全脫氧鋼

鋼液（又稱(chēng)鋼水）經(jīng)盛鋼桶（又稱(chēng)鋼包）注入鑄模凝固成鋼錠的過(guò)程。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(jìn)行加工。用鑄模鑄成鋼錠的工藝過(guò)程簡(jiǎn)稱(chēng)為鑄錠或模鑄；用連續(xù)鑄鋼方法鑄成坯的工藝過(guò)程簡(jiǎn)稱(chēng)連鑄。

鋼錠的種類(lèi) 鋼錠因澆鑄前鋼液中含氧量的不同，分為鎮(zhèn)靜鋼、沸騰鋼和半鎮(zhèn)靜鋼三種基本類(lèi)型。三種類(lèi)型的特征見(jiàn)圖1。

鎮(zhèn)靜鋼 又稱(chēng)全脫氧鋼,是凝固過(guò)程中鋼液內(nèi)氧含量低到不會(huì)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(guò)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(qiáng)烈碳氧反應(yīng)、生成一氧化碳?xì)馀?，使鋼液在模中沸騰而得名。這種鋼凝固一開(kāi)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(dá)到所要求的厚度時(shí)，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(jìn)行化學(xué)封頂；也有用瓶口式錠模進(jìn)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(chēng)為外沸內(nèi)鎮(zhèn)鋼。沸騰鋼一般采用上小下大敞開(kāi)式的瓶口式鑄模。沸騰鋼錠成坯率高達(dá)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(jìn)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(gè)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(kāi)式上小下大型。

澆鑄工藝和設(shè)備 煉鋼爐煉成的鋼液先注入盛鋼桶。桶中鋼液經(jīng)底部的鑄口注入錠模。開(kāi)閉鑄口用塞棒，近年來(lái)多改用滑動(dòng)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(nèi)部結(jié)構(gòu)較好，夾雜物較少，操作費(fèi)用較低；下鑄鋼錠表面質(zhì)量良好，但由于通過(guò)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(jī)開(kāi)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(chēng)為方錠）；生產(chǎn)板材的鋼錠一般為長(zhǎng)方形斷面（稱(chēng)為扁錠）；生產(chǎn)鍛壓材的鋼錠有方形、圓形和多角形。

鋼液進(jìn)入盛鋼桶后需靜置一段時(shí)間，使出鋼時(shí)混入鋼中的爐渣或其他雜質(zhì)上浮去除，同時(shí)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(guò)低，鋼液入模后表面立即凝固，會(huì)造成鋼錠表面缺陷，甚至鋼液在盛鋼桶內(nèi)就開(kāi)始凝固，造成金屬損失或整爐鋼報(bào)廢；鑄溫過(guò)高時(shí)，將延緩鋼錠表層的形成時(shí)間，導(dǎo)致鋼錠出現(xiàn)熱裂紋。對(duì)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(guò)高時(shí)用慢注，過(guò)低時(shí)用快注。上鑄法要控制注速以減少飛濺。

澆鑄時(shí)大氣中的氧將進(jìn)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(shí)，需用惰性氣體氬保護(hù)與空氣接觸的鋼流，用合成固體渣粉保護(hù)模中上升的鋼液面。

鎮(zhèn)靜鋼錠錠身凝固時(shí)所造成的體積收縮需用帽頭內(nèi)鋼液來(lái)補(bǔ)充，因此可適當(dāng)延長(zhǎng)帽頭澆鑄時(shí)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(nèi)部完全凝固后方可脫模。對(duì)裂紋敏感性強(qiáng)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(chē)間的均熱爐或加熱爐。

鋼錠凝固機(jī)理 鋼液在錠模中的凝固過(guò)程伴隨有各種物理化學(xué)現(xiàn)象：如熱的傳導(dǎo)，體積收縮,鋼液流動(dòng),碳氧反應(yīng)，成分偏析等。由此形成不同的結(jié)晶結(jié)構(gòu)和成分分布（見(jiàn)金屬的凝固）。

鋼液在鑄模中的凝固層厚度與凝固時(shí)間的平方根成正比，在冷卻和凝固過(guò)程中產(chǎn)生體積收縮，收縮與溫度的關(guān)系見(jiàn)圖4。

鋼錠各部位的成分與鋼液成分的差異稱(chēng)作偏析，這是由于凝固過(guò)程中各種成分的選分結(jié)晶所造成的。鋼錠愈大，偏析愈嚴(yán)重。這種成分的不均勻性直接影響到鋼的力學(xué)性能，因此要求偏析程度愈小愈好。

鋼錠的缺陷 在鑄錠過(guò)程中由于操作不當(dāng)或注速、鑄溫控制不當(dāng)，會(huì)使鑄成的錠有種種缺陷。常見(jiàn)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(gè)鋼錠報(bào)廢。（見(jiàn)彩圖）

參考書(shū)目

弗萊明斯著，關(guān)玉龍等譯：《凝固過(guò)程》，冶金工業(yè)出版社，北京,1981。

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

蔣仲樂(lè)等：《煉鋼工藝及設(shè)備》,冶金工業(yè)出版社,北京，1981。

荒木透等：《鋼鉄制鍊の技術(shù)Ⅱ》,第二版，朝倉(cāng)書(shū)店，東京都，1972。