连铸坯表面氧化铁皮除不尽原因及对策_丁波

摘 要：采 用 ＳＥＭ 对 连 铸 坯 表 面 氧 化 铁 皮 除 鳞 除 不 尽 的 原 因 进 行 分 析 。 分 析 结 果 表 明 ：Ｑ２３５Ｂ、Ｑ３４５Ｂ 和 ＳＰＡ－ Ｈ 连 铸 坯 内 层 氧 化 铁 皮 呈 楔 形 嵌 入 钢 基 体 中 ，嵌 入 钢 基 体 中 的 氧 化 铁 皮 主 要 为 铁 橄 榄 石 —Ｆｅ２ＳｉＯ４ 相 ，随 着 钢 基 体 中 硅 含 量 的 增 加 ，嵌 入 钢 基 体 中 的 铁 橄 榄 石 相 增 加 ，使 得 内 层 氧 化 铁 皮 与 钢 基 体 的 附 着 力 增 加 ，造 成 连 铸 坯 表 面 氧 化 铁 皮 除 鳞 除 不 尽 。 针 对 连 铸 坯 氧 化 铁 皮 除 鳞 除 不 尽 的 原 因 ，提 出 相 应 的 研 究 对 策 ：一 方 面 ，优 化 加 热 炉 工 艺 ，控 制 高 压 水 除 鳞 前 连 铸 坯 温 度 在１ １７３℃ 以 上 ；另 一 方 面 ，优 化 高 压 水 除 鳞 系 统 参 数 ，增 加 高 压 水 除 鳞 效果。 关 键 词 ：连 铸 坯 ；氧 化 铁 皮 ；铁 橄 榄 石 ；高 压 水 除 鳞 ；加 热 工 艺 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：０４４９－７４９Ｘ（２０１３）０６－００５０－０４
１）高 压 水 除 鳞 前 连 铸 坯 温 度 控 制 研 究 。 高压水除鳞前，当 Ｑ２３５Ｂ、Ｑ３４５Ｂ 和 ＳＰＡ－Ｈ 连 铸坯温度低于１ １７３℃ 时，富 含 Ｆｅ２ＳｉＯ４ 相 的 内 层 氧 化铁皮将凝固在钢 基 体 表 面，这 对 高 压 水 除 鳞 十 分 不 利 。 高 温 氧 化 时 ，钢 基 体 中 的 硅 为 选 择 性 氧 化 ，在 ＦｅＯ 与钢基体的界面 上 形 成 铁 橄 榄 石，形 成 熔 融 状 态后便会以 楔 形 嵌 入 钢 基 体 中［１１］；同 时，内 层 氧 化 铁皮／基体金属界面的 Ｆｅ２ＳｉＯ４ 融化，使得 内 层 氧 化 铁皮对钢基体的附 着 力 变 弱，则 高 压 水 除 鳞 系 统 较 容 易 去 除 内 层 氧 化 铁 皮 ；而 ［５，１２］ 凝 固 状 态 下 的 铁 橄 榄 石 ，在 高 压 水 打 击 力 不 足 的 情 况 下 ，高 压 水 除 鳞 系 统 很 难 将 其 完 全 去 除 ，从 而 影 响 热 卷 板 的 表 面 质 量 。 为了保证热卷板的 表 面 质 量，应 控 制 高 压 水 除 鳞 前 连铸坯的温度在１ １７３℃以 上。 经 生 产 中 检 测，连 铸 坯从出炉到粗轧除鳞点的表面温降为 ２０～３０℃，为 了控制高压水 除 鳞 温 度 在 Ｆｅ２ＳｉＯ４ 的 熔 点 以 上，以 彻底去除 Ｆｅ２ＳｉＯ４ 和炉生氧化铁皮，为此，对 加 热 炉 工艺进行优 化，优 化 后 的 加 热 炉 工 艺 如 图 ４ 所 示。 从图４可以看出，为 了 控 制 高 压 水 除 鳞 前 连 铸 坯 的 温度在１ １７３℃以上和改善高 压 水 除 鳞 效 果，将 预 热 段温度提高了８０℃，第１ 加 热 段 温 度 提 高 了 ５０℃， 第２加热 段 温 度 提 高 了 ３０℃，均 热 段 温 度 提 高 了 ３０℃。经 ＵＸ７０Ｐ 手提测温仪 在 生 产 现 场 测 量 得 知， 优化加热炉温度，能 有 效 控 制 连 铸 坯 除 鳞 前 温 度 在 １ １７３℃ 以 上；经 现 场 跟 踪，加 热 炉 温 度 优 化 后， Ｑ２３５Ｂ、Ｑ３４５Ｂ 和 ＳＰＡ－Ｈ 连 铸 坯 经 除 鳞 后 的 表 面 质量得到明显的改善。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎ ｔｈａｔ ｏｘｉｄｅ ｓｃａｌｅ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｓｔｉｎｇ ｓｌａｂ ｃａｎｎｏｔ ｂｅ ｉｎｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ｒｅｍｏｖｅｄ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ＳＥＭ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｎｎｅｒ ｌａｙｅｒ ｏｆ ｏｘｉｄｅ ｓｃａｌｅ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｓｔｉｎｇ ｓｌａｂ ｆｏｒ Ｑ２３５Ｂ，Ｑ３４５Ｂａｎｄ ＳＰＡ－Ｈ ｅｍｂｅｄｓ ｉｎ ｓｔｅｅｌ ｍａｔｒｉｘ ｉｎ ｔｈｅ ｆｏｒｍ ｏｆ ｃｕｎｅｉｆｏｒｍ．Ｔｈｅ ｏｘｉｄｅ ｓｃａｌｅ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｉｎ ｓｔｅｅｌ ｍａｔｒｉｘ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ Ｆｅ２ＳｉＯ４．Ｗｉｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｓｉｌｉｃｏｎ，ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ Ｆｅ２ＳｉＯ４ｉｎ ｔｈｅ ｍａｔｒｉｘ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ，ｌｅａｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ａｄｈｅｓｉｏｎ ｆｏｒｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｉｎｎｅｒ ｌａｙｅｒ ｏｘｉｄｅ ｓｃａｌｅ ａｎｄ ｓｔｅｅｌ ｍａｔｒｉｘ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｔｈｅ ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｒｅａｓｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｉｎｃｏｍｐｌｅｔｅ ｒｅｍｏｖｅ ｏｆ ｏｘｉｄｅ ｓｃａｌｅ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｓｔｉｎｇ ｓｌａｂ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｏ ｒｅｍｏｖｅ ｔｈｅ ｏｘｉｄｅ ｓｃａｌｅ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｓｔｉｎｇ ｓｌａｂ ｗｅｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｏｎ ｔｈｅ ｏｎｅ ｈａｎｄ，ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｓｔｉｎｇ ｓｌａｂ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｅｌｅｖａｔｅｄ ｔｏ ａｂｏｖｅ １ １７３℃ ｂｙ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｈｅａｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｏｎ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｈａｎｄ，ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｗａｔｅｒ ｄｅｓｃａｌｉｎｇ，ｈｉｇｈ－ｐｒｅｓ－ ｓｕｒｅ ｗａｔｅｒ ｄｅｓｃａｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｃａｎ ｂｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｓｔｉｎｇ ｓｌａｂ；ｏｘｉｄｅ ｓｃａｌｅ；Ｆｅ２ＳｉＯ４；ｈｉｇｈ－ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｗａｔｅｒ ｄｅｓｃａｌｉｎｇ；ｈｅａｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ
（ａ）Ｑ２３５Ｂ； （ｂ）Ｑ３４５Ｂ； （ｃ）ＳＰＡ－Ｈ。 图２ 连铸坯内层氧化铁皮与钢基体结合情况的 ＳＥＭ 照片 Ｆｉｇ．２ ＳＥＭ ｐｈｏｔｏｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｎｅｒ ｌａｙｅｒ ｏｆ ｏｘｉｄｅ ｓｃａｌｅ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｓｔｉｎｇ ｓｌａｂ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｓｔｅｅｌ ｍａｔｒｉｘ
形成了裂缝，未脱落 外 层 氧 化 铁 皮 呈 现 疏 松 多 孔 的 特 点 ，这 都 有 利 于 高 压 水 除 鳞 ；而 嵌 入 钢 基 体 的 内 层
氧化铁皮 对 除 鳞 十 分 不 利。 从 表 １、图 ２ 和 图 ３ 分 析可知，随着钢基体中硅含量的升高，嵌入钢基体 Ａ 点、Ｂ 点和 Ｃ 点处的 氧 化 铁 皮 中 硅 含 量 呈 现 升 高 趋 势，Ａ 点 处 的 硅 质 量 分 数 为 ３．８０％，Ｂ 点 处 的 硅 质 量分数增加到８．０６％，而 Ｃ 点处的硅质量分数则增 加到１０．６３％。这 是 由 于 钢 基 体 的 硅 极 易 氧 化，钢 基体硅含量越高，内 层 氧 化 铁 皮 靠 近 与 钢 基 体 界 面 的位置越 容 易 存 在 硅 颗 粒 富 集 而 产 生 铁 橄 榄 石— Ｆｅ２ＳｉＯ４ 相，以及氧 化 时 产 生 的 ＳｉＯ２ 和 Ｆｅ２ＳｉＯ４ 的 氧化层就越致密，高 压 水 除 鳞 的 难 度 就 会 增 加。 从 图２（ｃ）中的 ＳＥＭ 照片可以看出，在 Ｄ 区域，固态的 Ｆｅ２ＳｉＯ４ 相 包 围 着 与 基 体 界 面 处 的 ＦｅＯ，形 成 ＦｅＯ 和 Ｆｅ２ＳｉＯ４ 的 共 析 产 物，也 就 是 说，深 灰 色 的 Ｆｅ２ＳｉＯ４ 相对浅灰色 的 ＦｅＯ 形 成 钉 扎 作 用，这 就 将 内层氧化铁皮牢固 黏 在 基 体 上，若 高 压 水 不 能 将 其
情况，并对嵌入钢基体的氧化铁皮进行 ＥＤＳ分析。
２ 试验结果分析及对策研究
２．１ 氧 化 铁 皮 除 鳞 除 不 尽 的 原 因 分 析 图２ 是 Ｑ２３５Ｂ、Ｑ３４５Ｂ、ＳＰＡ－Ｈ 连 铸 坯 内 层 氧
化铁皮与钢基体 结 合 情 况 的 ＳＥＭ 照 片。 图 ３ 是 图 ２中 Ａ、Ｂ、Ｃ ３点处 嵌 入 钢 基 体 氧 化 铁 皮 的 ＥＤＳ 测 量结果。从图 ２ 可 以 看 出，３ 种 试 验 连 铸 坯 内 层 部 分氧 化 铁 皮 呈 楔 形 嵌 入 钢 基 体 中，主 要 表 现 在 图 ２ 中的 Ａ 点、Ｂ 点和 Ｃ 点 处；在 （ａ）、（ｂ）和 （ｃ）中 未 脱 落的氧化铁皮与基体之间因体积效应产生的内应力
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Ｓｉ ０．１４ ０．２４ ０．３６
表 １ 试 验 连 铸 坯 的 成 分
Ｔａｂｌｅ １ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｓｔｉｎｇ ｓｌａｂ
％
Ｍｎ ０．３０ １．２８ ０．４１
Ｐ ０．０１ ０．０１ ０．０８
Ｓ ０．０１ ０．０１ ０．０１
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钢 铁
第 ４８ 卷
完 全 除 去 ，在 后 续 热 轧 过 程 中 容 易 被 压 入 热 卷 板 中 ， 造成热卷板的表面质量问题。为了获得较好的表面 质量，提出改善 Ｑ２３５Ｂ、Ｑ３４５Ｂ 和 ＳＰＡ－Ｈ 连铸坯表 面质量的对策显得尤为重要。 ２．２ 氧 化 皮 除 鳞 除 不 尽 的 对 策 研 究
图３ Ａ 点、Ｂ 点和 Ｃ 点处嵌入钢基体氧化 铁皮 ＥＤＳ测量结果
Ｆｉｇ．３ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ＥＤＳ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｎｅｒ ｌａｙｅｒ ｏｆ ｏｘｉｄｅ ｓｃａｌｅ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｓｔｉｎｇ ｓｌａｂ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｉｎ ｓｔｅｅｌ ｍａｔｒｉｘ ａｔ ｐｏｉｎｔ Ａ，Ｂ ａｎｄ Ｃ
作 者 简 介 ：丁 波 （１９８６— ），男 ，硕 士 ，助 理 研 究 员 ； Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｗｗ０２４１５１＠１６３．ｃｏｍ； 收 稿 日 期 ：２０１３－０１－０７
第６期
钢种 Ｑ２３５Ｂ Ｑ３４５Ｂ ＳＰＡ－Ｈ
Ｃ ０．１３ ０．１５ ０．０８