基于铝热自蔓延技术的连铸板坯表面纵裂清理方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于连铸铸钢技术领域，具体涉及一种基于铝热自蔓延技术的连铸板坯表 面纵裂清理方法。
【背景技术】
[0002] 纵向裂纹是最常见的连铸板坯表面缺陷之一，对连铸坯的质量、收得率及后续轧 制成品质量均有重要影响。相关研宄表明，板坯表面纵裂产生于结晶器内，在铸坯二次冷却 过程中进一步恶化，且随着板坯宽度增加，应力分布不均现象越明显，冷却造成的温度梯度 越大，最终纵裂发生率越高、裂纹尺寸和深度越大，影响越严重。由于生产条件如冷却水压、 环境温度、二冷喷嘴状态等多重因素的波动均可能促使纵裂的形成和扩展，因此实践中，连 铸板坯表面纵裂不能完全消除，而出现表面纵裂的连铸坯一般需要经过处理才能进入加热 工序。
[0003] 当前，针对板坯表面纵裂，各钢厂普遍采用火焰清理的方式进行清理和处理，火焰 清理的基本原理是通过高压燃气的燃烧放热，使纵裂两边已凝固的钢铁基料熔合为一体， 从而减轻纵裂纹对成品质量的不利影响。但是现有的火焰清理技术存在多方面的问题： 1)针对微细的纵裂纹，火焰燃烧产生的热量不足以保证熔融金属液有效向深处渗透，而只 是表面掩盖了裂纹的存在，此类铸坯在加热过程中易出现裂纹的扩展、恶化，带来重大安全 隐患和质量隐患，2)针对较大宽度和深度的纵裂纹，需要通过火焰清理将裂纹两侧的钢铁 基体完全熔融，实际操作中大部分熔融金属液被高压燃气吹走，余下的熔融基体也会产生 较严重的氧化现象，直接沿裂纹深度吹熔，部分氧化的金属液渗入裂纹深处，必将带来钢板 纵裂的重大隐患，因此，可行的办法一般为以宽深比3 :1~5 :1的范围沿裂纹方向吹熔出 一条凹坑带，且保证凹坑边沿到铸坯正常表面的过渡处足够平滑，这样一方面基本不存在 沿纵向嵌于钢基的氧化金属带，另一方面，通过加热后高压除鳞水枪的吹扫，铸坯表面和凹 坑内的氧化铁皮易于清除干净，大压下量的开坯，又可以将平缓过渡的凹坑轧到基本平整， 减小了纵裂本身以及火焰清理操作对成品钢板表面质量的影响。但是，由于裂纹走向的不 确定性，清理全程需工作人员手持火焰枪进行操作，清理效果难以保证，特别是裂纹深处不 能有效熔合，给后续板坯加热过程及轧制过程带来重大隐患，实际清理后的铸坯，成品钢板 表面缺陷发生率高于5% ;另一方面，清理过程本身附带着金属的氧化，特别是规格较大的 裂纹清理过程，伴随着大量金属氧化、吹损，造成金属收得率的严重下降（一般为为96~ 99% );再则，为了减少清理过程带来二次缺陷的风险，一般选择铸坯带温清理，以缩小清 理区域与周边钢基的温度梯度，减小应力集中带来的铸坯二次裂纹风险，高温、喷溅以及火 花强光都极大地增加了操作人员的劳动强度，同时增加了人身伤害风险。
[0004] 铝热自蔓延高温合成（SHS)是利用铝热反应产生的热量进行材料合成与制备的 技术，其突出特点是：工艺简单、反应时间短、合成产物纯度高、节约能源等。目前铝热自蔓 延技术已经广泛应用于钢轨焊接、铁合金制备、冶炼难熔金属、陶瓷复合材料制备等领域， 当然，SHS技术还存在反应剧烈、速度难以控制的缺点，且在陶瓷涂层等制备过程中易出现 金属基体和铝氧化物的分离现象，在实际应用中需要通过反应成分调整、加压等手段进行 应对。
[0005] 如果将SHS技术用于板坯表面纵裂的清理过程，一方面，高温熔融金属液可以充 分渗入金属基体内的微细裂纹中，有效熔合裂纹，另一方面，在反应热足够的条件下，反应 速度对处理效果基本没有影响，再则，SHS技术自身的技术基体与反应氧化产物易分离的特 点在纵裂清理过程中恰好成为优点，氧化产物上浮至铸坯表面后，可在后续铸坯加热、乳制 过程中去除，最后还有，采用SHS技术，只要配置、放置好适量的反应物，通过燃气喷枪或其 他方式启动反应，反应即可自持进行，节约大量的时间，极大的解放清理操作人员，减少劳 动强度和人身伤害风险。
[0006] 目前，尚未见有将SHS技术应用于连铸坯表面清理的相关报道和文献。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题是提供一种基于铝热自蔓延技术的连铸板坯表面纵 裂清理方法，以克服现有的铸坯表面裂纹火焰清理方法不足以保证熔融金属液有效向深处 渗透，仅是表面掩盖了裂纹的存在，易带来重大安全隐患和质量隐患，以及操作环境恶劣， 且在纵裂纹宽度和深度较大时，易产生较严重氧化现象，导致铸坯收得率严重下降和金属 氧化物嵌入裂纹内部后可能带来后续质量隐患的缺陷。
[0008] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案包括如下步骤：
[0009] 1)配料
[0010] 本发明以铝热反应为基础，利用该反应产生的热量驱动熔融反应产物的自蔓延活 动，因此，铝热剂的粒度及配比需足够精确，依据如下基本反应：
[0011] 2A1+Fe203= 2Fe+Al 203
[0012] 按照铝粉总摩尔量与Fe2O3中氧总摩尔分数比例为2 :3的比例配置铝热反应物，由 于该反应的单位热效应达到3971 J/g，适量配加以上两种反应物，反应产生的热量完全能够 支撑反应的自持进行及自蔓延活动，而钢中其他成分如Mn、Si等含量均较少，加入错热反 应后，产物中的合金含量及均匀性难以精确控制，所以，本方法中的铝热反应为氧化铁与铝 的单种反应
[0013] 同时考虑钢种实际成分中的Als含量并结合防止熔融反应产物与空气接触进一 步氧化的需要，实际配置铝热剂时，铝粉比例需相对于整个铝热剂多出0. 04~0. 1%，铝热 剂基本成分如表1 :
[0014] 表1连铸坯表面纵裂清理用铝热剂组分配比（％ )
[0015]
【主权项】
1. 一种基于铝热自蔓延技术的连铸板坯表面纵裂清理方法，其特征在于：该方法包括 以下步骤： 1) 配料：铝热剂的组分包括4146203、？6^11、31及其他金属粉，所述铝热剂中，按物质 的量百分比Al为15. 05~15. 1 %,Fe2O3为45%，Fe、Mn、Si及其他合金的含量为39. 9%~ 39. 95% ;铝热剂中粉剂粒径全部为IOOym且需完全混匀； 2) 投料：以裂纹最宽最深及最长尺寸为条件计算填满裂纹所需的铝热剂量，实际投料 量为计算量的1. 2~1. 5倍，投料范围覆盖全部纵裂长度并向两端分别延伸5~20cm，且料 带端部区域逐渐缩窄； 3) 点火反应：投料完成后，将点燃的燃气喷枪火焰逐步缓慢接近铸坯表面铝热剂料带 端部以对铝热剂进行点火反应，完成连铸板坯表面纵裂清理。
2. -种基于铝热自蔓延技术的连铸板坯表面纵裂清理方法，其特征在于：该方法包括 以下步骤： 1) 配料：铝热剂的组分包括Al、Fe203、Fe、Mn、Si及其他金属粉，所述铝热剂中，按物 质的量百分比Al为12. 54~12. 58%，Fe2O3为37. 5%，Fe、Mn、Si及其他合金的含量为 49. 92%~49. 96% ;铝热剂中粉剂粒径全部为100ym且需完全混匀； 2) 投料：以裂纹最宽最深及最长尺寸为条件计算填满裂纹所需的铝热剂量，实际投料 量为计算量的1. 2~1. 5倍，投料范围覆盖全部纵裂长度并向两端分别延伸5~20cm，且料 带端部区域逐渐缩窄； 3) 点火反应：投料完成后，将点燃的燃气喷枪火焰逐步缓慢接近铸坯表面铝热剂料带 端部以对铝热剂进行点火反应，完成连铸板坯表面纵裂清理。
3. 根据权利要求1或2所述基于铝热自蔓延技术的连铸板坯表面纵裂清理方法，其特 征在于： 所述铝热剂组分中，其他金属粉为Nb、Ti、Mo、Cr、Ni中的一种或几种。
4. 根据权利要求1所述基于铝热自蔓延技术的连铸板坯表面纵裂清理方法，其特征在 于： 所述铝热剂组分中，Fe粉含量为39. 00~39. 70%，Mn粉含量为0~0. 45%，Si粉含 量为0~0. 40 %，其他金属粉含量为0~0. 25 %。
5. 根据权利要求2所述基于铝热自蔓延技术的连铸板坯表面纵裂清理方法，其特征在 于： 所述铝热剂组分中，Fe粉含量为45. 50~49. 50%，Mn粉含量为0~2. 35%，Si粉含 量为0~0. 65 %，其他金属粉含量为0~1. 50 %。
【专利摘要】本发明公开了一种基于铝热自蔓延技术的连铸板坯表面纵裂清理方法，该方法包括以下步骤：1)配料：铝热剂的组分包括粒径为100μm的Al、Fe2O3、Fe、Mn、Si及其他合金，将上述组分混匀；2)投料：以裂纹最宽最深及最长尺寸为条件计算填满裂纹所需的铝热剂量，实际投料量为计算量的1.2～1.5倍，投料范围覆盖全部纵裂长度并向两端分别延伸5～20cm，且料带端部区域逐渐缩窄；3)点火反应：投料完成后，将点燃的燃气喷枪火焰接近铸坯表面铝热剂料带端部以对铝热剂进行点火反应，完成连铸板坯表面纵裂清理。本发明能够有效优化板坯纵裂处理效果，提高处理效率稳定性和坯料收得率，减少次生缺陷发生率和燃气消耗，减轻环境负担和操作人员劳动强度，降低事故发生率。
【IPC分类】B23K23-00
【公开号】CN104816083
【申请号】CN201510264253
【发明人】杨治争, 官计生, 洪霞, 金勇 , 严翔, 付勇涛, 陈昊, 丁金发, 郭斌, 方少鹏, 尹云洋, 周千学
【申请人】武汉钢铁(集团)公司
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年5月22日