摘要：近几年来，连铸工艺虽逐步代替传统的模铸工艺，但是一些特殊性能的产品仍要求模铸工艺。据统计国外10t以上钢锭模的平均模耗为15kg/t钢，每只钢锭模的平均使用寿命为100次，而我国某些炼钢厂10.7t的平均模耗为17.89kg/t钢，每只钢锭模的平均使用寿命为50次。因此应围绕以下几个方面进行研究，以便提高钢锭模寿命：改进制备钢锭模的材质；优化钢锭模结构；改变钢锭模内部工作面；提高钢锭模的管理水平。
一、改进钢锭模的材质
钢锭模的材质是影响其寿命最直接的内在因素。在工作状态下，钢锭模受到温差应力、相变应力、残余应力、机械应力等综合应力的作用，当该综合应力大于钢锭模材质的抗拉强度极限时，锭模内表面产生微小的网状裂纹，多次使用中裂纹不断扩大，形成龟裂，进一步发展为鳞剥、纵裂和横裂，致使钢锭模过早报废。
1.1钢锭模内部元素成分的影响
合金元素镍、钒、硅、铬，能提高铁基固溶体的微量塑性变形力，故向铁水中加入适量合金元
素，能明显地提高钢锭模的使用寿命。向钢锭模中加入0.15%-0.35%V,0.05%-0.10%Ti使钢锭模具有良好的耐热性能和较好的综合机械性能，显著提高钢锭模的使用寿命。
国内外不少厂家向铁水中加入稀土元素，提高了钢锭模的抗氧化能力，改善了钢锭模的材质。吉林铁合金厂将锶和铬有效地配合，增强了钢锭模的耐热性，从而使钢锭模寿命提高1/3以上。钢锭模在高温氧化时先在模壁的表面形成一层氧化薄膜，氧通过这层薄膜向壁内渗透，铁原子则向外扩散。故该氧化膜的性质对铸铁的氧化程度有很大影响。铬虽然能在钢锭模表面形成完整的Cr2O3膜，减缓铸铁的继续氧化，但因铬是强碳化物形成元素，其含量超过0.8%时就出现游离碳化物，使钢锭模的白口倾向增加，钢锭模脆性增大。而锶是最好的石墨化元素，可消除或减少白口倾向。我国研究的小型稀土钢锭模寿命与冷却方式和材质之间的关系，认为粗大片状石墨和较多的铁素体是导致钢锭模产生裂纹，影响其寿命的原因之一，而选择高锰低硅成分，获得细小珠光体或索氏体组织是提高钢锭模寿命的保证。他们向灰铸铁钢锭模中加入少量稀土镁合金到净化铁水、降低过冷倾向的作用，试验的钢锭模平均使用寿命明显提高，寿命最高可达216次。
1.2冶炼工艺对钢锭模的影响
早在20世纪20年代末，美国开始研究高炉铁水直接铸造钢锭模，上世纪50年代日本、苏联先后研究并应用了该项技术，我国从60年代着手研究，于70年代末开始推广。与冲天炉铁水相比，高炉铁水的夹杂含量明显地减少，这是由于冲天炉的炉温低于高炉，并且熔化铁水到出炉时间往往很短，夹杂不易充分排除，导致冲天炉铁水钢锭模的抗热冲击性能明显低于高炉铁水钢锭模。为了防止高炉铁水中的饱和碳扩散到铁水表面，使石墨浮漂，生成石墨夹杂缺陷，通常在转包过程中吹入氮气和氩气搅拌，均匀铁水温度，调节铁水成分，提高使用寿命。
二、改进钢锭模结构设计
钢锭模的形状及各部位的尺寸，对钢锭模的使用寿命和吨钢模耗量密不可分，传统上一直采
用分体方式。可采用整体钢锭模生产锻造工艺将传统的钢锭模与保温帽合为一体，消除了钢锭模悬挂裂纹和二次缩孔，减轻了偏析程度，提高了钢锭的内在质量。减少两道操作工序，防止了穿钢锭模现象的发生。钢锭帽容比由原来的17%-18%降至11.2%，节约了大量钢水。可将钢锭模的壁厚由)50mm减小到43mm，虽然降低了一定的抗拉强度，但钢锭模的内应力也相应减小，其报废的比例较原锭模降低5%-10%取得了良好的经济效果。湘潭钢铁公司研制的增强型沸腾钢钢锭模，即在灰口铸铁材质钢锭模的适当位置上复合一道钢箍，以增强钢锭模的外层强度，抑制和减 缓钢锭模最常见的纵裂纹的形成和扩散。经工业性试验，钢锭模寿命平均提高23.7次，吨钢模耗降低2.5kg。并测得FX10.7t球铁钢锭模使用过程中热应力，根据屈服准则比较各测点应力与材料屈服强度极限值之差，指出钢锭模的宽面中下部应力与材料的屈服强度极限值比较接近，应进一步改进钢锭模的结构。王树达等人采用热光弹法与有限元法，研究了矩形弧边钢锭模模口角部厚度变化对钢锭模热应力分布的影响，提出模厚比K值为0.875-0.900时较为合理，使钢锭模在实际应用中的使 用寿命提高了一倍。
三、改善钢锭模的工作面
钢水浇注过程中，钢液与钢锭模模壁有很强 的润湿力，凝固后的钢锭与钢锭模依附力较强，造成钢锭模不易脱模，使工艺复杂化；脱模后钢锭表面质量易出现大的结疤、裂纹及氧化皮等缺陷，降低钢锭成材率。目前国内钢厂普遍采用浇注前向钢锭模内壁喷涂涂料的方法。我国开发一种新型钢锭模涂料，组成成分为耐火膨润土+优质石墨+辅助添加剂。该锭模涂料工艺性能和使用性能优越，喷涂后涂层无起皮起泡现象，致密性好，附着力强，喷涂温度高，使钢锭模吨钢消耗降低30&。另外，该钢锭模涂料无刺激性和腐蚀性，对人和环境均无害，价格低廉。
我国科研人员研制了新型固体钢锭模涂料，该涂料以高分散性石墨为基料，配以粘结剂、扩散剂等，经粉碎搅拌、混合、研磨而成，使用该涂料延长钢锭模的使用寿命，改善钢锭表面质量，同时此涂料也起到了保护渣的部分作用，解决了北方涂料运输防冻等问题。新型固体钢锭模涂料，通过了冶金部科技成果鉴定。
我国采用表面浸渗复合技术制备金属陶瓷表面复合钢锭模，该钢锭模内表面获得2-5mm厚的金属陶瓷复合层，既改善工作面的性能，又均衡钢锭模铸锭时的温度场和应力场，明显地增加了钢锭模的使用次数，降低模耗。并且，使用复合钢锭模生产的钢锭表面质量好，钢锭内在质量符合产品标准要求。在生产钢锭模过程中，向构成钢锭模内腔的芯子表面上涂上一层1mm厚的铝涂料，浇注生铁后含在型芯涂层中的铝渗入到生铁表层，即使钢锭模工作表面铝合金化，工作表面层含铝量高达30%-40%,使其无论在氧化气氛还是还原气氛中，高温下都有很高的耐热性，表面合金化钢锭模的模耗较普通钢锭模减少。
三、提高钢锭模的管理水平
提高钢锭模的管理水平，改善钢锭模的使用条件，对提高钢锭模的使用寿命、降低模耗有重要作用。如管理得当，使用合理，在其它条件不变（材质、结构等）时，就能获得很大的经济效益。表例举了钢锭模昼夜周转次数、冷却方式、修补对模耗的影响。由表1可见管理的重要作用，如奥尔斯克哈里洛夫钢铁公司和扎波罗什钢厂都是一样的空冷条件，但前者管理不善，违章作业高达41%，其年平均模耗要比扎波罗什钢厂高出142%。表中数据还说明要是没有最佳的使用频率，不减少违章作业，不进行钢锭模的修补，不采用绝热涂料，要使钢锭模有良好的使用效果是不可能的。
表1 钢锭模昼夜周转次数、冷却方式、修补对模耗的影 响
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四、结语
提高钢锭模使用寿命的主要措施有优选钢锭模的材质、改进钢锭模结构设计、改善钢锭模的工作面及提高钢锭模的管理水平等四个方面。钢锭模的材质、元素成分以及冶炼工艺对其寿命有直接的影响；钢锭模内表面金属陶瓷化是提高钢锭模寿命的有效措施；根据温度场模拟，进行热应力分析，提出合理优化设计的钢锭模。先进的钢锭模管理办法是提高钢锭模寿命的关键。其中根据热应力分析优化设计新型钢锭模，是提高钢锭模使命的主要发展方向。
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