不存在 沿縱向嵌于鋼基的氧化金屬帶，另一方面，通過加熱后高壓除鱗水槍的吹掃，鑄坯表面和凹 坑內的氧化鐵皮易于清除干凈，大壓下量的開坯，又可以將平緩過渡的凹坑軋到基本平整， 減小了縱裂本身以及火焰清理操作對成品鋼板表面質量的影響。但是，由于裂紋走向的不 確定性，清理全程需工作人員手持火焰槍進行操作，清理效果難以保證，特別是裂紋深處不 能有效熔合，給后續板坯加熱過程及軋制過程帶來重大隱患，實際清理后的鑄坯，成品鋼板 表面缺陷發生率高于5% ;另一方面，清理過程本身附帶著金屬的氧化，特別是規格較大的 裂紋清理過程，伴隨著大量金屬氧化、吹損，造成金屬收得率的嚴重下降（一般為為96~ 99% );再則，為了減少清理過程帶來二次缺陷的風險，一般選擇鑄坯帶溫清理，以縮小清 理區域與周邊鋼基的溫度梯度，減小應力集中帶來的鑄坯二次裂紋風險，高溫、噴濺以及火 花強光都極大地增加了操作人員的勞動強度，同時增加了人身傷害風險。
[0004] 鋁熱自蔓延高溫合成（SHS)是利用鋁熱反應產生的熱量進行材料合成與制備的 技術，其突出特點是：工藝簡單、反應時間短、合成產物純度高、節約能源等。目前鋁熱自蔓 延技術已經廣泛應用于鋼軌焊接、鐵合金制備、冶煉難熔金屬、陶瓷復合材料制備等領域， 當然，SHS技術還存在反應劇烈、速度難以控制的缺點，且在陶瓷涂層等制備過程中易出現 金屬基體和鋁氧化物的分離現象，在實際應用中需要通過反應成分調整、加壓等手段進行 應對。
[0005] 如果將SHS技術用于板坯表面縱裂的清理過程，一方面，高溫熔融金屬液可以充 分滲入金屬基體內的微細裂紋中，有效熔合裂紋，另一方面，在反應熱足夠的條件下，反應 速度對處理效果基本沒有影響，再則，SHS技術自身的技術基體與反應氧化產物易分離的特 點在縱裂清理過程中恰好成為優點，氧化產物上浮至鑄坯表面后，可在后續鑄坯加熱、乳制 過程中去除，最后還有，采用SHS技術，只要配置、放置好適量的反應物，通過燃氣噴槍或其 他方式啟動反應，反應即可自持進行，節約大量的時間，極大的解放清理操作人員，減少勞 動強度和人身傷害風險。
[0006] 目前，尚未見有將SHS技術應用于連鑄坯表面清理的相關報道和文獻。
【發明內容】
[0007] 本發明所要解決的技術問題是提供一種基于鋁熱自蔓延技術的連鑄板坯表面縱 裂清理方法，以克服現有的鑄坯表面裂紋火焰清理方法不足以保證熔融金屬液有效向深處 滲透，僅是表面掩蓋了裂紋的存在，易帶來重大安全隱患和質量隱患，以及操作環境惡劣， 且在縱裂紋寬度和深度較大時，易產生較嚴重氧化現象，導致鑄坯收得率嚴重下降和金屬 氧化物嵌入裂紋內部后可能帶來后續質量隱患的缺陷。
[0008] 為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案包括如下步驟：
[0009] 1)配料
[0010] 本發明以鋁熱反應為基礎，利用該反應產生的熱量驅動熔融反應產物的自蔓延活 動，因此，鋁熱劑的粒度及配比需足夠精確，依據如下基本反應：
[0011] 2A1+Fe203= 2Fe+Al 203
[0012] 按照鋁粉總摩爾量與Fe2O3中氧總摩爾分數比例為2 :3的比例配置鋁熱反應物，由 于該反應的單位熱效應達到3971 J/g，適量配加以上兩種反應物，反應產生的熱量完全能夠 支撐反應的自持進行及自蔓延活動，而鋼中其他成分如Mn、Si等含量均較少，加入錯熱反 應后，產物中的合金含量及均勻性難以精確控制，所以，本方法中的鋁熱反應為氧化鐵與鋁 的單種反應
[0013] 同時考慮鋼種實際成分中的Als含量并結合防止熔融反應產物與空氣接觸進一 步氧化的需要，實際配置鋁熱劑時，鋁粉比例需相對于整個鋁熱劑多出0. 04~0. 1%，鋁熱 劑基本成分如表1 :
[0014] 表1連鑄坯表面縱裂清理用鋁熱劑組分配比（％ )
[0015]
【主權項】
1. 一種基于鋁熱自蔓延技術的連鑄板坯表面縱裂清理方法，其特征在于：該方法包括 以下步驟： 1) 配料：鋁熱劑的組分包括4146203、？6^11、31及其他金屬粉，所述鋁熱劑中，按物質 的量百分比Al為15. 05~15. 1 %,Fe2O3為45%，Fe、Mn、Si及其他合金的含量為39. 9%~ 39. 95% ;鋁熱劑中粉劑粒徑全部為IOOym且需完全混勻； 2) 投料：以裂紋最寬最深及最長尺寸為條件計算填滿裂紋所需的鋁熱劑量，實際投料 量為計算量的1. 2~1. 5倍，投料范圍覆蓋全部縱裂長度并向兩端分別延伸5~20cm，且料 帶端部區域逐漸縮窄； 3) 點火反應：投料完成后，將點燃的燃氣噴槍火焰逐步緩慢接近鑄坯表面鋁熱劑料帶 端部以對鋁熱劑進行點火反應，完成連鑄板坯表面縱裂清理。
2. -種基于鋁熱自蔓延技術的連鑄板坯表面縱裂清理方法，其特征在于：該方法包括 以下步驟： 1) 配料：鋁熱劑的組分包括Al、Fe203、Fe、Mn、Si及其他金屬粉，所述鋁熱劑中，按物 質的量百分比Al為12. 54~12. 58%，Fe2O3為37. 5%，Fe、Mn、Si及其他合金的含量為 49. 92%~49. 96% ;鋁熱劑中粉劑粒徑全部為100ym且需完全混勻； 2) 投料：以裂紋最寬最深及最長尺寸為條件計算填滿裂紋所需的鋁熱劑量，實際投料 量為計算量的1. 2~1. 5倍，投料范圍覆蓋全部縱裂長度并向兩端分別延伸5~20cm，且料 帶端部區域逐漸縮窄； 3) 點火反應：投料完成后，將點燃的燃氣噴槍火焰逐步緩慢接近鑄坯表面鋁熱劑料帶 端部以對鋁熱劑進行點火反應，完成連鑄板坯表面縱裂清理。
3. 根據權利要求1或2所述基于鋁熱自蔓延技術的連鑄板坯表面縱裂清理方法，其特 征在于： 所述鋁熱劑組分中，其他金屬粉為Nb、Ti、Mo、Cr、Ni中的一種或幾種。
4. 根據權利要求1所述基于鋁熱自蔓延技術的連鑄板坯表面縱裂清理方法，其特征在 于： 所述鋁熱劑組分中，Fe粉含量為39. 00~39. 70%，Mn粉含量為0~0. 45%，Si粉含 量為0~0. 40 %，其他金屬粉含量為0~0. 25 %。
5. 根據權利要求2所述基于鋁熱自蔓延技術的連鑄板坯表面縱裂清理方法，其特征在 于： 所述鋁熱劑組分中，Fe粉含量為45. 50~49. 50%，Mn粉含量為0~2. 35%，Si粉含 量為0~0. 65 %，其他金屬粉含量為0~1. 50 %。
【專利摘要】本發明公開了一種基于鋁熱自蔓延技術的連鑄板坯表面縱裂清理方法，該方法包括以下步驟：1)配料：鋁熱劑的組分包括粒徑為100μm的Al、Fe2O3、Fe、Mn、Si及其他合金，將上述組分混勻；2)投料：以裂紋最寬最深及最長尺寸為條件計算填滿裂紋所需的鋁熱劑量，實際投料量為計算量的1.2～1.5倍，投料范圍覆蓋全部縱裂長度并向兩端分別延伸5～20cm，且料帶端部區域逐漸縮窄；3)點火反應：投料完成后，將點燃的燃氣噴槍火焰接近鑄坯表面鋁熱劑料帶端部以對鋁熱劑進行點火反應，完成連鑄板坯表面縱裂清理。本發明能夠有效優化板坯縱裂處理效果，提高處理效率穩定性和坯料收得率，減少次生缺陷發生率和燃氣消耗，減輕環境負擔和操作人員勞動強度，降低事故發生率。
【IPC分類】B23K23-00
【公開號】CN104816083
【申請號】CN201510264253
【發明人】楊治爭, 官計生, 洪霞, 金勇 , 嚴翔, 付勇濤, 陳昊, 丁金發, 郭斌, 方少鵬, 尹云洋, 周千學
【申請人】武漢鋼鐵(集團)公司
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年5月22日