钢锭（生产轧钢的原料）

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更新时间：2023-05-20
钢锭
生产轧钢的原料
钢水经盛钢包注入铸模凝固形成钢锭。钢液在炼钢炉中冶炼完成后，必须铸成一定形状的锭或坯才能进行加工。用铸模铸成钢锭的工艺过程简称为铸锭。
钢锭至今仍是轧钢生产的主要原料。钢锭质量的优劣、锭型的状况以及其重量大小对轧钢生产有着十分重要的作用。在轧钢生产中除各类初轧机可选用钢锭作原料外，一些特殊用途轧机、部分中厚板轧机也用钢锭为原料，我国不少地方中小企业的开坯机成品轧机也选用小钢锭作原料。钢锭选择的内容主要是正确地选择钢锭种类、它的重量以及断面形状和尺寸大小。
基本信息
中文名
钢锭
外文名
steel ingot
分类
沸腾钢、沸腾钢和半镇静钢等
来源
钢水经盛钢包注入铸模凝固形成
用途
电力、机械制造、高层建筑等
浇铸方法
钢锭
钢锭浇铸分上铸法（如概述图）和下铸法（如右图）两种。上铸钢锭一般内部结构较好，夹杂物较少，操作费用较低；下铸钢锭表面质量良好，但由于通过中注管和汤道使钢中夹杂物增多。钢锭大小取决于很多因素，如炼钢炉容量，初轧机开坯能力，钢材尺寸和钢种特性等。用于生产棒材和型材的钢锭一般为正方断面（称为方锭）；生产板材的钢锭一般为长方形断面（称为扁锭）；生产锻压材的钢锭有方形、圆形和多角形。
钢液进入盛钢桶后需静置一段时间，使出钢时混入钢中的炉渣或其他杂质上浮去除，同时还起调整铸温的作用。
铸温：浇铸温度应严格控制。铸温过低，钢液入模后表面立即凝固，会造成钢锭表面缺陷，甚至钢液在盛钢桶内就开始凝固，造成金属损失或整炉钢报废；铸温过高时，将延缓钢锭表层的形成时间，导致钢锭出现热裂纹。对镇静钢，铸温一般控制在高于此钢的液相线温度40～60℃。为保证整桶钢水温度均匀，可向盛钢桶中吹氩气搅拌钢液。
注速：下铸法一般要求有适当注速以保证模中钢液平稳上升，并调节铸温。铸温过高时用慢注，过低时用快注。上铸法要控制注速以减少飞溅。
浇铸时大气中的氧将进入钢锭，使钢液二次氧化而降低钢的质量。浇铸高质量钢时，需用惰性气体氩保护与空气接触的钢流，用合成固体渣粉保护模中上升的钢液面。
镇静钢锭锭身凝固时所造成的体积收缩需用帽头内钢液来补充，因此可适当延长帽头浇铸时间。一般帽头注速比锭身注速慢一倍左右。
缺陷
在铸锭过程中由于操作不当或注速、铸温控制不当，会使铸成的锭有种种缺陷。常见的缺陷为：钢锭表面的结疤、重皮和纵、横裂纹，内部的残余缩孔、皮下气泡、疏松和偏析，混入钢中的耐火物和炉渣、灰尘造成的夹杂等。这些缺陷能大大降低钢锭的成坯率，甚至使整个钢锭报废。
分类
钢锭一般情况下大致可区分为以下几类：
未净钢
钢锭只经过了最基本（最低限）的脱氧处理。钢锭凝固时，钢锭模的四周及底部生成一层接近纯铁的金属层，而碳、硫及磷等则于中央收缩孔附近生成偏折。金属中的氧，会生成一氧化碳卷在金属内生成气孔，但气孔会在热轧过程中消失。未净钢的最大优点在于可获得几无缺陷的钢材表面---表面几为纯铁的缘故。绝大部份的未净钢含碳量均为小于0.1%的低碳钢。
盖帽钢（加盖钢）
液中的氧使钢锭的收缩中心附近的偏折情形，较未净钢为低，表面美观，内部化学成份均匀，机械性质也较未净钢为佳。
全净钢
液中的氧早在凝固前便完全被脱除成限制在最低限以内避免未净钢的边缘效应。脱氧处理，由在钢液中添加铁—硅合金使钢液中的氧反产生成熔渣而得到均匀的金属液。
半净钢
半净钢介于未净钢与全净钢之间，钢液中经加了少量的铁——硅或铝做为除氧剂，添加的量正好足够去除未净钢的边缘效应，使氧获得充份的分解。
真空除氧钢（真空除气钢）
藉由真空处理不需添加任何除氧元素，使钢液得到充份的除氧效果且钢中不生成非金属介在物。处理过程是先增加钢中的碳含量，然后将钢液经真空浇铸，此时碳与氧将反应生成一氧化碳而使钢液中的碳与氧逐渐降至规定的水准。由于过程中未添加会生成固态氧化物的除氧元素，钢质非常干净。
钢锭
除此之外，因浇铸前钢液中含氧量的不同，钢锭分为镇静钢、沸腾钢和半镇静钢三种基本类型。
镇静钢
又称全脱氧钢，是凝固过程中钢液内氧含量低到不会与钢中碳反应生成一氧化碳气泡的钢。铸前钢液须经充分脱氧，如用硅和铝脱氧，钢中硅含量在0.3%左右，铝含量在（0.02～0.06%）。镇静钢锭均有缩孔，必须用带保温帽的锭模浇铸。轧制后经过切头，钢锭成坯率为85～89%。要求成分均匀、组织致密的钢材采用这种钢锭。镇静钢采用上大下小带保温帽的铸模。近年广泛采用发热保温帽和隔热板保温帽等以提高成坯率。
沸腾钢
钢液中含氧量较高（0.02～0.04%）、在锭模中发生强烈碳氧反应、生成一氧化碳气泡，使钢液在模中沸腾而得名。这种钢凝固一开始，气泡就形成并上浮。钢锭表皮凝固成含铁较纯的壳层。当表层达到所要求的厚度时，在钢锭顶部加上盖板，使顶部凝固，阻止气泡继续逸出；也可在顶部加入硅铁、铝等脱氧进行化学封顶；也有用瓶口式锭模进行封顶。另一种方法是在钢液凝固成表面层后即向整体钢液中加铝脱氧，这种钢锭称为外沸内镇钢。沸腾钢一般采用上小下大敞开式的瓶口式铸模。沸腾钢锭成坯率高达90～92%，主要用于低碳钢。
半镇静钢
介于镇静钢和沸腾钢之间的钢种。这种钢内部气体少，结构接近于镇静钢。半镇静钢浇铸初期不产生气泡，当顶部自然凝固封顶后（可采用瓶口模促进封顶），由于钢液中碳和氧的富集和温度降低，促使在钢锭顶部产生少量一氧化碳气泡，填充整个钢液的凝固收缩空间。因此，可得到与沸腾钢相近的钢锭成坯率。半镇静钢主要用于中等碳含量和中等质量的结构钢，所用铸模一般为敞开式上小下大型。
脱模浇铸完毕的钢锭，需待内部完全凝固后方可脱模。对裂纹敏感性强的合金钢锭，脱模后应在热状态（>900℃）放入缓冷坑中保温缓冷，或在不低于750℃温度下热送入轧钢车间的均热炉或加热炉。
用途
钢锭的用途广泛，按照其经锻压、轧制成材的产品类型，可分为以下几类。
电力用钢
电力用钢包括核电、火电、风电、水电等用钢。
核电：用于核岛的核心部件，如蒸发器、主管道、堆芯支撑板、弯管板和发电机组的低压转子等大型部件，除要求高强度、高韧性、高均质性外，有的还要求耐核辐射，多采用电渣重熔钢锭制造，最大锭重达715t。
钢锭
水电：大型水力发电站用发电机转子、机座、船闸闸门等，要求高强度、高韧性、高洁净度。
火电：超临界火力发电机的汽包、发电机座、汽轮发电机转子等，要求高温强度、高洁净度、抗蠕变性能。
风电：用于底座、立杆和风力发电机轴的制造。
机械制造业是钢锭的最大用户，特别是目前我国已成为世界机械制造大国，大型机械不但要满足国内需求，还需要大规模出口。其中冶金机械中的大型矿山用破碎机、球磨机，大型高炉炉壳，转炉托圈、转轴及传动系统，宽厚板轧机工作辊、支承辊及万向接轴、主电机轴，无缝钢管轧机的浮动芯棒、限动芯棒和其他各类轧机的轧辊、轴承、轴承座等均由钢锭经锻造制作；大型矿山机械中的挖掘机铲斗、铲臂，起重机吊臂等也是如此。
宽厚板轧机支承辊
高层建筑用钢
随着建筑业的发展，钢结构高层建筑层出不穷，如迪拜塔、上海中心等。200m以上的高层建筑为了抗震、防风和防火的需要，多做成钢结构的主框架，其结构可由钢锭轧成的特厚板，经剪裁加工、焊接制成，要求高强度、抗震性和Z向性能。