补充资料：沸腾钢钢锭

沸腾钢钢锭
rimmed steel ingot

feitenggang gangding沸腾钢钢锭(rimmedsteel ingot)未完全脱氧钢水注入钢锭模凝固形成的钢锐。因在凝固过程中逸出气体引起“沸腾”现象而得名。1919年美国希伯德(R.Hibbard)观察到沸腾钢锭在沸腾过程中顶面逐渐“收边”(形成凝固边缘)现象，首次用rim即边缘一词表示沸腾钢。沸腾钢钢锭一般采用上小下大敞口钢锭模或瓶口钢锭模浇注。未完全脱氧钢水注入模内，伴随着结晶发生〔C〕和〔O〕的富集，引起〔C〕+〔O〕~天CO}个反应，析出的大量CO气体带动钢水沿凝固前沿上升，再由锭心下降，形成对流和沸腾，注毕继续沸腾一定时间后，顶面钢水被强制凝固封顶。钢锭液芯部分残余钢水在较大压力下继续结晶，直至完全凝固。沸腾钢钢水成分有严格限制，要求戈〕钱0.3洲，〔Mn〕(0.6洲，〔si〕及〔Al〕都应为痕迹量;碳过低〔〔C〕<。.03%)或硫过高(〔S〕>。.1%的易切钢)的钢水难以浇注出合格的沸腾钢钢锭。边长小于15omm的小型钢锭也不适于浇注沸腾钢。沸腾钢浇注时模内钢水的良好沸腾，有利于防止翻皮、夹渣等表面缺陷，钢锭表面质量好;且残留于头部的气泡抵消了钢的冷凝收缩，不产生集中的一次缩孔，钢锭成坯率高，加以脱氧合金消耗也少，因而钢材生产成本低，是经济实用的钢材品种。沸腾钢钢锭可轧制薄板、中板、棒材和线材等，用于制造一般建筑构件、汽车深冲件、薄壁冲压件、焊管及焊条等。轧制压缩比足够大时，沸腾钢锭内部的各类气泡，完全可以焊合。热轧沸腾钢钢材具有良好的塑性，屈服强度最高级别达235~255 MPa。但其时效敏感性、低温脆性等指标不如镇静钢。钢材化学成分偏析也较大，使其应用受到一定限制。沸腾钢钢锭生产已有百余年历史。长期的生产实践与理论研究，已能对沸腾钢钢锭浇注过程的排气状况、钢锭气泡分布及偏析规律’等问题给出定量或半定量地确切分析。近20多年来连续铸钢迅速发展，已逐步取代模铸。沸腾钢不适于连般为30一10omm。(3)中间坚实带。钢锭的封顶使产生铸，沸腾钢钢锭的产量及其所占比例将日趋降低。以至气泡需要克服的外压力突然增加，凝固前沿的(〔C〕·可能停止生产。而已开发成功的低硅、低铝的“准沸腾〔o〕)实际<(〔c〕·〔O〕)平衡，抑制了〔c〕一〔0〕反应的继钢”可进行连铸，这将使沸腾钢的某些优点得以在连铸续进行，不再产生气泡，但结晶过程依旧进行，因而形钢中延续。成无气泡的中间坚实带。(4)二次气泡带。随着柱状晶 钢锭结构典型的沸腾钢钢锭结构为自表面至中的继续发展，凝固前沿钢水中的〔c〕和〔O〕进一步富心由坚壳带、蜂窝气泡带、中间坚实带、二次气泡带和集，而由于钢水的冷凝收缩澜水凝固壳封闭空间的压锭心带5个区域组成。(图l)前3个带系钢水自由沸力降低，使钢水中的(〔C〕·〔o〕)实际重新超过(〔c〕·经，导样，〔C〕·〔O〕的过饱和值逐渐减小，〔C〕‘〔0〕反应虽_A，能进行，但CO产生量及排气速度减慢模内沸腾相应两币卜不饭犷召‘、tl斤)益二介了J淤，月丁减甲。于是气泡在柱状晶间生成，并随柱状晶的发展西，少价‘二}廿好’;」}万万}}争!}少:_}覆毕。气.嗯整整左愁青晏鲜叹冬啤断耍逐夸竺:牡‘:}鲁厂豹洲日母日;:髻鉴大。突出凝固前沿发展到钢水中的部分增大到一定程4尸忆屯、}}鱿:习}:.1!羞习!豪氢‘-度即不时地断裂上浮;埋入柱状晶部分则残留在钢锭圣戈::引ll.’’司卜·l!夏引l夏引中。气泡长大速度与结晶速度相等时，气泡拉长长无{澹引lj’哥}:一日参111参氰当气泡长大速度小于结晶速度时，气泡断面逐渐缩小，健巴二竺}巨止』匕一止」巨叫止二}应止{司呈蟒尾形滞留在钢锭中。因此，蜂窝气泡带为密集分布a b Od于柱状晶之间，纵断面呈周期性变化的长形虫状气泡图15种有代表性的沸腾钢钢锭结构纵剖面示意图群，横断面酷似蜂窝，单个气泡直径约4~smm，长度二一敞口模压盖沸腾钢钢锭典型结构;小于70~80 mm。蜂窝气泡带通常只分布在钢锭的下b一沸腾过弱时的沸腾钢钢锭结构;半部。钢锭上部钢水静压力小，CO气泡大量生成，特‘一沸腾过强时的沸腾钢钢锭结构;别是下部气泡的上浮、膨胀和冲刷作用，使上部气泡更d一化学封顶沸腾钢钢锭结构;能充分逸出。沸腾强度增加，蜂窝气泡带的分布高度降e一瓶口模压盖沸腾钢钢锭结构低。一般情况下，蜂窝气泡带的发展一直延续到钢锭封1一坚壳带;2一蜂窝气泡带;3一中间坚实带;顶时为止·根据沸腾时间的长短，蜂窝气泡带的宽度一4一二次气泡带;5一锭心带;6一头部缩孔成分偏析沸腾钢钢锭凝固时强烈析出气体，引多。硫化物夹杂则主要分布在锭心区，在锭心上部最后起钢水强制对流与沸腾，使镇静钢钢锭中常见的偏析凝固区出现硫化物最高分布区。带大为改观。沸腾钢钢锭一般没有倒V形偏析和明显浇注工艺将沸腾钢钢水浇注成钢锭的方法及技的v形偏析。但在钢锭内，却存在着显著的宏观偏析。术。图2为典型沸腾钢钢锭中心纵剖面上碳含量的分布锭型及浇注方法的选择浇注沸腾钢的钢锭模有图。其他偏析元素，特别是磷、硫等杂质元素，也都有相两种:上小下大敞口模和瓶口模。前者适于浇注锭重小似的分布规律。在沸腾钢钢锭内，偏析元素含量由表面于7t的中、小型沸腾钢钢锭，有利于保证足够的坚壳向中心、自锭底向头部逐步增高。钢锭下部约1/3高度带厚度;后者适于浇注大型沸腾钢钢锭，以减少钢锭中内，偏析元素含量由表面向中心的增加较平缓，多数情成分偏析。中国沸腾钢钢锭较小，普遍采用下注法浇况下为负偏析区;而在上部约1/3高度内，偏析元素含注，钢锭表面质量好，成坯率高。(见彩图插页第18、20量由表面向中心增加急剧，且在上部10%一20%高度页)美国、苏联等工业发达国家，为了提高铸锭车间生内，轴心区偏析元素含量达最高值，成为沸腾钢锭内最产能力，自20世纪70年代将沸腾钢传统的下注改为严重的偏析区。快速上注。采用快速上注可将出钢温度降低20~ 3。℃，铸锭车间生产能力增加20%~40%，并可减少 一尸一~、~~~漏钢事故。但由于快速上注的注流会冲击熔蚀底板，并 照六乌二二关入二之~之之一一~产生钢水飞溅;同时钢水静压力增加过快会抑制沸腾， 烈垮乡毖夕冬李心~之之~之之之之)()24故必须采用底板保护、模内防溅筒和加助沸剂等相应 汁淞书之户卜二(》<址二乏不丈二卜二)~~二~。」6次技术措施。 护一币《)认探上沐:恋二抓从之》仁妥舜泛卜f、。。云一钢水氧化性的调整钢水氧化性是影响沸腾钢钢 赢沪一。户二卜乡福之歼、~角粗尹纽乏卜锭质量的最重要因素。钢水氧化性通常用钢水中实际 ‘火戈’议。牙风、、扩俊了笠性肥含氧量〔O〕，际与同碳相平衡时的含氧量〔O〕C的差值， 犷’即〔o〕实际一〔0〕C一△〔o〕值来量度。沸腾钢水适宜氧化 图2典型沸腾钢钢锭中心纵剖面上碳含量的分布性的标志是保证模内钢水良好的沸腾，即保证适宜的 CO排出速度。工业生产中往往采用向盛钢桶或钢锭 影响因素不同元素的偏析倾向与其偏析系数(1模内的钢水加少量铝，以调节钢水氧化性。20世纪70一K)值有关(K为某元素在某一平衡温度下固相中浓年代初开始应用的浓差电池钢水定氧技术，为在线快度与液相中浓度之比，称平衡分配比)。磷、硫偏析倾向速直接测定并及时准确地调整钢中氧含量提供了可能最大，碳次之，硅、锰偏析倾向最小。沸腾钢钢锭中成分性。可以根据钢种、锭型、注速及封顶方法等浇注条件偏析还随沸腾强度和沸腾时间的加剧和延长以及钢锭的不同，试验确定出各自条件下的适宜钢水含氧量。钢的加大而增加;过氧化钢水及高温浇注的钢锭，元素偏水氧化性还要根据模内钢水沸腾情况及时进行必要的析度亦增大;化学封顶的钢锭因沸腾时间较短，元素的调整。钢水氧化性适宜，模内沸腾均匀活跃，气泡多而偏析度减小，但锭心正偏析区扩大而且最大偏析区下小;钢水面上升平稳，四周略高，中心稍凹;浮渣在液面移;瓶式机械封顶钢锭由于模内钢水沸腾较弱和沸腾中心区浮游;钢水对流循环区较宽。时间较短，元素偏析度低于敞口压盖封顶钢锭。注温、注速的控制沸腾钢注温高时，钢锭初始凝 控制措施对于沸腾钢锭的成分偏析，迄今尚无固速度减慢，co气体排出时间滞后、排出的强度弱，法彻底消除，只能控制其过度发展，减轻其危害程度。将对模内沸腾起抑制作用，使坚壳带减薄，甚至有气沟控制沸腾钢钢锭偏析的主要措施有:(1)尽可能降低钢与蜂窝气泡相通，在沸腾末期排气剧烈，从而使封顶困中硫、磷等杂质元素的含量;(2)防止钢水过氧化，控制难，成分偏析加剧。注温过低，模内钢水沸腾不良，锭心模内钢水沸腾;(3)缩短模内钢水沸腾时间，尽早封顶。下部非金属夹杂物增多且使后部几组钢锭难以正常浇 非金属夹杂物的分布沸腾钢钢锭中氧化物夹杂、、、。**翩、*、汗*、、。。。、、。_二，、。* ’卜皿胸入尔俐““jJ”‘，仰脚俐俐优甲料l七钊大本注。必须根据钢种掌握适宜的注温。注速是调整模内沸主要分布在坚壳带和锭心下部沉积锥区。其成分基本、;二、。八_、。、军二」、汗七山.丫*‘，，**，一从““’‘’“‘比子少。”J‘，’呱‘.’曰l’钊‘洲“唯巴。片jJN““坐半腾强度的一个辅助手段。慢注有利于沸腾，坚壳带增为铁锰硅酸盐。氧化物和硅酸盐夹杂的数量和分布特二。小丫。，。、‘、、_*、、**二*、，、/“~~~~~。十叼一。闪”H_~队~“、不目J扒兰”曰刀”’“，”厚。对于6.6一8t沸腾钢敞口锭，坚壳带厚度占(mm)征与注温、注速及沸腾强度有关。注温高、注速快和沸一一‘一--一__腾强日寸芙杂赢少。’蔽钠锭南锭万于部奚票杨少手与浇注线速度?(m/min)有下列经验关系:。一赞+敞口锭，而硅铁封顶钢锭，锭心带下部硅酸盐夹杂增2.5。下注沸腾钢的平均注速为。.15一0.30m/min，快速上注平均注速1.。一2.om/min。下注沸腾钢的过程注速应该是开注平稳、缓慢;当模内钢水升至钢锭1/5~1/4高度并出现正常沸腾后，即加快注速全流浇注。浇至离预定浇高还有20。~4oomm时，逐渐减速，以利于封顶。沸腾钢快速上注则采用“一开到底”操作，即全程进行全流浇注。该操作法的优点是可避免因多次调速引起塞棒(或滑板)失控所造成的水口关不严或漏钢事故。一般说，浇注过程中要根据注温和模内钢水沸腾情况对注速作适当的调整，总的调整原则是:高温慢注，低温快注;沸腾偏强时快注，沸腾偏弱时慢注。 封顶操作沸腾钢锭注毕强行制止模内钢水继续沸腾的操作称封顶。其目的主要是缩短模内钢水的沸腾时间，以获得理想的沸腾钢锭结构和抑制成分偏析。常用的封顶方法有机械封顶和化学封顶两种，前者又可分为压盖法和瓶口模法。机械封顶是通过向钢锭头部加铸铁压盖或半球形铸铁瓶塞，加速头部凝固，形成一定厚度锭顶凝固壳制止沸腾的方法。机械封顶既节约合金，又不拈污钢质。小型沸腾钢锭(锭重小于2t)普遍采用敞口模压盖封顶;大型沸腾钢钢锭(锭重大于7t)，通常采用瓶口模加瓶塞封顶;中型沸腾钢钢锭可以采用敞口模压盖封顶，也可以采用化学封顶。化学封顶是通过注毕向钢水面加入一定数量的硅铁或铝等强脱氧剂，以抑制沸腾，加速头部凝固的方法。 质量与缺陷合格的沸腾钢钢锭应满足一定的技术要求:(1)坚壳带具有一定的厚度(小钢锭>smtn，大钢锭>15mm)且组织致密;(2)钢锭化学成分偏析在允许范围内，保证钢材性能符合技术标准;(3)钢中大颗粒夹杂物含量少，不含能导致钢材出现分层或开裂的缺陷;(4)钢锭头部的上涨和下陷要尽量少，无集中缩孔和严重疏松区，以保持较高的成坯率。沸腾钢钢锭的上述质量指标往往只能在钢锭开坯或轧制成材之后才能判定。故多数沸腾钢锭缺陷表现为轧后钢坯钢材上的缺陷，常见的沸腾钢钢锭(或表现在钢材制品上)缺陷有:结疤、气泡暴露、菜花头、下陷、分层等。 参考书目 蒋仲乐主编，炼钢工艺及设备，冶金工业出版社，北京，1981 奥依克斯著，刘嘉禾等译，沸腾钢生产，冶金工业出版社，北京，1959。 (吕湘提姜永林)

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