钢锭浇铸

钢液经盛钢桶注入铸凝固成钢锭的过程

steel ingot teeming 钢液（又称钢水）经盛钢桶（又称钢包）注入铸凝固成钢锭的过程。钢液在炼钢炉中冶炼完成后，必铸成一定形状的锭或坯才能进行加工。用铸模铸成钢的工艺过程简称为铸锭或模铸；用连续铸钢方法铸成的工艺过程简称连铸。钢锭的种钢锭因浇铸前钢液中含氧量的不同，分为镇静钢、沸腾钢和半镇静钢三种基本类型。三种型的特征见图1 镇静钢锭、半镇静钢锭和沸腾钢锭的征。

钢液（又称钢水）经盛钢桶（又称钢包）注入铸模凝固成钢锭的过程。钢液在炼钢炉中冶炼完成后，必须铸成一定形状的锭或坯才能进行加工。用铸模铸成钢锭的工艺过程简称为铸锭或模铸；用连续铸钢方法铸成坯的工艺过程简称连铸。

钢锭的种类钢锭因浇铸前钢液中含氧量的不同，分为镇静钢、沸腾钢和半镇静钢三种基本类型。三种类型的特征见图1。

镇静钢又称全脱氧钢,是凝固过程中钢液内氧含量低到不会与钢中碳反应生成一氧化碳气泡的钢。铸前钢液须经充分脱氧（如用硅和铝脱氧,钢中硅含量在0.3%左右,铝含量在0.02～0.06%）。镇静钢锭均有缩孔,必须用带保温帽的锭模浇铸。轧制后经过切头，钢锭成坯率为85～89%。要求成分均匀、组织致密的钢材采用这种钢锭。镇静钢采用上大下小带保温帽的铸模。近年广泛采用发热保温帽和隔热板保温帽等以提高成坯率。

沸腾钢钢液中含氧量较高(0.02～0.04%)、在锭模中发生强烈碳氧反应、生成一氧化碳气泡，使钢液在模中沸腾而得名。这种钢凝固一开始，气泡就形成并上浮。钢锭表皮凝固成含铁较纯的壳层。当表层达到所要求的厚度时，在钢锭顶部加上盖板，使顶部凝固，阻止气泡继续逸出；也可在顶部加入硅铁、铝等脱氧进行化学封顶；也有用瓶口式锭模进行封顶。另一种方法是在钢液凝固成表面层后即向整体钢液中加铝脱氧，这种钢锭称为外沸内镇钢。沸腾钢一般采用上小下大敞开式的瓶口式铸模。沸腾钢锭成坯率高达90～92%，主要用于低碳钢。

半镇静钢介于镇静钢和沸腾钢之间的钢种。这种钢内部气体少，结构接近于镇静钢。半镇静钢浇铸初期不产生气泡，当顶部自然凝固封顶后（可采用瓶口模促进封顶），由于钢液中碳和氧的富集和温度降低，促使在钢锭顶部产生少量一氧化碳气泡，填充整个钢液的凝固收缩空间。因此，可得到与沸腾钢相近的钢锭成坯率。半镇静钢主要用于中等碳含量和中等质量的结构钢，所用铸模一般为敞开式上小下大型。

浇铸工艺和设备炼钢炉炼成的钢液先注入盛钢桶。桶中钢液经底部的铸口注入锭模。开闭铸口用塞棒，近年来多改用滑动水口。

浇铸方法钢锭浇铸分上铸法(图2)和下铸法（图3）两种。上铸钢锭一般内部结构较好，夹杂物较少，操作费用较低；下铸钢锭表面质量良好，但由于通过中注管和汤道使钢中夹杂物增多。

钢锭大小取决于很多因素，如炼钢炉容量，初轧机开坯能力，钢材尺寸和钢种特性等。用于生产棒材和型材的钢锭一般为正方断面（称为方锭）；生产板材的钢锭一般为长方形断面（称为扁锭）；生产锻压材的钢锭有方形、圆形和多角形。

钢液进入盛钢桶后需静置一段时间，使出钢时混入钢中的炉渣或其他杂质上浮去除，同时还起调整铸温的作用。

铸温浇铸温度应严格控制。铸温过低，钢液入模后表面立即凝固，会造成钢锭表面缺陷，甚至钢液在盛钢桶内就开始凝固，造成金属损失或整炉钢报废；铸温过高时，将延缓钢锭表层的形成时间，导致钢锭出现热裂纹。对镇静钢，铸温一般控制在高于此钢的液相线温度40～60℃。为保证整桶钢水温度均匀，可向盛钢桶中吹氩气搅拌钢液。

注速下铸法一般要求有适当注速以保证模中钢液平稳上升，并调节铸温。铸温过高时用慢注，过低时用快注。上铸法要控制注速以减少飞溅。

浇铸时大气中的氧将进入钢锭，使钢液二次氧化而降低钢的质量。浇铸高质量钢时，需用惰性气体氩保护与空气接触的钢流，用合成固体渣粉保护模中上升的钢液面。

镇静钢锭锭身凝固时所造成的体积收缩需用帽头内钢液来补充，因此可适当延长帽头浇铸时间。一般帽头注速比锭身注速慢一倍左右。

脱模浇铸完毕的钢锭，需待内部完全凝固后方可脱模。对裂纹敏感性强的合金钢锭，脱模后应在热状态(＞900℃)放入缓冷坑中保温缓冷，或在不低于750℃温度下热送入轧钢车间的均热炉或加热炉。

钢锭凝固机理钢液在锭模中的凝固过程伴随有各种物理化学现象：如热的传导，体积收缩,钢液流动,碳氧反应，成分偏析等。由此形成不同的结晶结构和成分分布（见金属的凝固）。

钢液在铸模中的凝固层厚度与凝固时间的平方根成正比，在冷却和凝固过程中产生体积收缩，收缩与温度的关系见图4。

钢锭各部位的成分与钢液成分的差异称作偏析，这是由于凝固过程中各种成分的选分结晶所造成的。钢锭愈大，偏析愈严重。这种成分的不均匀性直接影响到钢的力学性能，因此要求偏析程度愈小愈好。

钢锭的缺陷在铸锭过程中由于操作不当或注速、铸温控制不当，会使铸成的锭有种种缺陷。常见的缺陷为：钢锭表面的结疤、重皮和纵、横裂纹，内部的残余缩孔、皮下气泡、疏松和偏析，混入钢中的耐火物和炉渣、灰尘造成的夹杂等。这些缺陷能大大降低钢锭的成坯率，甚至使整个钢锭报废。（见彩图）

参考书目

弗莱明斯著，关玉龙等译：《凝固过程》，冶金工业出版社，北京,1981。

(M.C.Flemings, SolidificationProcessing,McGraw-Hill, New York, 1974.)

蒋仲乐等：《炼钢工艺及设备》,冶金工业出版社,北京，1981。