鋼錠

在鑄錠過程中由于操作不當(dāng)或注速、鑄溫控制不當(dāng)，會使鑄成的錠有種種缺陷。常見的缺陷為：鋼錠表面的結(jié)疤、重皮和縱、橫裂紋，內(nèi)部的殘余縮孔、皮下氣泡、疏松和偏析，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。

鋼錠的用途廣泛，按照其經(jīng)鍛壓、軋制成材的產(chǎn)品類型，可分為以下幾類。

電力用鋼

電力用鋼包括核電、火電、風(fēng)電、水電等用鋼。

核電：用于核島的核心部件，如蒸發(fā)器、主管道、堆芯支撐板、彎管板和發(fā)電機組的低壓轉(zhuǎn)子等大型部件，除要求高強度、高韌性、高均質(zhì)性外，有的還要求耐核輻射，多采用電渣重熔鋼錠制造，最大錠重達715t。

水電：大型水力發(fā)電站用發(fā)電機轉(zhuǎn)子、機座、船閘閘門等，要求高強度、高韌性、高潔凈度。

火電：超臨界火力發(fā)電機的汽包、發(fā)電機座、汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子等，要求高溫強度、高潔凈度、抗蠕變性能。

風(fēng)電：用于底座、立桿和風(fēng)力發(fā)電機軸的制造。

機械制造用鋼

機械制造業(yè)是鋼錠的最大用戶，特別是中國已成為世界機械制造大國，大型機械不但要滿足國內(nèi)需求，還需要大規(guī)模出口。其中冶金機械中的大型礦山用破碎機、球磨機，大型高爐爐殼，轉(zhuǎn)爐托圈、轉(zhuǎn)軸及傳動系統(tǒng)，寬厚板軋機工作輥、支承輥及萬向接軸、主電機軸，無縫鋼管軋機的浮動芯棒、限動芯棒和其他各類軋機的軋輥、軸承、軸承座等均由鋼錠經(jīng)鍛造制作；大型礦山機械中的挖掘機鏟斗、鏟臂，起重機吊臂等也是如此。圖2是5000～5500mm寬

厚板軋機的支承輥，直徑Φ2200～2400mm，重240t。

高層建筑用鋼

隨著建筑業(yè)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)高層建筑層出不窮，如迪拜塔、上海中心等。200m以上的高層建筑為了抗震、防風(fēng)和防火的需要，多做成鋼結(jié)構(gòu)的主框架，其結(jié)構(gòu)可由鋼錠軋成的特厚板，經(jīng)剪裁加工、焊接制成，要求高強度、抗震性和Z向性能。

鋼錠一般情況下大致可區(qū)分為以下幾類：

未凈鋼

鋼錠只經(jīng)過了最基本（最低限）的脫氧處理。鋼錠凝固時，鋼錠模的四周及底部生成一層接近純鐵的金屬層，而碳、硫及磷等則于中央收縮孔附近生成偏折。金屬中的氧，會生成一氧化碳卷在金屬內(nèi)生成氣孔，但氣孔會在熱軋過程中消失。未凈鋼的最大優(yōu)點在于可獲得幾無缺陷的鋼材表面---表面幾為純鐵的緣故。絕大部份的未凈鋼含碳量均為小于0.1%的低碳鋼。

蓋帽鋼（加蓋鋼）

液中的氧使鋼錠的收縮中心附近的偏折情形，較未凈鋼為低，表面美觀，內(nèi)部化學(xué)成份均勻，機械性質(zhì)也較未凈鋼為佳。

全凈鋼

液中的氧早在凝固前便完全被脫除成限制在最低限以內(nèi)避免未凈鋼的邊緣效應(yīng)。脫氧處理，由在鋼液中添加鐵—硅合金使鋼液中的氧反產(chǎn)生成熔渣而得到均勻的金屬液。

半凈鋼

半凈鋼介于未凈鋼與全凈鋼之間，鋼液中經(jīng)加了少量的鐵——硅或鋁做為除氧劑，添加的量正好足夠去除未凈鋼的邊緣效應(yīng)，使氧獲得充份的分解。

真空除氧鋼（真空除氣鋼）

藉由真空處理不需添加任何除氧元素，使鋼液得到充份的除氧效果且鋼中不生成非金屬介在物。處理過程是先增加鋼中的碳含量，然后將鋼液經(jīng)真空澆鑄，此時碳與氧將反應(yīng)生成一氧化碳而使鋼液中的碳與氧逐漸降至規(guī)定的水準(zhǔn)。由于過程中未添加會生成固態(tài)氧化物的除氧元素，鋼質(zhì)非常干凈。

除此之外，因澆鑄前鋼液中含氧量的不同，鋼錠分為鎮(zhèn)靜鋼、沸騰鋼和半鎮(zhèn)靜鋼三種基本類型。

鎮(zhèn)靜鋼

又稱全脫氧鋼，是凝固過程中鋼液內(nèi)氧含量低到不會與鋼中碳反應(yīng)生成一氧化碳?xì)馀莸匿?。鑄前鋼液須經(jīng)充分脫氧，如用硅和鋁脫氧，鋼中硅含量在0.3%左右,鋁含量在（0.02～0.06%）。鎮(zhèn)靜鋼錠均有縮孔，必須用帶保溫帽的錠模澆鑄。軋制后經(jīng)過切頭，鋼錠成坯率為85～89%。要求成分均勻、組織致密的鋼材采用這種鋼錠。鎮(zhèn)靜鋼采用上大下小帶保溫帽的鑄模。近年廣泛采用發(fā)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(fā)生強烈碳氧反應(yīng)、生成一氧化碳?xì)馀荩逛撘涸谀Ｖ蟹序v而得名。這種鋼凝固一開始，氣泡就形成并上浮。鋼錠表皮凝固成含鐵較純的殼層。當(dāng)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(xù)逸出；也可在頂部加入硅鐵、鋁等脫氧進行化學(xué)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后即向整體鋼液中加鋁脫氧，這種鋼錠稱為外沸內(nèi)鎮(zhèn)鋼。沸騰鋼一般采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%，主要用于低碳鋼。

半鎮(zhèn)靜鋼

介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼之間的鋼種。這種鋼內(nèi)部氣體少，結(jié)構(gòu)接近于鎮(zhèn)靜鋼。半鎮(zhèn)靜鋼澆鑄初期不產(chǎn)生氣泡，當(dāng)頂部自然凝固封頂后（可采用瓶口模促進封頂），由于鋼液中碳和氧的富集和溫度降低，促使在鋼錠頂部產(chǎn)生少量一氧化碳?xì)馀?，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(zhèn)靜鋼主要用于中等碳含量和中等質(zhì)量的結(jié)構(gòu)鋼，所用鑄模一般為敞開式上小下大型。

脫模 澆鑄完畢的鋼錠，需待內(nèi)部完全凝固后方可脫模。對裂紋敏感性強的合金鋼錠，脫模后應(yīng)在熱狀態(tài)（>900℃）放入緩冷坑中保溫緩冷，或在不低于750℃溫度下熱送入軋鋼車間的均熱爐或加熱爐。

鋼錠澆鑄分上鑄法（如概述圖）和下鑄法（如圖1）兩種。上鑄鋼錠一般內(nèi)部結(jié)構(gòu)較好，夾雜物較少，操作費用較低；下鑄鋼錠表面質(zhì)量良好，但由于通過中注管和湯道使鋼中夾雜物增多。鋼錠大小取決于很多因素，如煉鋼爐容量，初軋機開坯能力，鋼材尺寸和鋼種特性等。用于生產(chǎn)棒材和型材的鋼錠一般為正方斷面（稱為方錠）；生產(chǎn)板材的鋼錠一般為長方形斷面（稱為扁錠）；生產(chǎn)鍛壓材的鋼錠有方形、圓形和多角形。

鋼液進入盛鋼桶后需靜置一段時間，使出鋼時混入鋼中的爐渣或其他雜質(zhì)上浮去除，同時還起調(diào)整鑄溫的作用。

鑄溫：澆鑄溫度應(yīng)嚴(yán)格控制。鑄溫過低，鋼液入模后表面立即凝固，會造成鋼錠表面缺陷，甚至鋼液在盛鋼桶內(nèi)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(dǎo)致鋼錠出現(xiàn)熱裂紋。對鎮(zhèn)靜鋼，鑄溫一般控制在高于此鋼的液相線溫度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(dāng)注速以保證模中鋼液平穩(wěn)上升，并調(diào)節(jié)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(zhì)量。澆鑄高質(zhì)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(zhèn)靜鋼錠錠身凝固時所造成的體積收縮需用帽頭內(nèi)鋼液來補充，因此可適當(dāng)延長帽頭澆鑄時間。一般帽頭注速比錠身注速慢一倍左右。

鋼錠仍是軋鋼生產(chǎn)的主要原料。鋼錠質(zhì)量的優(yōu)劣、錠型的狀況以及其重量大小對軋鋼生產(chǎn)有著十分重要的作用。在軋鋼生產(chǎn)中除各類初軋機可選用鋼錠作原料外，一些特殊用途軋機、部分中厚板軋機也用鋼錠為原料，我國不少地方中小企業(yè)的開坯機成品軋機也選用小鋼錠作原料。鋼錠選擇的內(nèi)容主要是正確地選擇鋼錠種類、它的重量以及斷面形狀和尺寸大小 。

鋼錠只經(jīng)過了最基本（最低限）的脫氧處理。鋼錠凝固時，鋼錠模的四周及底部生成一層接近純鐵的金屬層，而碳、硫及磷等則于中央收縮孔附近生成偏折 。金屬中的氧，會生成一氧化碳卷在金屬內(nèi)生成氣孔，但氣孔會在熱軋過程中消失。未凈鋼的最大優(yōu)點在于可獲得幾無缺陷的鋼材表面---表面幾為純鐵的緣故。絕大部份的未凈鋼含碳量均為小于0.1%的低碳鋼。

鋼錠縮頭未凈鋼

鋼錠縮頭只經(jīng)過了最基本（最低限）的脫氧處理。鋼錠縮頭凝固時，鋼錠縮頭模的四周及底部生成一層接近純鐵的金屬層，而碳、硫及磷等則于中央收縮孔附近生成偏折。金屬中的氧，會生成一氧化碳卷在金屬內(nèi)生成氣孔，但氣孔會在熱軋過程中消失。未凈鋼的最大優(yōu)點在于可獲得幾無缺陷的鋼材表面---表面幾為純鐵的緣故。絕大部份的未凈鋼含碳量均為小于0.1%的低碳鋼。

鋼錠縮頭蓋帽鋼

液中的氧使鋼錠縮頭的收縮中心附近的偏折情形，較未凈鋼為低，表面美觀，內(nèi)部化學(xué)成份均勻，機械性質(zhì)也較未凈鋼為佳。

鋼錠縮頭全凈鋼

液中的氧早在凝固前便完全被脫除成限制在最低限以內(nèi)避免未凈鋼的邊緣效應(yīng)。脫氧處理，由在鋼液中添加鐵—硅合金使鋼液中的氧反產(chǎn)生成熔渣而得到均勻的金屬液。

鋼錠縮頭半凈鋼

半凈鋼介于未凈鋼與全凈鋼之間，鋼液中經(jīng)加了少量的鐵---硅或鋁做為除氧劑，添加的量正好足夠去除未凈鋼的邊緣效應(yīng)，使氧獲得充份的分解。

鋼錠縮頭真空除氧鋼

藉由真空處理不需添加任何除氧元素，使鋼液得到充份的除氧效果且鋼中不生成非金屬介在物。處理過程是先增加鋼中的碳含量，然后將鋼液經(jīng)真空澆鑄，此時碳與氧將反應(yīng)生成一氧化碳而使鋼液中的碳與氧逐漸降至規(guī)定的水準(zhǔn)。由于過程中未添加會生成固態(tài)氧化物的除氧元素，鋼質(zhì)非常干凈。

鋼水經(jīng)盛鋼包注入鑄模凝固形成鋼錠。鋼液在煉鋼爐中冶煉完成后，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。

為了減小鋼錠中的縮孔深度，應(yīng)盡量促使鋼錠模內(nèi)鋼液自下而上、由表及里的順次凝固，以利于保溫帽內(nèi)的鋼液充分進行補縮。主要措施有：

(1)選擇合理的錠型。上大下小的鋼錠縮孔較淺，細(xì)而長的鋼錠縮孔較深。對于高碳鋼和合金鋼要求鋼錠高寬比<3.5，錐度>3%；

(2)采用保溫帽和發(fā)熱劑，使鋼錠冒口部位鋼水較長時間保持為液態(tài)，以便對錠身部分不斷補縮，減小縮孔深度;

(3)采用上小下大敞口鋼錠模掛絕熱板、加保護渣和防縮孔劑“三位一體”熱帽技術(shù)，能進一步改善冒口形狀，使鋼錠切頭率降至12%以下；

(4)控制合適的注溫、注速和正確進行補注操作。注溫偏低，鋼液流動性差，不利于補縮;而注溫過高，鋼液態(tài)收縮增加，還容易引起鋼錠表面裂紋和焊模、焊底板等問題。注溫一般應(yīng)保證鋼水過熱度在40～60℃。注速應(yīng)與注溫相配合，低溫快注，高溫慢注。補注時間一般不少于鋼錠本體澆注時間的2/3，對于收縮量比較大的中、高碳鋼、高硅鋼等，補注時間必須大于錠身的澆注時間。沸騰鋼及半鎮(zhèn)靜鋼鋼錠，在冷凝過程中有大量CO氣體析出，并在鋼錠中形成一定數(shù)量的氣泡，補償了鋼液的冷凝收縮，一般不出現(xiàn)縮孔缺陷。