淺析SMS-20 火焰清理機的作用

供稿|姜學鋒，王威，石鳳麗，王鵬飛

內容導讀 對火焰清理技術的工藝原理和SMS-20 火焰清理機的適用范圍、關鍵部位的介質壓力、清理深度的確定因素以及實踐應用做了簡要的介紹。分析了表面缺陷對產(chǎn)品質量的影響，火焰清理對去除表面缺陷的作用。根據(jù)實際生產(chǎn)的中低碳鋼、超低碳鋼清理以及冷軋反饋情況，對清理深度進行優(yōu)化，使板坯表面質量得到了較大的改善。

火焰清理定義

火焰清理是板坯表面清理的一道工序，主要用于去除板坯容易出現(xiàn)表面缺陷的金屬層。SMS-20 火焰清理機作業(yè)時，利用氧氣、燃氣形成燃燒火焰，預熱板坯頭部的局部區(qū)域，在其表面形成穩(wěn)定的預熱熔池，板坯以一定的速度向前移動，燒嘴噴出的高壓氧氣流使板坯表面金屬氧化，并推動熔池向前移動，產(chǎn)生的氧化溶渣在高壓水作用下?；宄?，從而將板坯表面下1.5～4.5 mm 金屬層剝除。清理后的板坯表面平整、光潔，表面質量得到極大提高。

火焰清理機的板坯適用范圍

適用SMS-20 火焰清理機的板坯范圍（包括尺寸和成份），具體見表1。按230 mm 厚的板坯規(guī)格計算，設計產(chǎn)能可以達到110 萬t/a。

火焰清理工藝流程

本鋼煉鋼廠改造的SMS-20 火焰清理機可以雙面清理，清理完上面和側面后通過翻鋼機進行翻面后清理下表面和另一個側面，即呈現(xiàn)直角的方式進行清理。具體流程見圖1。

根據(jù)需要清理板坯寬度選擇不同數(shù)量的燒嘴以減少介質浪費，火焰清理燒嘴的數(shù)量：寬邊為8 組，側面為1 組。表2 反映的是火焰清理模式下，滿足火焰清理機的各模塊的壓力參數(shù)?；鹧媲謇頍煊缮项A熱塊、下預熱塊及氧氣槽組成。在板坯的火焰清理的預熱階段，下預熱塊噴高壓燃氣，上預熱塊噴高壓燃氣和低壓氧氣，氧氣槽噴低壓氧氣；清理階段，下預熱塊噴低壓燃氣，上預熱塊噴低壓燃氣和高壓氧氣，氧氣槽噴高壓氧氣。

表2 清理模式上下預熱塊壓力參數(shù) kPa

板坯清理深度

SMS-20 火焰清理機在穩(wěn)定的清理氧氣壓力下，通過調節(jié)清理速度控制板坯清理深度。另外待清理板坯的成分和溫度也對清理過程產(chǎn)生影響。清理速度v的確定過程如下：

式中：B為清理深度，mm；C為清理鋼種碳質量分數(shù)，%；T為清理板坯溫度，℃；P為清理氧氣壓力，kPa。在實際的控制過程中，首先根據(jù)生產(chǎn)工藝確定的清理深度要求和燒嘴的清理速度和清理厚度對應曲線關系（圖2），初步確定清理速度v1。如規(guī)程要求汽車板清理深度按照3.0 mm 進行控制，則根據(jù)圖2 的曲線關系，當前的板坯溫度下，清理速度就需要選擇10 m/min，如果要求3.5 mm 的清理深度，需要選擇7.5 m/min 的清理速度。由于不同的鋼種的含碳量所需要的清理氧氣用量不同，因此，板坯的清理效率也會相應受到影響，含碳量越高，實際清理速度（v2）就得降低，v2與v1之比為清理速度百分比，具體情況如圖3 所示。

圖2 清理速度和清理厚度曲線（冷坯）

圖3 鋼種含碳量與清理速度百分比關系

由此得到考慮含碳量的影響后的速度：

式中，ηc為清理效率（根據(jù)長期生產(chǎn)獲得的經(jīng)驗數(shù)據(jù)）。

由圖2～3 可知，清理同一鋼種，其清理深度與速度呈負相關。在生產(chǎn)實踐當中，對于同一鋼種，其清理深度相同，相較于冷坯，熱坯清理預熱時間短，清理速度快，清理質量穩(wěn)定，作業(yè)漏清率低。此外SMS-20 火焰清理機作業(yè)穩(wěn)定，如果能夠熱清熱送，縮短板坯在加熱爐的停留時間，將是節(jié)能降耗的有效途徑。

板坯表面缺陷對產(chǎn)品質量的影響

板坯表面缺陷若不進行清理直接進行加熱軋制，會給軋制成品造成各種質量問題。板坯的表面氣孔（氣泡）、皮下氣泡，容易在冷軋品表面產(chǎn)生條痕缺陷；板坯表面縱裂、橫裂會在成材表面產(chǎn)生相應的表面裂紋和重皮[1]；皮下夾渣會使得冷軋品產(chǎn)生“亮線”、孔洞、疤坑等缺陷。

皮下氣泡

板坯皮下氣泡主要是鋼液中的氣體夾雜被樹枝晶捕集或未能從板坯表面及時逸出，在鋼坯中富集、長大形成氣泡缺陷。在加熱爐內，板坯皮下內表面被氧化而形成脫碳層，軋制后不能焊合，對應軋材表面呈現(xiàn)條痕狀裂紋[2]。

表面裂紋

表面裂紋根據(jù)在板坯出現(xiàn)的位置不同可分為表面縱裂、表面橫裂、角部縱裂、邊裂、角裂等。其形成受鋼水成分和連鑄工藝等復雜因素的影響。板坯表面裂紋在軋制過程中無法消除，在成材表面產(chǎn)生相應的表面裂紋和重皮。

皮下夾雜

在連鑄過程中，由于澆注時二次氧化，在結晶器鋼水液面生成浮渣。結晶器液面波動，浮渣可能卷入到初生坯殼表面，殘留后形成夾渣。此外，鋼包、中間包的污染，中間包保護渣卷入、注流二次氧化以及精煉過程夾雜物帶入亦將引起皮下夾雜。呈團絮聚集狀夾雜物使得鋼板在軋制過程中局部區(qū)域的強度下降，金屬流變不連續(xù)；同時Al2O3夾雜硬度高，軋制過程中不參與變形；冷軋過程中隨著加工硬化或加工應力不斷增加，鋼中大尺寸夾雜物和集中分布的夾雜物周圍產(chǎn)生的附加應力以及夾雜物對基體的分隔作用使得在冷軋板表面出現(xiàn)翹皮、孔洞、條帶等宏觀缺陷[3]。

火焰清理對去除表面缺陷的作用

表面缺陷在板坯中距離板坯表面的距離如圖4 所示，板坯振痕和皮下氣孔多數(shù)分布在皮下0～1 mm，角部裂紋分布在皮下0～3 mm，表面縱向或橫向裂紋主要分布在皮下0～6 mm，夾雜可分布在板坯各個區(qū)域，但以表皮淺層居多。3 種普通軋制工藝，即冷裝軋制（DR）、直過熱裝軋制（DHCR）、熱裝軋制（HCR），僅依靠清除形成的氧化鐵皮，不足以去除深度大于2 mm 的表面缺陷，而火焰清理+熱軋工藝（CCR）可以滿足要求。SMS-20 火焰清理機清理深度在1.5～4.5 mm，加上加熱爐形成的0～2 mm 深度氧化鐵皮，可最大限度處理絕大部分表面缺陷。對于不同鋼種，其表面缺陷深度存在差異，可靈活的調整火焰清理深度，以減少清理帶來的金屬損耗。

圖4 依靠火焰清理不同軋制工藝清理深度與板坯各缺陷的分布[4]

SMS-20 火焰清理機上線以來，冷軋汽車O5 板合格率、澆次頭坯合格率呈穩(wěn)步上升趨勢?；鹧媲謇頇C清理深度根據(jù)連軋反饋結果進行調整，冷軋汽車O5 板、澆次頭尾坯、換水口等表面缺陷較多的板坯清理深度控制在3～4 mm，其他板坯控制在2～3 mm。根據(jù)反饋結果來看，SMS-20 火焰清理機為產(chǎn)品質量提升具有積極作用。

結論

（1）較于冷坯，熱坯清理預熱時間短，清理速度快，漏清率低，清理質量穩(wěn)定，產(chǎn)能利用率高，建議作業(yè)時盡量保持熱送熱清。

（2）SMS-20 火焰清理機清理質量穩(wěn)定，無需下線人工清理，如果板坯能夠熱清熱送，縮短加熱爐停留時間，將大幅降低能耗。

（3）SMS-20 火焰清理機清理深度在1.5～4.5 mm，可最大限度處理絕大部分表面缺陷，是提升產(chǎn)品質量有效途徑。

（4）不同材質的板坯表面缺陷問題不同，可根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)狀靈活調整清理深度，在保證產(chǎn)品質量的前提下，降低清理金屬損耗，尋求經(jīng)濟效益的最大化。