基本介紹
- 中文名：鋼錠澆鑄
- 外文名：steel ingot teeming
鋼液（又稱鋼水）經盛鋼桶（又稱鋼包）注入鑄模凝固成鋼錠的過程。鋼液在煉鋼爐中冶煉完成後，必須鑄成一定形狀的錠或坯才能進行加工。用鑄模鑄成鋼錠的工藝過程簡稱為鑄錠或模鑄；用連續鑄鋼方法鑄成坯的工藝過程簡稱連鑄。
鋼錠的種類 鋼錠因澆鑄前鋼液中含氧量的不同，分為鎮靜鋼、沸騰鋼和半鎮靜鋼三種基本類型。三種類型的特徵見圖1。
鎮靜鋼 又稱全脫氧鋼,是凝固過程中鋼液內氧含量低到不會與鋼中碳反應生成一氧化碳氣泡的鋼。鑄前鋼液須經充分脫氧（如用矽和鋁脫氧,鋼中矽含量在0.3%左右,鋁含量在(0.02～0.06%)。鎮靜鋼錠均有縮孔,必須用帶保溫帽的錠模澆鑄。軋制後經過切頭，鋼錠成坯率為85～89%。要求成分均勻、組織緻密的鋼材採用這種鋼錠。鎮靜鋼採用上大下小帶保溫帽的鑄模。近年廣泛採用發熱保溫帽和隔熱板保溫帽等以提高成坯率。
沸騰鋼 鋼液中含氧量較高(0.02～0.04%)、在錠模中發生強烈碳氧反應、生成一氧化碳氣泡，使鋼液在模中沸騰而得名。這種鋼凝固一開始，氣泡就形成並上浮。鋼錠表皮凝固成含鐵較純的殼層。當表層達到所要求的厚度時，在鋼錠頂部加上蓋板，使頂部凝固，阻止氣泡繼續逸出；也可在頂部加入矽鐵、鋁等脫氧進行化學封頂；也有用瓶口式錠模進行封頂。另一種方法是在鋼液凝固成表面層後即向整體鋼液中加鋁脫氧，這種鋼錠稱為外沸內鎮鋼。沸騰鋼一般採用上小下大敞開式的瓶口式鑄模。沸騰鋼錠成坯率高達90～92%，主要用於低碳鋼。
半鎮靜鋼 介於鎮靜鋼和沸騰鋼之間的鋼種。這種鋼內部氣體少，結構接近於鎮靜鋼。半鎮靜鋼澆鑄初期不產生氣泡，當頂部自然凝固封頂後（可採用瓶口模促進封頂），由於鋼液中碳和氧的富集和溫度降低，促使在鋼錠頂部產生少量一氧化碳氣泡，填充整個鋼液的凝固收縮空間。因此，可得到與沸騰鋼相近的鋼錠成坯率。半鎮靜鋼主要用於中等碳含量和中等質量的結構鋼，所用鑄模一般為敞開式上小下大型。
澆鑄工藝和設備 煉鋼爐煉成的鋼液先注入盛鋼桶。桶中鋼液經底部的鑄口注入錠模。開閉鑄口用塞棒，近年來多改用滑動水口。
澆鑄方法 鋼錠澆鑄分上鑄法(圖2)和下鑄法（圖3）兩種。上鑄鋼錠一般內部結構較好，夾雜物較少，操作費用較低；下鑄鋼錠表面質量良好，但由於通過中注管和湯道使鋼中夾雜物增多。
鋼錠大小取決於很多因素，如煉鋼爐容量，初軋機開坯能力，鋼材尺寸和鋼種特性等。用於生產棒材和型材的鋼錠一般為正方斷面（稱為方錠）；生產板材的鋼錠一般為長方形斷面（稱為扁錠）；生產鍛壓材的鋼錠有方形、圓形和多角形。
鋼液進入盛鋼桶後需靜置一段時間，使出鋼時混入鋼中的爐渣或其他雜質上浮去除，同時還起調整鑄溫的作用。
鑄溫 澆鑄溫度應嚴格控制。鑄溫過低，鋼液入模後表面立即凝固，會造成鋼錠表面缺陷，甚至鋼液在盛鋼桶內就開始凝固，造成金屬損失或整爐鋼報廢；鑄溫過高時，將延緩鋼錠表層的形成時間，導致鋼錠出現熱裂紋。對鎮靜鋼，鑄溫一般控制在高於此鋼的液相線溫度40～60℃。為保證整桶鋼水溫度均勻，可向盛鋼桶中吹氬氣攪拌鋼液。
注速 下鑄法一般要求有適當注速以保證模中鋼液平穩上升，並調節鑄溫。鑄溫過高時用慢注，過低時用快注。上鑄法要控制注速以減少飛濺。
澆鑄時大氣中的氧將進入鋼錠，使鋼液二次氧化而降低鋼的質量。澆鑄高質量鋼時，需用惰性氣體氬保護與空氣接觸的鋼流，用合成固體渣粉保護模中上升的鋼液面。
鎮靜鋼錠錠身凝固時所造成的體積收縮需用帽頭內鋼液來補充，因此可適當延長帽頭澆鑄時間。一般帽頭注速比錠身注速慢一倍左右。
脫模 澆鑄完畢的鋼錠，需待內部完全凝固後方可脫模。對裂紋敏感性強的合金鋼錠，脫模後應在熱狀態(>900℃)放入緩冷坑中保溫緩冷，或在不低於750℃溫度下熱送入軋鋼車間的均熱爐或加熱爐。
鋼錠凝固機理 鋼液在錠模中的凝固過程伴隨有各種物理化學現象：如熱的傳導，體積收縮,鋼液流動,碳氧反應，成分偏析等。由此形成不同的結晶結構和成分分布（見金屬的凝固）。
鋼液在鑄模中的凝固層厚度與凝固時間的平方根成正比，在冷卻和凝固過程中產生體積收縮，收縮與溫度的關係見圖4。
鋼錠各部位的成分與鋼液成分的差異稱作偏析，這是由於凝固過程中各種成分的選分結晶所造成的。鋼錠愈大，偏析愈嚴重。這種成分的不均勻性直接影響到鋼的力學性能，因此要求偏析程度愈小愈好。
鋼錠的缺陷 在鑄錠過程中由於操作不當或注速、鑄溫控制不當，會使鑄成的錠有種種缺陷。常見的缺陷為：鋼錠表面的結疤、重皮和縱、橫裂紋，內部的殘餘縮孔、皮下氣泡、疏鬆和偏析，混入鋼中的耐火物和爐渣、灰塵造成的夾雜等。這些缺陷能大大降低鋼錠的成坯率，甚至使整個鋼錠報廢。（見彩圖）
參考書目
弗萊明斯著，關玉龍等譯：《凝固過程》，冶金工業出版社，北京,1981。
(M.C.Flemings, SolidificationProcessing,McGraw-Hill, New York, 1974.)
蔣仲樂等：《煉鋼工藝及設備》,冶金工業出版社,北京，1981。
荒木透等：《鋼鉄制鍊の技術Ⅱ》,第二版，朝倉書店，東京都，1972。
