钢锭模铸

16模铸钢锭钢的浇注，就是将在炼钢炉中或炉外精炼所得到的合格钢水，经过钢包（又称盛钢桶）及中间钢包等浇注设备，注入到一定形状和尺寸的钢锭模或结晶器中，使之凝固成钢锭或钢坯。钢锭（坯）是炼钢生产的最终产品，其质量的好坏与冶炼和浇注有直接关系，是炼钢生产过程中质量控制的重要环节。目前采用的浇注方法有钢锭模铸钢法（模铸法）和连续铸钢法（连铸法）两种，下面主要介绍传统的钢的浇注方法—模铸法。16.1模铸法及特点简介模铸法是将盛钢桶内的钢水注入到具有一定形状和尺寸的钢锭模中，冷凝变成固态钢锭的工艺过程。模铸法可分为以下几种。16.1.1坑铸法和车铸法根据浇注系统的摆放位置不同，可将模铸法分为坑铸法和车铸法。坑铸法是将钢锭模摆放在铸坑内的底板上进行浇注，浇注作业全在铸锭跨内进行。此法生产效率低，劳动条件差，因此仅在一些中小型的炼钢车间采用。车铸法是将钢锭模摆放在铸车的底板上进行浇注的，除在铸锭跨内进行浇注钢液外，其他作业如脱模、整模等均在另外的厂房内进行，从而克服了坑铸法的缺点。但占地面积大，基建投资多，多在大型的炼钢车间采用。16.1.2上注法和下注法根据钢液由钢包注入钢锭模的方式不同，又将模铸法分为上注法和下注法两种。(1)上注法钢液由钢锭模上口直接注入模内的浇注方法，称为上注法。见图16-1所示。上注法每次只能铸一支（或2-4支）钢锭，必需的设备是钢包、钢锭模、保温帽、中注管和底板。与下注法相比，上注法有如下一些优点和缺点：1)优点：铸锭准备工作简单，耐火材料消耗少，钢水收得率高，钢锭成本低；由于耐火材料侵蚀产生的夹杂物少；浇注速度比下注法快，注温可比下注法低；有利于减少翻皮、缩孔和疏松等钢锭缺陷，钢锭内部质量好。2)缺点：一次只能浇注一支（或2～4支）钢锭；开浇时易引起飞溅，造成结疤、皮下气泡等缺陷；容易烧坏钢锭模和底板，钢锭模消耗较高。只适宜大钢锭的浇注。(2)下注法钢液经中注管、汤道从模底进入模内的浇注方法，称为下注法。见图16-2所示。下注法一次能够铸成数根至数十根钢锭。1)优点：能同时浇注若干支钢锭，生产率较高，钢液在模内上升平稳，钢锭表面质量好，有利于钢中气体及夹杂物上浮排出。此法在炼钢钢生产中得到普遍采用。2)缺点：铸锭准备工作复杂，耐火材料消耗高，钢液损失多，导致钢锭成本增加；由于钢液对耐火材料的侵蚀，可能使钢中夹杂物增加，钢锭上部钢液温度低，不利于钢液的补缩，使钢液内部质量不如上注法。在实际生产中，具体采用哪一种浇注方法，应根据钢锭大小、钢钟特点和生产条件等合理选择。如对表面质量要求不严的不锈钢、硅钢、轧制薄板钢等，宜采用下注;对内部质量要求较高的轴承钢、炮弹钢等，宜采用上注，高碳钢宜采用快速上注，低碳钢宜采用下注一般小钢锭适宜下注，沸腾钢适宜下注，半镇静钢适宜上注。16.2模铸法的主要设备模铸法的主要设备包括：钢包、钢锭模、保温帽、中注管和底板等。16.2.1钢包钢包是盛钢水以进行浇注的主要设备。钢包的容积，应足够容纳全部钢水和部分保温用渣液，此外，还应有10%左右的余量，以适应钢水量的波动，确保安全。钢包的结构见图16-3所示。钢包的内部是上大下小的圆柱形，外壳由钢板焊成，略带锥度，内衬耐火材料。桶底留有一个镶嵌水口砖用的圆孔（水口），桶壁两侧对称装有耳轴，供吊运、支撑钢包用；桶侧还装有塞棒升降传动机构（一般滑动水口没有），控制水口的开启及其开度大小，从而控制钢流的浇注速度。在出钢使用前，必须将其烘干并预热到一定温度。钢包水口的控制系统有两种类型：塞棒水口和滑动水口。由图16-3可见，塞棒水口控制系统包括塞棒操纵装置、塞棒和水口三部分。浇注钢液时，要求利用塞棒来启闭水口并控制钢流的大小，故要求塞棒头必须严密堵住水口眼。滑动水口装置主要由上、下水口和上、下滑板组成，图16-4为滑动水口的工作原理。上水口和上滑板均固定在钢包的底壳上，下水口和下滑板则固定在滑动盒中。操作时，通过滑动机构错动两块滑板位置，以此控制水口的启闭程度，从而控制钢流的大小。目前广泛采用的滑动水口有两种类型：一类是滑动作直线运动；另一类是滑动作旋转运动，也称为放置水口。近年来，随着钢包精炼和脱气处理等新技术的应用，要求提高出钢温度和延长钢液在钢包内的停留时间。在这种情况下，塞棒水口已不能适应生产要求，目前生产中普遍采用滑动水口。滑动水口的使用，可以简化盛钢桶的准备工作，改善劳动条件，并减少由于塞棒断头等造成的事故，为实现浇注的机械化和自动化创造了条件。16.2.2钢锭模钢锭模是浇注时承受钢液的模子，是使钢液凝固成钢锭的模型。(1)钢锭模的结构钢锭模大多用铸铁铸造而成，其使用寿命波动较大，一般在60-80次。其断面尺寸及开口，取决于钢钟、用途和初轧机能力等，所铸钢锭的单重在几百千克到十几吨之间。(2)钢锭模的形状从钢锭模的纵断面形状来看，有上大下小型和上小下大型两种，如图16-5所示。1)上大下小、有底、带保温帽的钢锭模，如图16-5(a)所示，适宜于浇注镇静钢，因其上部断面较大并带有保温帽，能使上部钢液冷却凝固得慢些，有利补缩，可避免在锭身产生缩孔，提高钢锭质量。2)上小下大、无底、不带保温帽的钢锭模，如图16-5(b)所示，适宜于浇注沸腾钢，因其上小下大便于脱模和钢锭不会产生集中缩孔，有利于提高钢锭质量。一些炼钢车间厂为了简化铸锭生产工序，采用在上小下大的钢锭模内挂装绝热板，用于浇注镇静钢，取得较好效果。钢锭模的断面形状即决定了钢锭的断面形状，二者是一致的。一般情况下，常用方形、扁形断面的钢锭模。16.2.3保温帽(1)保温帽的作用保温帽的作用是使钢锭头部长时间处于液态，以便充填钢锭本身因凝固收缩而产生的缩孔，从而得到致密的钢锭。保温帽安装在上大下小的钢锭模的上部。(2)保温帽的结构保温帽由铸铁外壳和耐火保温衬组成。目前大多采用轻质绝缘保温帽，其结构形式有固定式和浮游式两种。保温帽可以制成整体，也可以由数块绝热板装配成保温帽。绝热板一般由粉状耐火骨料（如石英砂、氧化铝粉）、纤维材料（如纸渣或矿棉）和黏结剂（如纸浆、树脂）经配制加工成型而得。为了取得更好的补缩效果，有的还在浇注快结束时，往保温帽内加入发热剂，减少钢锭顶部钢液的热损失，以更好地发挥保温帽的补缩作用，提高钢锭质量，从而提高钢材质量和成材率。16.2.4中注管在采用下注法时，中注管的作用是将从钢包水口流下的钢液引入分流砖、流钢砖而流入各个钢锭模内。中注管由铸铁外(铁)壳、漏斗砖和中注管砖组成。16.2.5底板底板又称底盘或锭盘。上注法底板的作用是承托钢锭模，其表面无沟槽；下注法的底板铸有下凹的沟槽，槽内砌分流砖和流钢砖。底板由铸铁铸成，按底板沟槽的形状可分为树枝形底板和放射形底板，前者用于浇注支数较多而单重较小的钢锭，后者用于浇注支数较少而单重较大的钢锭。16.3模铸浇注工艺模铸工艺流程主要包括生产准备、钢液浇注、钢锭冷却和退火三个环节。16.3.1浇注准备浇注准备主要包括：(1)浇钢前将钢包清理干净并烘烤好。(2)根据钢种要求选择好合适的水口，安装时要使水口孔垂直，塞棒与水口接触紧密，控制机构灵活好用。使用滑动水口要保证滑板之间严密无缝隙且活动良好。(3)底板与中注管的修砌要平整、严密，汤道砖内清洁无杂物。(4)仔细检查钢锭模，有严重裂纹的不能使用。(5)钢锭模在底板上摆放位置要正确且平稳。(6)安装好保温帽或挂板。上述一切准备好后，即可等待浇注。16.3.2钢液浇注进行钢液浇注应首先使钢液镇静，并控制注温、注速。(1)钢液在钢包内镇静从出钢完毕到开始浇注，钢液在钢包内静置的时间，称为镇静时间。(2)浇注时钢水温度和浇注速度（注速）是浇注工艺的两个基本参数，必须严格加以控制。合适的注温应能保证浇完最后一盘钢锭时，模内钢水仍具有等于或高于钢种的液相线温度，使钢水在模内能流动，一般波动在80～120℃之间。注速指单位时间内注入锭模的钢液量（重量注速，kg/min），或指单位时间内锭模内钢液面上升的速度（浇注线速度，mm/min）。通常采用后一种方法。注速的确定必须综合考虑注温、浇注方法和钢种特点，其一般原则是：高温慢注，低温快注；上注快注，下注慢注；裂纹倾向性大的钢种慢注；含易氧化元素的钢种快注。16.3.3钢锭的冷却和退火浇注完毕后，应将钢锭模和钢锭静置一定时间，以待钢液在钢锭模内凝固。凝固后的钢锭温度仍然很高。对于普通镇静钢钢锭，当其完全凝固后即可脱模。但对于某些碳素钢或合金钢钢锭，若凝固后的冷却太快，将因内外冷却速度相差悬殊，在钢锭内部产生很大的内应力而引起开裂。因此，钢锭完全凝固后，尚需根据钢种特点，采取缓冷或退火措施。其目的在于，消除钢锭的内应力，使钢锭的组织及成分均匀化钢锭的冷却方法，一般可分为模冷、坑冷和热送等几种。16.4钢锭结构16.4.1镇静钢钢锭结构镇静钢是完全脱氧钢，钢液在凝固过程中不析出CO气体，在模内平静地凝固。因此，钢锭组织致密，无分散气泡，成分比较均匀，轧成的钢板具有良好、均匀的机械性能。所以对机械性能要求较高和较稳定的合金钢和高、中碳钢及部分低合金钢，都冶炼成镇静钢。但镇静钢钢锭头部有缩孔，开坯时切头损失大，成材率低；脱氧剂消耗多，多采用保温帽的钢锭模，耐火材料消耗增加，钢锭成本高。典型镇静钢钢锭结构的纵剖面如图16-6所示。其主要结构组织由表到里分别为：钢锭表面的细小等轴晶带、柱状晶带、锭心粗大等轴晶带、沉积带及缩孔等。16.4.2沸腾钢钢锭结构沸腾钢是脱氧不完全的钢，钢水中的含氧量高于与碳平衡的含量，在浇注时，随着温度的降低和结晶的进行，[C]和[O]在凝固前沿发生液析和浓聚，并进行反应，产生大量CO气体，引起模内钢水沸腾，故称这种钢为沸腾钢。沸腾钢钢锭结构也是由细小等轴晶、柱状晶及粗大等轴晶等组成。但有与镇静钢不同的特点。典型沸腾钢钢锭的纵剖面结构见图16-7所示。按气泡分布规律可将其分为坚壳带、蜂窝气泡带、中间坚固带、二次气泡带及锭心等几个结构带。16.4.3半镇静钢钢锭结构半镇静钢是介于镇静钢和沸腾钢之间的钢种。钢锭中气泡的容积与钢液凝固收缩的体积大致相等，不至于出现明显的缩孔和上涨，因此，又称为平衡钢。半镇静钢兼有镇静钢和沸腾钢的优点，使它的生产和使用得到迅速发展。半镇静钢的钢锭结构也介于镇静钢和沸腾钢之间。但有多种类型，大体上可分为3种，见图16-8。(1)偏镇静型用锰铁、硅铁合金和铝在盛钢桶内进行脱氧，脱氧程度应使钢液在浇注过程中基本一不发生[C]-[O]反应，不产生沸腾。见图16-8（a）所示。(2)偏沸腾型用锰铁和硅锰合金在盛钢桶内进行脱氧，有意控制脱氧不足，没有缩孔，头部稍有上涨，钢锭表面层自下而上分布着蜂窝气泡带，见图16-8（d）所示，质量接近于镇静钢。(3)中间型中间型即所谓正常结构的平衡钢，如图16-8（b）、(c)所示。钢锭内的气泡基本上抵消了钢液的凝固收缩，故头部没有缩孔或缩孔很小。16.5钢锭常见缺陷16.5.1镇静钢钢锭常见缺陷镇静钢钢锭的主要缺陷可分为两大类：一类是表面缺陷，一类是内部缺陷。属于表面缺陷的有：裂纹、结疤、重皮、气泡、翻皮、截痕等；属于内部缺陷的有：缩孔、疏松、偏析、夹杂、白点、内裂等。镇静钢钢锭的主要缺陷、成因及防止措施，见表16-1所示。表16-1镇静钢钢锭的主要缺陷、成因及防止措施缺陷名称轧后特征缺陷成因防止或养活缺陷措施裂纹严重裂纹锭模设计不合理；脱模过旱改进锭模设计；防止脱模过快；不用高温锭模凹坑局部分层钢锭模内壁不平，保护渣性能不佳注意清理模壁，选用合适的保护渣表面夹杂夹杂分层注温注速低；清洁工作不好；耐火材料质量差，锭模内壁不良合适的浇注制度；改进锭模管理，做好清洁；工作改进耐火材料质量翻皮结疤裂纹局部分层模内钢液面氧化膜裸露、注泫注入偏心等引起飞溅；浇注初期冷溅合适的液面保护剂；正确的浇注操作；用防油筒皮下气泡纵裂纹角部裂纹脱氧不良；注速过慢；添加物或涂料潮湿；钢中气体含量过高正确脱氧；对添加剂和涂料进行烘烤；控制合适注速；降低钢中气体含量截痕裂纹浇注中断事故；低温低速浇注防止各种浇注事故；采用合适的浇注工艺缩孔严重内裂锭模设计不合理；注速过快，注温不合适，补注不良