一种提高钢坯除鳞效果的方法与流程

本发明属于钢坯轧制技术领域，具体涉及一种提高钢坯除鳞效果的方法。

背景技术：

近年来，国内高速铁路取得了飞跃式的发展，随着复兴号的通车使用，使得中国铁路在国际上的突出地位更加稳固。同时，国内对高速铁路用钢轨母材的要求也愈加严格，目前国内各钢轨厂家生产高速重轨时，对铸坯表面普遍实行喷涂防氧化涂层的制度，专注于减少钢轨踏面脱碳层，忽视了防氧化涂层对钢轨表面质量存在的间接关系。高速重轨区别于普速重轨的重要指标之一为表面质量，表面质量是影响钢轨使用性能的重要指标之一，随着车轮与钢轨踏面的直接接触，钢轨表面质量较差会加速鱼鳞纹的出现，进而加速钢轨表面微裂纹扩展、产生剥离掉块的现象，严重甚至断轨，随着高速列车的不断提速，钢轨表面质量影响列车行车安全的重要因素之一，重轨铸坯出炉后表面氧化铁皮过厚导致除鳞不彻底造成的轧辊粘钢、钢轨表面氧化铁皮压入，严重影响高速重轨表面质量。

申请号为201610780853.0的中国专利公开了“连铸坯除鳞装置及方法”，提供了一种连铸坯除鳞装置及方法，该装置设计相当复杂，针对除鳞装置与第一道粗轧工序距离较短，为减少剔除区域除鳞箱增加摆臂功能，该设计直接地增加了使用成本，同时摆臂过程中对水压控制难度过大。该装置尚未在钢轨实际生产中得到应用，具有局限性。

申请号为201721250017.8的中国专利公开了“一种快速清楚重轨钢铸坯表面氧化铁皮的装置”，其应用方法中，使用摩擦盘、驱动电机、杠杆等装置针对重轨铸坯裝炉加热前快速表面氧化铁皮，重点清除的是炼钢浇注成型后表面形成的氧化铁皮，未考虑重轨铸坯在加热炉内长时间加热后表面新形成的氧化铁皮。

技术实现要素：

传统除鳞对钢坯表面不喷涂防氧化涂层，加热后钢坯表面氧化铁皮厚度为2mm~4mm，高压水垂直喷射对钢坯表面进行去氧化铁皮（除鳞），除鳞效果仅为75%~85%。本发明所要解决的技术问题是提供一种提高钢坯除鳞效果的方法，提高高速重轨用钢钢坯的除鳞率。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种提高钢坯除鳞效果的方法，包括钢坯加热、高压水除鳞工序，其特征在于，所述高压水除鳞工序，高压水倾斜喷射去除铸坯表面氧化铁皮，高压水喷射方向与铸坯表面倾斜角α为30°～60°。

附图1为钢坯高压水除鳞示意图，图中所示角度α即为高压水喷射方向与铸坯表面倾斜角，图中所示“出钢方向”即钢坯出加热炉的方向。

高压水去除氧化皮(hpw)法是当前重轨生产中去除氧化皮时最常用的方法，本质上说，所有的hpw去除系统，不管是初级的还是二次装置，都有一个将系列喷嘴喷出的水传递到前端的水泵，系统之间最大的差别就是这个前端的设计有两个因素影响水压去除氧化皮法的效率。首先是喷水式的机械冲击效果，直接用垂直于氧化铁皮方向的力的作用击碎或去除氧化皮，其次，是喷溅的冷作用使钢表面产生的微分热收缩，使氧化皮从钢上脱落或碎落。有两个参数可以说明hpw去除氧化皮法的特点，其一是喷在钢表面的水的冲击压和去除氧化皮的特效水冲击,其二是应用到钢表面的水的量。上述两个参数可能根据喷嘴类型、前端压力、喷嘴承受距离和料板速度等不同而改变。

f＝p·b式（1）；

f垂＝f·sinα式（2）；

f水平＝f·cosα式（3）；

式1～3中，p为除磷水压为，b为喷射宽度，f为氧化铁皮表面受的力，f垂为钢坯表面垂直方向所受分力，f水平为水平方向的所受分力。f垂产生喷水式的机械冲击效果，垂直于氧化铁皮方向的力的作用会击碎或去除氧化皮；f水平与重轨钢坯行走方向完全相反，产生对射喷溅效果的冷作用，使重轨钢坯表面急剧产生微分热收缩，对加速氧化铁皮的脱落或碎落有重要作用。

本发明高压除磷水喷射方向与钢坯表面倾斜角α为30°~60°，钢坯表面氧化铁皮偏薄时，可适当减小喷射倾斜角α，喷射时垂直方向的水压分力f垂具有喷水式的机械冲击效果，可以轻易将较薄把氧化铁皮击碎，此时水平方向的水压分力f水平为主导作用，与重轨钢坯行走方向完全相反的对射喷溅的冷作用使钢表面急剧产生微分热收缩，可将表面粘连的氧化铁皮完全冲洗干净。当α小于30°时，会导致f垂的机械冲击效果过小而不能有效击碎氧化铁皮，此时通过增加水压到22mpa以上可使得f垂增大但会造成重轨钢坯开轧温度偏低，容易造成钢坯轧裂等问题。

钢坯表面氧化铁皮偏厚时，可适当增加喷射倾斜角α，喷射时垂直方向的水压分力f垂起主导作用，此时f垂较大，可以将较厚的氧化铁皮击碎，此时水平方向的水压分力f水平主要负责利用对冲喷射式的微分热收缩作用，将表面粘连的氧化铁皮完全冲洗干净即可。当α大于60°时，会导致f水平的反向对射喷溅效果过小而不能有效冲净或碎落氧化铁皮，通过增加水压到22mpa以上可使得f垂增大，但会造成重轨钢坯开轧温度偏低，容易造成钢坯轧裂等问题。

进一步的，高压水压力为15mpa～22mpa。

优选的，钢坯的上表面和左、右两个侧面的高压水喷射方向与相应钢坯喷射表面倾斜角α为30°～60°。

所述钢坯的上表面和左、右两个侧面是指沿钢坯出钢方向钢坯上表面和两个侧面，不包括钢坯端面和下表面。

进一步的，钢坯在加热炉进行加热前，在钢坯表面喷涂防氧化涂层，涂层厚度为0.25~0.43mm。

在钢坯表面喷涂防氧化涂层0.25mm～0.43mm，当涂层厚度超过0.43mm时钢坯左侧、右侧不容易粘挂，小于0.25mm时不能起到有效隔绝氧气的作用，不能阻止氧离子进一步与铁基体发生化学反应进而生成氧化铁皮。附图2为氧化铁皮结构示意图。

进一步的，钢坯经过加热炉加热后，表面氧化铁皮厚度为0.5mm~1.5mm。

进一步的，钢坯的两个端面和下表面不喷涂防氧化涂层。

进一步的，钢坯在加热炉中加热，入炉后预热段温度不大于930℃，加热段温度1120℃~1280℃，均热段温度1230℃~1255℃，炉内残氧量1.5%~5%，加热时间4~7h。

高速重轨钢坯表面氧化铁皮形成的影响因素主要为:加热温度、时间、加热炉气氛、氧化层结构。控制预热段温度不大于930℃可保证钢坯加热的均匀性；炉内残氧量1.5%~5%可保证炉内燃气资源充分燃烧。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

本发明控制钢坯出炉表面氧化铁皮厚度范围为0.5mm~1.5mm，大幅度地降低了钢坯表面的氧化烧损率达50%以上，高压水倾斜喷射对钢坯表面进行去除氧化铁皮，除磷效果达90%~98%，除磷效果比传统除磷方法提高13%~15%，大幅减少由于除磷不净导致的钢轨表面质量问题，显著提高高速重轨除磷效果。

附图说明

附图1是钢坯高压水除鳞示意图；

附图2是氧化铁皮结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了更好的说明本发明，下面通过实施例做进一步的举例说明。

实施例1

将高速重轨钢钢坯在加热炉进行加热前，在钢坯上表面和两个侧面喷涂防氧化涂层，涂层厚度为0.25mm，钢坯的两个端面和下表面不喷涂防氧化涂层，钢坯在加热炉中进行加热，入炉后预热段温度910℃，加热段温度1178℃，均热段温度1245℃，炉内残氧量2%，加热时间4.5h，经过加热炉加热后，表面氧化铁皮厚度为1.5mm，钢坯出加热炉后，通过高压水进行除鳞，高压水倾斜喷射去除钢坯表面氧化铁皮，钢坯上表面和两个侧面的高压水喷射方向与钢坯表面倾斜角α为60°，高压水压力为22mpa，可将高速重轨钢坯表面90%的氧化铁皮去除干净。

实施例2

将高速重轨钢钢坯在加热炉进行加热前，在钢坯上表面和两个侧面喷涂防氧化涂层，涂层厚度为0.3mm，钢坯的两个端面和下表面不喷涂防氧化涂层，钢坯在加热炉中进行加热，入炉后预热段温度920℃，加热段温度1149℃，均热段温度1240℃，炉内残氧量1.5%，加热时间6.4h，经过加热炉加热后，表面氧化铁皮厚度为1.3mm，钢坯出加热炉后，通过高压水进行除鳞，高压水倾斜喷射去除钢坯表面氧化铁皮，钢坯上表面和两个侧面的高压水喷射方向与钢坯表面倾斜角α为52°，高压水压力为20mpa，可将高速重轨钢坯表面92%的氧化铁皮去除干净。

实施例3

将高速重轨钢钢坯在加热炉进行加热前，在钢坯上表面和两个侧面喷涂防氧化涂层，涂层厚度为0.35mm，钢坯的两个端面和下表面不喷涂防氧化涂层，钢坯在加热炉中进行加热，入炉后预热段温度930℃，加热段温度1223℃，均热段温度1250℃，炉内残氧量3%，加热时间5.5h，经过加热炉加热后，表面氧化铁皮厚度为0.8mm，钢坯出加热炉后，通过高压水进行除鳞，高压水倾斜喷射去除钢坯表面氧化铁皮，钢坯上表面和两个侧面的高压水喷射方向与钢坯表面倾斜角α为41°，高压水压力为19mpa，可将高速重轨钢坯表面96%的氧化铁皮去除干净。

实施例4

将高速重轨钢钢坯在加热炉进行加热前，在钢坯上表面和两个侧面喷涂防氧化涂层，涂层厚度为0.4mm，钢坯的两个端面和下表面不喷涂防氧化涂层，钢坯在加热炉中进行加热，入炉后预热段温度926℃，加热段温度1280℃，均热段温度1255℃，炉内残氧量4.5%，加热时间4h，经过加热炉加热后，表面氧化铁皮厚度为0.5mm，钢坯出加热炉后，通过高压水进行除鳞，高压水倾斜喷射去除钢坯表面氧化铁皮，钢坯上表面和两个侧面的高压水喷射方向与钢坯表面倾斜角α为30°，高压水压力为16mpa，可将高速重轨钢坯表面98%的氧化铁皮去除干净。

实施例5

将高速重轨钢钢坯在加热炉进行加热前，在钢坯上表面和两个侧面喷涂防氧化涂层，涂层厚度为0.43mm，钢坯的两个端面和下表面不喷涂防氧化涂层，钢坯在加热炉中进行加热，入炉后预热段温度923℃，加热段温度1220℃，均热段温度1230℃，炉内残氧量5%，加热时间7h，经过加热炉加热后，表面氧化铁皮厚度为0.6mm，钢坯出加热炉后，通过高压水进行除鳞，高压水倾斜喷射去除钢坯表面氧化铁皮，钢坯上表面和两个侧面的高压水喷射方向与钢坯表面倾斜角α为34°，高压水压力为15mpa，可将高速重轨钢坯表面98%的氧化铁皮去除干净。

实施例6

将高速重轨钢钢坯在加热炉进行加热前，在钢坯上表面和两个侧面喷涂防氧化涂层，涂层厚度为0.27mm，钢坯的两个端面和下表面不喷涂防氧化涂层，钢坯在加热炉中进行加热，入炉后预热段温度916℃，加热段温度1192℃，均热段温度1234℃，炉内残氧量3.5%，加热时间5.2h，经过加热炉加热后，表面氧化铁皮厚度为1.1mm，钢坯出加热炉后，通过高压水进行除鳞，高压水倾斜喷射去除钢坯表面氧化铁皮，钢坯上表面和两个侧面的高压水喷射方向与钢坯表面倾斜角α为57°，高压水压力为17mpa，可将高速重轨钢坯表面95%的氧化铁皮去除干净。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。