圓坯毛刺影響因素及去除

戎廣平 劉列喜 楊仁強 李 海 李雪飛 胡 崗

(蕪湖新興鑄管有限責任公司 安徽蕪湖 241002)

1 前言

在連鑄生產(chǎn)過程中，鑄坯在火焰切割機高速火焰的作用下被切割成塊[1]，在切割過程中高溫鋼流在鑄坯底部(切縫位置)形成鋼液[2]， 經(jīng)過冷卻形成硬質(zhì)毛刺，由于毛刺主要由鋼水和雜質(zhì)組成，其在鑄坯上的附著力很強， 因此目前國內(nèi)外一般采用去毛刺設(shè)備對毛刺進行在線去除[3]，而且近年來，隨著國家節(jié)能環(huán)保型鋼鐵企業(yè)建設(shè)發(fā)展趨勢和鑄坯熱軋直送技術(shù)的逐步成熟[4]，熱裝熱送率不斷提高[5]，對無缺陷鑄坯的需求也越來越迫切，所以在線將鑄坯毛刺去除[6]，已成為鑄坯生產(chǎn)中不可缺少的環(huán)節(jié)。

鋼廠一般都采用液壓剪切割鑄坯或擺錘毛刺機去毛刺，該種工藝雖能完全消除鑄坯毛刺，大大提高鑄坯/軋材外觀質(zhì)量，但安裝路線相對復雜，成本較高，維護費用高。本文討論了圓坯毛刺去除的影響因素并且介紹了某煉鋼廠自制安裝吹渣裝置，在切割過程中，吹渣裝置隨著移坯小車走動，實現(xiàn)邊切割邊吹渣效果，大大節(jié)約了成本。

2 圓坯毛刺的產(chǎn)生和危害

連鑄后的圓坯用氣體火焰切割機將其按規(guī)定長度切割。這種切割方法經(jīng)濟且有效[7]。其實質(zhì)是利用鑄坯在高溫下與純氧燃燒的原理對其進行切割?；鹎泻髨A坯的下表面通常會殘留一段呈冰柱狀渣瘤——毛刺[8]。這種毛刺(圓坯渣瘤)一般在切口的下表面呈弧型分布，其高度約為4～15mm，寬度約25mm。毛刺的成分多而雜，硬度大，表面不規(guī)則，尖端銳利，如不及時清理會造成以下危害：(1)圓坯在運輸時其端部的毛刺會劃破輥道表面，嚴重時會致使輥面脫落，給輥道帶來很大危害。這樣會減少軋輥的壽命，且頻繁的更換輥子會減少設(shè)備的工作時間，降低生產(chǎn)效率，增大產(chǎn)品的次品率[9]～[10]。(2)在軋制過程中，不規(guī)則的毛刺會嵌入軋制的鋼材中，產(chǎn)生廢次品，影響鋼材的質(zhì)量。尤其在生產(chǎn)一些高檔次的產(chǎn)品時，毛刺帶來的損失將更嚴重[11]。

3 毛刺去除影響因素

在鋼廠實際生產(chǎn)中，連鑄后的鋼坯經(jīng)輸送輥道運送時通常用火焰切割機將其切成規(guī)定的長度[12]。火切的過程實質(zhì)為鑄坯燃燒的過程，即鑄坯在混合氣體(氧氣與燃氣)中燃燒，再利用高溫的火焰將其加熱至燃點，燃燒的鑄坯表面會生成熔融氧化渣，同時釋放較大的熱，釋放的熱量接著又將鑄坯割開。割口處的氧化渣會被氧氣流吹散，其較難吹開的部分就會形成毛刺。毛刺會給生產(chǎn)帶來許多不良影響，所以需要了解火切時影響毛刺形成的因素，其因素主要包括氧氣純度和壓力、切割速率、割嘴與割件位置、切割火焰等[13]。

3.1 氧氣純度和壓力對毛刺的影響

現(xiàn)今較多鋼廠選用火焰式切割機對鑄坯進行在線切割，火切過程中氧氣的純度通常會決定切割質(zhì)量及精度。氧氣純度較低會給切割過程帶來諸多負面影響，它不僅會使鑄坯上下端被氧化程度不同(一般上端的氧化速率較快)，還會增大割口的粗糙程度(下邊緣掛毛刺)，嚴重時甚至會導致切割中斷，阻礙高效率生產(chǎn)。且氧純度每下降1.6%，切割速率會降低25%，當其純度值小于96%時無法切割。因此企業(yè)實際生產(chǎn)切割鑄坯時對氧純度要求較高，據(jù)統(tǒng)計，其純度達到99%以上。因此為保證火切時出現(xiàn)較少的毛刺，氧氣純度不能小于某個特定上限值。

在氧氣純度滿足的情況下，氧壓的高低也影響著切割質(zhì)量，氧壓較低時會使供氧短缺，導致反應過程不充分，火切速率變低，使割口留下較多氧化渣。氧壓如果過高會導致氧氣不能及時參與反應，降低氧氣利用率，增大火切成本。氧壓的高低影響著切割厚度和切割速率，一般情況下，氧壓越大切割鑄坯的厚度就越大，切割速率高，但當氧壓大于MPa3.0時，火切速率反而降低，氧壓繼續(xù)升高會使割口變寬，割面粗糙，容易出現(xiàn)毛刺。因此為減少毛刺的生成需要選用適當?shù)难鯄?，氧壓的選擇一般依據(jù)割嘴而定，實際生產(chǎn)中可通過觀測割嘴的“風線”長度來預估氧壓的大小，通常最大的風線長度對應著最佳的切割氧壓。

某廠經(jīng)過生產(chǎn)實踐，要求氧氣純度大于99.5%，氧壓在1.2～1.4MPa，且氧壓穩(wěn)定，平均耗量在65Nm3/h。

3.2速率對毛刺產(chǎn)生的影響

切割速率與割件的薄厚有關(guān)，通常割件越厚，速率越低，割件越薄，則速率越高?；鹎袝r速率較低會給割縫質(zhì)量帶來較大影響，從而使割縫處上邊沿熔化塌陷，下邊沿產(chǎn)生膨脹的坑渣，進而留下不完整的切割線；速率較高會使切割不規(guī)則且容易出現(xiàn)未切透現(xiàn)象。為保證切割時割口的質(zhì)量有必要對切割速率進行動態(tài)調(diào)整，實際火切時要考慮火焰切割區(qū)長度，其與切割機動作時間、鑄坯最大拉速、鑄坯厚度和寬度、鑄坯溫度以及定尺長度有關(guān)，用下式計算：

L=1.3(t1+t2+t3+t4)Vmax

式中:L-火焰切割區(qū)長度，m；

t1-火焰切割機接近鑄坯時間，min；

t2-火焰切割機預熱時間，min；

t3-火焰切割機起切時間，min；

t4-火焰切割機切割鑄坯時間，min，與鑄坯寬度、一定厚度和溫度下切割速度有關(guān)；

Vmax-鑄坯最大拉速，m/min。

實際生產(chǎn)中一般通過選用適當?shù)母钭靺?shù)、反應氣體類型及割件厚度把火切速率調(diào)到最佳切割狀態(tài)，從而得到理想的切割質(zhì)量。

3.3割嘴與割件位置對毛刺產(chǎn)生的影響

火切時割嘴與割件的位置影響著切割質(zhì)量，其位置主要包括割嘴與割件的距離以及傾斜角度。火切時割嘴和割件距離的大小通常按割件的厚度而定。割件的厚度與割嘴型號有關(guān)，通常選擇與割件厚度相對應的割嘴型號?；鹎袡C割嘴型號為KATL1.9，吹渣過程中吹渣切割氧更集中有效吹渣瘤?；鹎袝r割嘴到割件的距離不能調(diào)的太近或太遠，距離太近會導致割口上沿熔化產(chǎn)生凹坑，而且濺出的熔渣還易堵滿割嘴引起回火；距離太遠又會使得火焰熱能利用率下降，浪費資源且加大成本。為保持較好的切割狀態(tài)，切割時割嘴與割件的距離通常是不變的，較好的切割距離一般為4～6mm。當然也可通過調(diào)節(jié)火焰長度來調(diào)整切割距離，火焰長度的調(diào)節(jié)一般按割件厚度而定。此外，割嘴與割件間傾角也影響切割質(zhì)量。切割傾角的大小決定著熔渣的流動方向，進而影響毛刺的生成以及切割效果。因此火切時為減少割口的毛刺量，提升割口質(zhì)量，需要調(diào)整好割嘴與割件間的位置。

3.4切割火焰對毛刺產(chǎn)生的影響

火切過程中當氧氣和燃氣以不同的比例混合燃燒時，加熱鑄坯的預熱火焰也不盡相同。當氧氣和燃氣的體積比小于1.1時，較易出現(xiàn)切割終止。因此工程中常用的預熱火焰為中性焰(比值在2.1 左右)?；鹎袝r預熱火焰能率(割件預熱時的火焰方式)的大小也影響切割效果?；鹧婺苈室话阋膊灰走^大或過小，其值因割件厚度而定。當割件較厚時，過大的火焰能率就會使切縫處產(chǎn)生較多的毛刺，影響切割質(zhì)量。當割件較薄時，過小的火焰能率會使切割過程的熱能不足，甚至還會終止切割。

3.5吹渣裝置去毛刺

為了解輕毛刺(鋼瘤)給產(chǎn)品質(zhì)量帶來的負面效應，根據(jù)生產(chǎn)實際，自主設(shè)計安裝了吹渣裝置，該套裝置利用廢棄DN15管制作而成(圖1)。并且由最初的吹渣嘴管安裝位置固定，上下位置不可調(diào)整改為可在線調(diào)整，在生產(chǎn)過程中對吹渣效果不好，上下位置不合適，都可進行適當調(diào)整。在切割過程中，吹渣裝置隨著移坯小車走動，實現(xiàn)邊切割邊吹渣效果，大大節(jié)約了成本。

圖1 吹渣裝置示意圖

總之，毛刺的形成與諸多因素有關(guān)；只有全面考慮這些因素，才能盡量降低毛刺的出現(xiàn)。由于火切過程中毛刺的形成不可避免，因此去毛刺的意義重大。在保證吹渣效果，如何通過工裝改造防止吹渣噴嘴堵塞；如何優(yōu)化火焰切割氣流壓力、切割速率、切割噴嘴、割嘴與割件位置等工藝縮小割縫大小和增強切割氣流穿透力，減少割口的毛刺量，提升割口質(zhì)量。并且通過自主設(shè)計吹渣裝置實現(xiàn)去除毛刺目的，鑄坯毛刺寬度一般為20～30mm、厚度為10mm～15mm以內(nèi)，改進后鑄坯毛刺寬高分別為寬度≤15mm、厚度≤10mm，并且鑄坯毛刺合格率提升至90%以上。顯著提高了鑄坯質(zhì)量。

4 結(jié)論

1)毛刺主要由鋼水和雜質(zhì)組成，硬度大，表面不規(guī)則，尖端銳利，若不及時清理危害較大，嚴重影響鋼材質(zhì)量；

2)切割氧氣純度和壓力對毛刺有較大影響，要求氧氣純度大于99.5%，氧壓在1.2～1.4Mpa，火切時預熱火焰能率大小影響切割效果；

3)切割速率與鑄坯最大拉速、鑄坯厚度和寬度、鑄坯溫度以及定尺長度有關(guān)；

4)自主設(shè)計安裝的吹渣裝置可以調(diào)整位置，實現(xiàn)邊切割邊吹渣效果，減少割口毛刺量，提升割口質(zhì)量，達到去除毛刺提高鑄坯質(zhì)量目的，大大節(jié)約成本。