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舞钢公司现有9条大型钢锭模铸线和3台大型板坯电渣重熔炉，可以生产最大单重57t扁锭、80t锻造锭和53.5t电渣锭。在实际生产中，普通钢锭存在中上部疏松缺陷，难以满足200ｍｍ以上厚度钢板的内部质量要求。采用电渣重熔方式的生产成本较高，缺乏市场竞争力。为此，超厚、高质量等级钢板生产迫切需要既能改善大钢锭中上部疏松、又无须采用电渣重熔工艺的新技术。舞钢公司与富艾德（中国）国际有限公司合作，开发大型钢锭冒口电渣加热技术，并进行工业化应用和试生产。根据前期热试情况，由钢锭轧制的230ｍｍ 特厚钢板达到GB/T2970-016标准探伤Ⅱ级水平，质量得到改善。 钢锭冒口电渣加热利用电渣加热设备和技术，在普通钢锭冒口端上方对钢锭冒口进行加热和补铸，其从形式上类似于电渣重熔工艺的后期补缩，并且可以辅助采取氩气吹拂手段，是用于改善钢锭中上部疏松缺陷和成分偏析的新技术、新方法。2.1 模拟条件
钢锭凝固动态数学模拟利用德国模拟软件包MagmaSoft，模拟钢锭凝固时的温度场、固相推进特性和缺陷形成过程。模拟的基础数据包括浇铸方式、50t钢锭外形尺寸、保温冒口材料、钢材牌号以及金属温度、浇铸时间、浇道尺寸等浇铸工艺数据。 对自然条件下钢锭浇铸后金属温度场、凝固过程液相体积变化和凝固后形成的疏松进行数学模拟，分别见图1、图2。图中冒口线下可见明显疏松缺陷。![]()
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由图1、图2模拟结果可知，在自然冷却条件下，从浇铸结束开始计算，经过7h＋22min金属全部凝固。钢锭的上部存在许多目视可见的微小孔隙性疏松，大约在距离冒口线下0.5～1.0ｍ 位置处。 图3模拟了不同加热温度下钢锭凝固温度场变化情况。当加热温度达到1600℃ 时，冒口内的金属和冒口下方金属（钢锭上部）在较长时间仍处于液体状态，可为锭身补铸创造有利条件。![]()
2.2.3 电渣法补铸条件下钢锭结晶过程物理仿真模拟 电渣法补铸冒口时，可以进一步改善钢锭的结晶条件，但MagmaSoft 软件不能对此进行数学模拟，所以改用物理模拟加以补充完善。为了进行试验，专门制作了一个透明的“扁平”模型，仿真模拟钢锭的纵截面，见图４、图５。模型是一个下端长81 ｍｍ、上端长102ｍｍ、宽27ｍｍ、高370ｍｍ 的扁平容器，与实际钢锭纵截面比例为1:10，下壁和左右侧壁由水冷铝材制成，前、后壁用有机玻璃制成，上部安装了由聚苯乙烯泡沫塑料制成的衬板，模拟锭模冒口部分的耐热炉衬，模型可拆卸，便于提取结晶的钢锭。![]()
物理仿真模拟结果表明，加热温度越高，钢锭头部结晶条件改善的程度越大，与数学模拟结果具有高度的一致性。试验证明电渣加热补铸可以使钢锭头部更加致密，从实质上改善钢锭中上部质量，氩气吹拂可视为提高钢锭质量的补充手段。 钢锭冒口电渣加热技术在舞钢公司第一炼钢厂3号模铸线投入实践应用，试生产按“两步走”的思路进行：第1炉仅采用电渣加热手段，第2炉采用电渣加热＋ 补铸手段。钢锭为Q345系列低合金钢，锭型45t，轧制板厚200 ～250ｍｍ。渣系采用以CaF2、Al2O3、CaO为主、添加少量SiO2 和MgO 的五元渣系。热试阶段暴露出固态启动化渣周期长、烟气大等缺点。根据热试经验并结合现场生产条件，利用浇余液渣替代固体渣料实现了液态启动方式化渣，大大缩短了化渣周期。此外，对电压、电流进行优化，电压90～120V，电流10～15kA，能够实现渣温控制和电极熔化，达到电渣加热技术要求。
钢锭作为锻件的原材料，其品质优劣直接决定着最终产品性能。缩松、对利用钢锭冒口电渣加热技术试生产的钢板进行探伤、低倍、金相组织以及成分检测分析，试验钢的炉号21103889，钢种Q355NBZ15，材料号P21706076，轧制钢板厚度230ｍｍ。试样编号从边部自上而下依次为1-1、2-1、3-1，板宽1/4位置自上而下依次为1-2、2-2、3-2，板宽1/2位置自上而下依次为1-3、2-3、3-3。 钢锭本体区域探伤达到GB/T2970-2016标准验收等级Ⅱ级水平，为了进一步提高钢锭成材率，对冒口区域探伤质量进行了重点研究。钢锭冒口区域探伤情况如图6所示，从图中看，与宽度中间部位距离越近，质量越差，同钢锭凝固模拟结果相符。![]()
分别对试样3-3、试样2-3和试样1-3进行纵向、横向低倍分析，从试样3-3、试样2-3中未发现明显的疏松、裂纹、偏析等缺陷，但从试样1-3中发现较大缩孔缺陷。试样1-3缩孔形貌见图7，内部存在裂纹。![]()
在没有经过硝酸酒精溶液腐蚀的情况下，观察试样3-3、试样2-3、试样2-2、试样2-1、试样1-3的全厚度夹杂物形态，未发现大尺寸夹杂物，评级均在1.0级以下。但在试样2-3中发现，距上表面135ｍｍ 处存在连续的长约9ｍｍ 裂纹；从试样2-2中发现，距上表面100ｍｍ 处存在连续的长约6.7ｍｍ 裂纹。裂纹均为台阶状分布，符合氢致裂纹特征，裂纹形貌见图8。![]()
分别对试样3-3、试样2-3、试样2-2、试样2-1和试样1-3进行组织以及全厚度成分分析。试样1-3由于接近冒口部位，板厚1/2析。5块试样表层组织晶粒较细小，越靠近板厚中心越粗大；表层处铁素体较多，珠光体较少，越靠近板厚中心珠光体占比越大。在试样2-3板厚上1/4处及距上表面135ｍｍ 处均发现裂纹；在试样2-2距上表面100ｍｍ 处发现裂纹。试样1-3、试样2-1、试样3-3的组织形貌分别见图9～图11，全厚度成分见表1 ～ 表3。除板宽1/2、板厚1/2位置的试样存在偏析外，其他部位试样成分比较均匀，几乎没有偏析。![]()
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（１）仿真模拟结果表明，使用钢锭冒口电渣加热技术后，改善了钢锭中上部的凝固质量，当加热温度达到1600℃ 时，冒口内的金属和冒口下方金属（钢锭上部）在较长时间仍处于液体状态，可为锭身补铸创造有利条件。（２）结合现场生产条件，利用浇余液渣替代固体渣料，实现了液态启动方式化渣，大大缩短了化渣周期，而且很快就能达到电渣加热工艺技术条件。（３）运用钢锭冒口电渣加热技术试生产的实物质量良好，整板探伤达到GB/T2970-2016标准Ⅱ级水平，钢锭冒口对应钢板部位内部夹杂物级别较低、成分均匀，偏析得到改善。免责声明：本文系网络转载，版权归原作者所有。但因转载众多，或无法确认真正原始作者，故仅标明转载来源，如标错来源，涉及作品版权问题，请与我们联系，我们将在第一时间协商版权问题或删除内容！
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