半沸騰鋼鋼錠實際應(yīng)用

沸騰鋼板是由普通碳素結(jié)構(gòu)鋼沸騰鋼熱軋成的鋼板。沸騰鋼是一種脫氧不完全的鋼，只用一定量的弱脫氧劑對鋼液脫氧，鋼液含氧量較高，當鋼水注入鋼錠模后，碳氧反應(yīng)產(chǎn)生大量氣體 ，造成鋼液沸騰，沸騰鋼由此而得名。沸騰鋼含碳量低，由于不用硅鐵脫氧，鋼中含硅量也低（Si<0.07%）。沸騰鋼的外層是在沸騰所造成的鋼液劇烈攪動的條件下結(jié)晶成的，故表層純凈、致密，表面質(zhì)量好， 有很好的塑性和沖壓性能，沒有大的集中縮孔，切頭少，成材率高， 而且沸騰鋼生產(chǎn)工藝簡單，鐵合金消耗少，鋼材成本低。沸騰鋼板大量用于制造各種沖壓件， 建筑及工程結(jié)構(gòu)及一些不太重要的機器結(jié)構(gòu)零部件。但沸騰鋼心部雜質(zhì)較多，偏析較嚴重， 組織不致密，力學(xué)性能不均勻。同時由于鋼中氣體含量較多，故韌性低，冷脆和時效敏感性較大， 焊接性能也較差。故沸騰鋼板不適于制造承受沖擊載荷、在低溫條件下工作的焊接結(jié)構(gòu)及其他重要結(jié)構(gòu)。 2100433B

沸騰鋼由于有良好的沸騰作用，鋼錠可形成一個純凈、堅實的外殼，故軋成的產(chǎn)品表面質(zhì)量較好，特別適于制造薄板。并因含碳、硅量較低，有良好的焊接、冷彎和沖壓性能，一些冷沖壓件如拖拉機箱、汽車殼體等均使用沸騰鋼。還用它軋制一般型鋼、中板、線材、窄帶和管材。沸騰鋼鋼錠頭部沒有集中縮孔，軋制成坯后切頭率低，且消耗脫氧劑和耐火材料少，故成本較低。大多數(shù)國家沸騰鋼的產(chǎn)量占模鑄鋼總產(chǎn)量的40%～50%。但沸騰鋼偏析嚴重、組織不致密、力學(xué)性能波動較大，在軋材的不同部位抗拉強度和伸長率有明顯差別。其低溫沖擊性差，鋼板易于時效使韌性降低，故不適于制造對力學(xué)性能要求較高的零部件。此外，為保證模內(nèi)正常沸騰，沸騰鋼碳含量不能超過0.28%，錳含量不大于0.60%，硅含量不大于0.03%，因此只限于生產(chǎn)普通低碳鋼，使沸騰鋼的鋼種受到很大限制。

脫氧不完全的碳素鋼。一般用錳鐵和少量鋁脫氧后，鋼水中還留有高于碳氧平衡的氧量，與碳反應(yīng)放出一氧化碳氣體。因此，在澆注時鋼水在鋼錠模內(nèi)呈沸騰現(xiàn)象，故稱為沸騰鋼。沸騰鋼鋼錠的結(jié)構(gòu)可分為5個帶：(1)堅殼帶。鋼液接觸模壁后受到強烈冷卻，形成由細小等軸晶組成的無氣泡的致密、堅實的外殼帶。一般厚度為12～25mm。(2)蜂窩氣泡帶。鋼錠下部的柱狀晶在向錠心生長時，平行于柱狀晶生長方向而逐漸長大成為橢圓形氣泡組成。(3)中心堅固帶。為防止出現(xiàn)過分嚴重的偏析在鋼液上面加蓋封頂后，抑制了碳氧反應(yīng)，氣體停止析出，蜂窩氣泡終止生長，而結(jié)晶繼續(xù)進行，形成無氣泡的由柱狀晶組成的中心堅固帶。(4)二次氣泡帶。隨柱狀晶的生長，由于偏析作用碳氧富集到一定程度時，碳氧反應(yīng)重新發(fā)生，產(chǎn)生的氣泡分布在鋼錠整個高度，成為二次氣泡帶。(5)錠心帶。當模壁溫度與鋼錠中心溫度之差很小時，鋼錠心部形成等軸晶，成為錠心帶。此時沸騰已大致停止，但仍有少量氣孔形成，部分氣泡還能逐漸上移聚合長大為頭部大氣泡。構(gòu)成頭部疏松區(qū)。沸騰鋼鋼錠凝固時強烈析出氣體，在各類鋼錠中，偏析最為嚴重。鋼錠越大，沸騰越烈，延續(xù)時間越長，偏析發(fā)展愈嚴重。

（1）沸騰鋼鋼錠熱送。中國鞍山鋼鐵公司（鞍鋼）從20世紀80年代初開始試驗液芯加熱和液芯軋制技術(shù)，把沸騰鋼鋼錠模注滿后馬上打水封頂脫模，不等中心凝固就裝入均熱爐，給少量煤氣保溫，待中心與表面溫度均勻后即出爐軋制。這一技術(shù)可大大地減少鋼錠在爐時間和節(jié)約煤氣，但因沸騰鋼鋼錠露天傳擱無法使這一技術(shù)全面推廣。ZF法（即用上大下小帶球形底部的鎮(zhèn)靜鋼鋼錠模加瓶口式鑄鐵頂蓋澆注沸騰鋼鋼錠）工藝為提高沸騰鋼鋼錠裝爐溫度，保證液芯裝爐率創(chuàng)造了有效和可靠的條件。鞍鋼在推廣ZF法后的1984年，鋼錠的裝爐溫度超過950℃以上的占全部ZF錠產(chǎn)量的58%，使利用鋼錠芯部未凝固的結(jié)晶潛熱進行液芯加熱和液芯軋制的條件更好。1985年在第二初軋廠又試驗了沸騰鋼鋼錠密集裝爐微能加熱工藝（由于熱損失小，只給少量煤氣即可完成鋼錠加熱）。與傳統(tǒng)非液芯加熱鋼錠相比，均熱爐燃耗降低約50%，均熱爐生產(chǎn)能力提高約30%～40%，鋼錠的氧化鐵皮損失由1.5%左右降至0.8%左右。

（2）鎮(zhèn)靜鋼鋼錠熱送。鎮(zhèn)靜鋼鋼錠一般采用凝固后熱送裝爐。1986年熱送率最高的本溪鋼鐵公司平均送錠溫度達880℃，用沸騰鋼鋼錠模掛絕熱板澆注的上小下大鎮(zhèn)靜鋼鋼錠，由于脫模后鋼錠露天傳擱，制約了熱送溫度的進一步提高。為解決這一問題，將脫模后的鋼錠迅速放置到保溫車內(nèi)送至均熱爐，是行之有效的措施。1985年鞍鋼第二初軋廠成功地試驗了7.8t上小下大掛絕熱板的鎮(zhèn)靜鋼鋼錠液芯裝爐微能加熱，使煤氣單耗下降40%，加熱效率提高20%，成坯率提高0.69%，達到與沸騰鋼鋼錠液芯裝爐相近的效果，但因鎮(zhèn)靜鋼鋼錠頭部掛絕熱板不能采用封頂，要求在脫模和裝爐過程中審慎操作，不能將鋼錠碰倒。利用鋼錠凝固傳熱模型，計算各關(guān)鍵時刻（如脫模、裝爐、出爐、開軋及終軋）鋼錠內(nèi)的溫度場，對鋼錠熱送，特別是對液芯加熱和液芯軋制工藝的優(yōu)化有重要指導(dǎo)意義。

按鋼錠?？v斷面形狀可分為上大下小帶保溫帽或豁口掛絕熱板鋼錠模和上小下大敞口或瓶口式鋼錠模。前者傳統(tǒng)上用于澆注鎮(zhèn)靜鋼鋼錠，習慣上稱為鎮(zhèn)靜鋼鋼錠模，現(xiàn)在也用于澆注沸騰鋼鋼錠，后者傳統(tǒng)上用于澆注沸騰鋼，習慣上稱為沸騰鋼鋼錠模，現(xiàn)在也廣泛用于澆注鎮(zhèn)靜鋼。按鋼錠模內(nèi)腔橫斷面形狀可分為方形、矩形、圓形和多角形等類型。按鋼錠模內(nèi)壁形狀可分為凸邊形、凹邊形、直邊形及波紋邊形等類型。圖1為幾種常用鋼錠模的實物照片。