车轮钢锭底部表面卷渣问题研究

曹岸春 宋永泉

(太原重工股份有限公司，山西030024)

1 钢锭底部表面卷渣问题分析

我厂车轮钢锭锭模采用细长直筒式设计，保护渣浇注前吊挂于模内较低的位置，开浇初期，钢水进行充型，从模底砖注入钢锭模后主流股以较大的速度竖直向上涌至液面，然后主流股向四周分散并向下流动，形成循环流，中心钢流的流速远远大于分散于四周向下回流的钢液，对模底液面造成很大的冲击，中心处液面发生剧烈波动，悬吊于模中的保护渣在外包装袋熔化后下落与钢水接触，在钢锭模模壁的激冷作用下，靠近模壁的一层钢流固相率很高，极易形核并将卷入钢流的保护渣捕获凝固[1]，随着钢液面的上升，环流对钢液面的冲击变得十分微弱，卷渣便不再发生。在实际生产过程中，钢锭底部卷渣十分严重，表面质量非常差，而钢锭底部以上非常光洁，证明卷渣只发生在开浇后钢流充型的过程中。卷入钢锭内部的保护渣和钢锭表面打磨后残留的保护渣，在锻压过程中容易形成较大的夹杂。由于锭型设计的原因，卷渣部位刚好位于下料锯切处，对刀具损害十分严重。

为解决这一问题，我厂从两方面入手进行了一系列工业试验。一是降低模底开浇钢流的流速，减少主流股对钢液面的冲击，缓解液面波动的剧烈程度。为实现这一目的，一方面是在开浇时进行控流操作，降低开浇注速，另一方面是调整模底眼砖的开口尺寸控制钢流速度。我厂主要研究了开浇注速的合理范围。二是调整保护渣的性能，降低保护渣在钢液面剧烈波动时卷入钢液并被捕获凝固的几率。

2 工业试验

2.1 开浇注速控制范围的探索

开浇注速过慢，钢液易在汤道凝固发生堵塞，导致钢锭不能正常浇起，注速过快发生卷渣的几率增大。为了寻找合适的开浇注速范围，设计试验方案如下：控制保护渣品种，模底眼砖尺寸、出钢温度和锭盘汤道数量不变，开浇注速设定为1.2～1.8 t/s、1.8～2.4 t/s、2.4～3 t/s、3～3.6 t/s四个范围进行浇注，对每组钢锭下表面质量进行对比。实验结果见表1。

2.2 保护渣性能对钢锭下表面卷渣的影响

粉状保护渣在浇注时会形成三层结构，从上到下依次为：粉状层→烧结层→熔融层，车轮钢锭材质为CL60、AAR-B等高碳钢，钢种熔点低，注温相应较低，浇注开流时保护渣熔化速度慢，钢锭模下部熔池很难快速形成熔融层来保护钢液[2]，粉渣及烧结渣块很容易被波动的钢液捕获在模壁激冷作用下凝固，使钢锭表面形成渣坑。为防止钢锭头部形成倒缩孔，必须保证保护渣的保温性能，因此保护渣的上限熔点不能过低[3]，在注温较低时，为防止卷渣只能提高保护渣的熔速和铺展性能。为探索保护渣性能对钢锭下表面卷渣的影响，设计了5种不同性能的保护渣进行工业试验，并对每组钢锭的下表面质量进行对比。实验结果见表2。

表2 采用不同性能保护渣对应的钢锭下表面质量Table 2 Lower surface quality of ingot of different protective slag with various performance

从表2可以看出，调整保护渣成分控制其熔速在30 s左右，膨胀系数控制在2.5以上，钢锭下表面卷渣情况大幅度减少。

3 结论

针对车轮钢锭底部表面卷渣的问题，通过理论分析和一系列工业试验得出以下结论：

(1)浇注开浇时注速不宜过快，对于我厂来说控制在1.8～2.4 t/s为宜。

(2)对于车轮钢锭等高碳钢的浇注，由于注温低要选择熔速快、铺展性好的保护渣。熔速30 s左右为宜，保护渣膨胀系数要大于2.5。

改进后钢锭底部表面卷渣情况得到明显改善，合格率稳定在99.9%以上。