钢锭凝固平方根定律

钢锭凝固平方根定律(square radical sign law of solidification)
钢锭凝固过程中凝固速度变化的基本规律——凝固层厚度S(mm)与凝固持续时间τ(min)的平方根成正比，即S=Kτ1/2(mm)。

此比例常数K 称凝固系数，其量纲为mm•min -1/2。

凝固速度v=dS/dτ=1/2k τ1/2，可见凝固系数K 反映凝固速度的快慢。

它随钢液性质及铸锭的工艺和设备条件而在很大范围内变化。

K 值可由理论计算，但结果与实际偏离较大。

多数情况下，K 值靠实验方法测定。

测定凝固速度或K 的方法很多，常用的有：(1)翻倒法。

在相同的条件下浇注同样的几个钢锭，每隔一定时间连钢锭模翻倒一个，倒出未凝的钢液，测量相应的凝固层厚度，从而确定出凝固层厚度与凝固时间的定量关系；(2)示踪法。

每隔一定的时间间隔向模内钢液加入某种元素或化合物、利用它能在液相中均匀分布，但不能进入凝固层的性质，确定凝固前沿的具体位置。

加入物一类是异种物质，如FeS，通过硫印测定凝固层厚度；另一类是放射性同位素，如加Au 198、Fe 57等，通过测定钢锭断面上的放射强度确定凝固前沿；(3)测温法。

在钢锭模内不同位置上安装一系列热电偶，测定浇注过程中钢液的温度分布，根据温降曲线的变化趋势(找到拐点)，确定凝固前沿的位置，等等。

不同研究者在不同条件下测得的K 值，通常在20～30mm•min -1/2范围。

钢的结晶(steel crystallization)
从钢液中产生晶体的过程，也称液态结晶或一次结晶。

随着热量的导出，晶体从无到有(形核)，由小变大(晶体长大)，直至液体全部转为固体(晶体)，完成结晶过程。

钢液的结晶过程决定着钢锭或铸件的结晶组织及物理、化学不均匀性，从而影响到钢的机械、物理和化学性能。

控制钢的结晶过程是提高钢的质量和性能的重要手段之一。

结晶温度范围钢液不是纯金属，而是以Fe 为基的含有一定量C、Si、Mn 及其他一些元素的多元合金。

因此，它的结晶过程不是在某一固定的温度(熔点)进行，而是在一定的温度范围内完成的。

在平衡结晶条件下，钢液温度降至其液相线温度(tL)时开始出现晶体，而达到固相线温度(ts)时结晶方告结束。

此液相线和固相线间的温度区间，即t L -t s =Δt c 。

便称为该合金的结晶温度范围。

某一钢种
的结晶温度范围主要取决于所含元素的性质及其含量，并可由铁与相应元素的二元或三元相图来确定。

各元素对结晶温度范围的影响可近似地看成可加和的。

因此某一具体钢种的结晶温度范围。

结晶两相区钢液凝固时，在靠近模壁的固相(凝固层)与内部液相之间存在着一个过渡区—两相区(图1)，即在凝固着的钢锭内，存在三个区域：固相区、两相区、液相区。

钢液的结晶即形核和晶核长大过程只在两相区进行。

钢锭的凝固就是两相区由钢锭表面向锭心的推移过程：当液相等温线到达钢锭内某一部位时，结晶开始；而固相等温线达到某一部位时，该处结晶便告结束，全部转变为固体。

液相等温线和固相等温线到达锭内某一指定点的时间间隔，即该点从液相线温度降至固相等温线所经历的时间，称作该点的本地凝固时间，常以q 表示之。

本地凝固时间与该处的平均冷却速度成反比。

由于钢锭内不同部位的传热条件差异很大，因此不同部位的本地凝固时间会有很大的不同，从而引起结晶组织的不同。

钢锭内液相等温线和固相等温线间的距离称作两相区宽度，以△x 表示之。

且
有。

两相区窄有利于柱状晶发展，而两相区宽有利于等轴晶发展。

选分结晶及组成过冷合金凝固时，由于溶质在固相中和在液相中的溶解度不同，而产生选分结晶(也称脱溶或液析)现象。

即伴随结晶的进行，在凝固前沿不断有溶质析出(K<1时)，使液相同溶质浓度逐渐增加。

在平衡结晶时，溶质在固、液两相中的均匀扩散都得以充分进行，因而并不产生偏析。

但在钢液的实际凝固过程中，溶质在两相，特别是在固相中的扩散不能充分进行。

结果析出的溶质不断在凝固前沿的母液中富集，形成浓度很高的溶质偏析层，此偏析层内熔体的液相线温度相对于成分未变之母液的液相线温度有所降低，因而使凝固前沿处熔体的过冷减小。

这一现象对凝固组织有很大的影响。

极端情况下(固相不均化、液相不混合)凝固前沿出现溶质最大的富集情况。

其溶质的分布可用下式来描述：，式中C L(x)为距凝固前沿x 处液相中溶质浓度；C 0为合金熔体中溶质的初始浓度；K 为溶质的平衡分配系数，K=C s /C L 导；R 为结晶速度；D L 为溶质在液相中的扩散
系数。

设K 为常数(液、固相线为直线)，且液相线斜率为m，则与凝固前沿溶质浓度相对应的液相线温度分布可用t
L(x)=t 0-mC L(x)=t 0-mC 0(1+1-k/k e -R/DLx )来描述。

C L(x)及t L(x )的变化如图2所示。

可见C L(x)随距凝固前沿距离增加而减小，t L(x )随距凝固前沿距离的增加而增高。

在凝固前沿(x=O)处。

熔体液相线温度tL 与熔体实际温度之差称过冷，即Δt =t L -t e 。

当达
到稳定态结晶时，凝固前沿处t L =t e =t s 此时，液相线温度分布曲线与实际温度分布曲线所围成的区域(图
2阴影区)称组成过冷区。

组成过冷的出现，必将终止原有凝固界面的继续推进，并且当其凝固前沿前方过冷较大处的过冷超过生核所需的过冷度Δt ﹡时，将在凝固界面前方形成新的晶核。

这是钢锭结晶组织由柱状晶向等轴晶转变的一种有说服力的解释。

树枝晶生长晶体生长方式，即凝固前沿推进的方式取决于凝固前沿组成过冷的大小。

当组成过冷从无到有、由小变大时，凝固前沿将由平滑无组织状态演变为胞状直至树枝状、内生生长。

对于钢锭的实际凝固条件下，在大部分凝固期间，凝固前沿是以树枝状或内生状态生长，最终得到树枝状晶的晶体结构。

晶体总是以原子排列最紧密的面与液相接触，以使表面能最小。

对面心立方晶格的γ一Fe来说，密排面为{111}面，所以开始析出的晶体呈八面体外形。

随着结晶的进行，由于选分结晶在凝固前沿形成溶质富集层，这时晶体便从表面溶质浓度富集较少的部位—八面体的顶端沿[111]方向凸出生长，形成树枝晶的一次轴(主干)。

接着，一次轴沿八面体的棱边——溶质浓度次低处优先长粗。

当一次轴表面处组成过冷进一步增加时，又会在一次轴晶体缺陷处形成与一次轴相垂直的二次枝晶——二次轴。

随后还可能形成三次枝晶、四次枝晶等，每个晶干不断长粗和长出更高次枝晶，直至彼此相遇。

最后充满整个树枝晶各枝干间，形成一个晶粒。

根据生长方式的不同，可得到3种不同形状的树枝晶：(1)柱状晶。

只有一个方向上的一次轴得到突出发展的树枝状晶。

该一次轴称为主轴。

当组成过冷小时，枝晶状长大所得到的柱状晶，二次枝晶不发达，类似于棒状晶。

随着组成过冷的增加，柱状晶的高次枝晶逐步得到发展。

(2)等轴晶。

备方向都得到较均匀发展的树枝状晶。

只有内生生长时才形成等轴晶。

(3)粒状晶。

枝晶不发达的树枝状晶，也称球雏晶。

只有在散热强度极小时，如钢锭和铸件的热中心处才可见到粒状品。

钢锭的晶体结构钢锭通常由晶粒组织不同的三个区域所组成：(1)钢锭表面细小等轴晶带，也称激冷层。

它是在模壁上或靠近模壁处钢液中非自发形核的结果。

钢液与模壁接触，受到强烈冷却，获得较大的过冷度。

由于过冷熔体中的杂质及粗糙模壁都可成为现成的结晶核心，几乎同时形成大量晶核，它们彼此妨碍各自的长大，因而得到不同取向的细小等轴晶带。

(2)柱状晶带。

随着锭表激冷层的形成，热阻增大。

特别是锭壳与模壁间形成气隙后，更使钢液的散热强度降低，凝固前沿钢液中过冷度减小(温度梯度减小)。

在这样的条件下，钢液的过热热量和结晶潜热主要通过凝固层传出，发生向模壁的定向传热。

并且由于晶体长大所需要的过冷比形核小得多，于是结晶表现为已有晶体的继续长大。

激冷层的内缘，树枝晶体的一次轴朝着不同的方向，而其中一次轴与模壁垂直的那些晶体，通过它的散热路线最短，散热最快，以及该轴离成分未变钢液最近，过冷降低较小，所以这些晶体向锭心的长大得到优先发展，而其余的晶体和这些晶体向其他方向的长大则受到彼此的妨碍而被抑制。

于是，在细小等轴晶带之后，接着形成迎着热流方向生长的有明显方向性的柱状晶。

(3)锭心粗大等轴晶带。

锭心的结晶过程至今还不十分清楚。

一般认为，随着柱状晶的不断发展，散热强度逐渐减小，两相区
宽度不断扩大；而且由于结晶速度减慢，液析过程得以发展，在凝固前沿产生杂质元素的富集层。

结晶速度降低到某一临界值后，出现组成过冷区，阻止柱状晶的继续生长，导致富集层前面成分较纯、过冷度较大的钢液中产生孤立的等轴晶，并向各个方向长大，形成无一定方向的粗大等轴晶。

对于大型碳素钢镇静钢钢锭，在柱状晶带与锭心等轴晶带之间，还可以区分出过渡晶带，分枝柱状晶带，而在锭心区下部，还经常可以发现成分较纯、晶粒较粗大的“沉积锥。

”根据钢种和浇注条件的不同，钢锭中各结晶带的厚度及相对比例可在很大范围内变化，有的结晶带甚至可以完全消失。

铸锭设备(ｐｏｕｒｉｎｇequipment)
铸锭作业所必需的设备及设施，可分为工艺设备、专用机械设备及附属设施三类。

工艺设备包括出钢槽、盛钢桶、铸锭车、中注管、底板、钢锭模、保温帽等；专用机械设备包括铸锭吊车、整模吊车、钢包车或地浇机、渣罐车、脱模吊车、地上脱模机、脱锭器、压盖机、刷模机、水力清洗机、涂油机、钢锭模与底板喷涂机、底板倾翻机、绝热板安装机、整模专用链式刮板机等；附属设施包括铸锭平台、修罐坑、吹氩站、液压站、整模操作平台、绝热板安装活动平台、钢锭模喷水冷却间或钢锭模水冷池、钢锭模冷床(空冷)、盛钢桶烘烤与加热装置等。

铸锭设备的完善与革新是铸锭技术进步的基础。

近代铸锭设备技术发展的主要特征是设备不断大型化和操作逐渐机械化与自动化。

底板(mold stool)
用以承托钢锭模并在其上进行浇注作业的铸铁平板，也称底盘。

对于无底钢锭模，如上小下大的敞口钢锭模或瓶口式钢锭模，底板将与钢水直接接触，并形成钢锭的尾部。

采用单层或双层凹型底板，可以得到球缺形或截锥形的凸底钢锭，从而减少上小下大钢锭开坯时的“鱼尾”切损。

下注底板铸有限定中心座砖(分钢砖)和流钢砖的凹穴和沟槽。

底板上沟槽的分布形式有直角形、H形、放射形、树枝形等多种。

(见图)大型钢锭多采用十字形或H形沟槽的底板，每个底板上可摆放4、6或8支钢锭模。

小钢锭则多采用放射形或树枝形底板，每个底板上可摆放10～60支钢锭模。

底板上凹穴和沟槽的形状与尺寸应与选用的分钢砖及流钢砖的规格相适应，并留出一定余量。

一般情况下，砖与槽壁间的缝隙以10～15mm为宜。

为了保证底板的强度和刚性，底板的厚度波动在100～250mm之间，钢锭重且支数多时取上限。

为了减轻底板的重量和减化制造工艺，底板应尽量做得小些。

设计底板的原则有：(1)在底板背面适当的地方做成凹槽；(2)流钢砖形状、种类要简单，尽量选用标准规格；(3)在留出必要间隙的前提下，锭模排列要紧凑，并要考虑改放几种不同锭型的可能性；(4)钢水流向要合理，尽量避免转90。

弯，力求各个锭模内钢液面能同速平稳上升。

底板必须平整，大型底板铸好后，要经大型龙门刨刨平。

浇注小钢锭的底板，不再进行机加工，但要求铸造工艺保证表面平整。

车铸时，底板安放在铸锭车上；坑铸时，底板相对固定在铸坑内或车间地平面上。

新底板使用前必须烘烤至100～200℃。

周转的底板首先要清除前次铸钢留下的残砖、汤道、填充砂等，然后仔细镶砌新的中心分钢砖、流钢砖以及安放中注管砖和中注管、钢锭模等。

上注底板要喷涂一层防止钢锭与底板粘连的底板涂料，并放置注流缓冲料(如钢板切边、钢屑等)以及防溅筒等。

分钢砖(ing brick)
砌在铸锭用底板上位于中注管下部的耐火质砖，又称中心座砖。

它将浇入中注管的钢液分几个支路流入各个钢锭模中。

分钢砖的构造如图所示。

为减少钢水流动过程的温降，分钢砖一般采用黏土砖。

(参见彩图插页第19页)
钢包(ladle)
盛钢桶的俗称。

炉外精炼用的盛钢桶均称为钢包。

炉外精炼通常称为钢包精炼。

(参见盛钢桶)袖砖(sleeve brick)
套在塞棒芯杆外面的中空耐火质砖管，每节砖管两端分别有阴、阳接口(见图)。

袖砖保护金属芯杆免受高温金属和炉渣的直接作用，保持塞棒的刚性以控制注流。

袖砖一般为黏土质的。

真空浇注(vacuum teeming)
保温帽(hot top)
用于镇静钢钢锭头部钢水绝热保温的铸锭设备。

它的作用是使帽口部分的钢水较长时间保持液态，以便对钢锭锭身的钢水在凝固过程的体积收缩作不断补充，使最终缩孔位于帽口线以上，保证锭身组织致密不出现缩孔和疏松，达到减少钢锭缺陷和开坯切头损失的目的。

保温帽一般由铸铁外壳和耐火材料内衬所组成。

类型按安放方式保温帽可分为固定式和浮游式两类(见图)。

前者适用于轧制钢锭，保温帽平稳地摆放在钢锭模上口之上；后者适用于锻造钢锭，可以通过调整保温帽耳轴下面支柱高度，浇注不同重量的钢锭，达到一模多用。

同时，注毕后去掉支柱，保温帽能随钢锭冷凝收缩自由下落，不致使钢锭因悬挂产生横裂纹。

按内衬耐火材料性质分，有黏土砖、轻质黏土砖、煤渣砖及绝热板等多种。

绝热板为20世纪70年代开发应用的新型帽口绝热保温材料，由于其热容量小和导热率λ极低(1000℃时λ≤0．45W／(m•K))使帽部容积与钢锭总容积之比(即帽容比)可由传统黏土砖保温帽的16％～20％降低至10％～14％。

用上小下大敞口钢锭模浇注镇静钢时，将绝热板钉挂或镶砌于钢锭模上口一定高度的内壁上；用传统的上大下小钢锭模浇注镇静钢时，绝热板直接镶砌在保温帽铁壳内，也有的直接镶砌在钢锭模上口内壁。

此时因帽口高度明显降低，需设计带豁口的钢锭模，以保证脱模吊车的夹钳能够夹住钢锭头部，顺利脱模。

结构参数为了保证保温帽的有效保温补缩效果，保温帽必须具备合理的结构参数：帽容比、断面形状、肩宽、锥度和转角半径等。

(1)帽容比。

保温帽内腔容积与钢锭总容积之比。

保温帽容积要保证容纳足够的未凝钢水来补充钢锭本体的凝固收缩。

保温帽内衬的绝热保温性质愈好，帽容比可以愈小。

一般来说，黏土砖衬保温帽的帽容比为16％～20％，用煤渣砖衬时为12％～16％；用绝热板衬时为10％～14％。

小钢锭及质量要求高或收缩率大的钢种取上限，反之取下限。

(2)断面形状及肩宽。

保温帽内腔形状通常为正截锥形。

钢锭模上口内边长与保温帽下口内边长之差称保温帽肩宽。

一般肩宽为20～50mm，大钢锭取上限。

(3)锥度。

为减少钢水表面的热损失，降低金属消耗和便于脱帽，保温帽锥度一般取10％～15％。

(4)转角半径。

加大保温帽的转角半径，有利于减少热损失，增加补缩效果。

保温帽的转角上部较大，下部较小，逐渐过渡到钢锭模内口的形状。

使用与维护黏土砖衬保温帽可以多次使用，安放时要平稳对中，每次用后表面要涂耐火泥并加热烘烤、干燥。

绝热板衬只能一次性使用，通常在铸车列型之后钉挂或镶砌绝热板。

绝热板应干燥，外形应规则完整。

钢锭(steel ingot)
将炼成的钢水浇注到铸铁制成的钢锭模内，凝固后形成的锭子称为钢锭。

钢锭经轧制或锻压成为钢材后方能使用，所以钢锭是半成品。

根据浇注方法的不同有上注钢锭和下注钢锭之分。

上注法一次浇注一根钢锭，下注法可以同时浇注许多根钢锭。

下注锭的表面质量优于上注锭。

根据脱氧程度的不同又有沸腾钢钢锭、半镇静钢钢锭和镇静钢钢锭三种，此外还有外沸内镇钢锭。

沸腾钢是脱氧不完全的钢，镇静钢是脱氧完全的钢，半镇静钢的脱氧程度介乎前两者之间，接近于镇静钢。

钢锭的质量有表面质量和内部质量之分。

表面质量以钢锭表面是否有结疤和裂纹及表皮的纯净度和致密度来衡量。

内部质量则以钢锭内部的纯净度、致密度、低倍非金属夹杂物数量和宏观偏析的程度来衡量。

沸腾钢的表面质量好，但由于锭心偏析大，内部质量不如镇静钢。

钢锭可以浇成上大下小或上小下大两种锭型。

沸腾钢和半镇静钢浇成上小下大的锭型，镇静钢则两种锭型均可采用。

上大下小的锭型适用于锻造用锭、钢轨钢、盘条和优质钢板。

上小下大锭型适用于普通钢材和普通钢板。

用于轧制的钢锭单重可从几百公斤到30t。

用于锻造的钢锭单重最大者可达6 00t。

用于轧制的钢锭的大小需与所用的轧机相配合。

小钢锭的边长≤266．7mm(边长266．7mm的钢锭配合650轧机)，大钢锭的边长≥508mm(边长508mm的钢锭配合750轧机)。

模内钢水的凝固速度可用D=Kt1/2或R=dD／dt=K／2t1/2来表示，式中D为凝固层厚度，K为凝固系数，t为凝固时间，R为凝固速度。

镇静钢1．5t锭的K大约等于25～30；沸腾钢2．8t锭的K 值约等于21。

严格地说，D=Kt1/2只适用于粗大等轴晶带形成以前的横向凝固或沉积锥形成以前的纵向凝固。

模铸锭与连铸坯相比，所占比例已在逐年减少，最终将减少到约占10％，其中合金钢和不锈钢将减少到20％，工具钢和特殊钢将减少到40％。

这是由于连铸坯可以多炉连浇、收得率高、不需初轧或开坯、能耗低，质量不亚于甚至优于模铸锭。

在模铸锭中，沸腾钢和半镇静钢将完全被淘汰。

镇静钢上注法(锻造用特大钢锭除外)也将被淘汰。

但模铸镇静钢不可能完全被淘汰，因为锻造用钢、一些小批量生产的高级合金钢及VAR(真空电弧重熔)和ESR(电渣精炼)用的坯料仍需用模铸镇静钢来生产。

镇静钢钢锭(killed steel ingot)
由深脱氧钢浇铸的钢锭。

钢水经铝、硅等脱氧剂深度脱氧，使钢中含氧量远低于与碳平衡的含氧量，通常在40×10—６以下，浇注过程中不发生[C]—[Ｏ]反应，钢水在模内平静上升而无沸腾现象，故名镇静钢。

镇静钢无任何成分限制，所有的钢种都可以炼成镇静钢。

现代实际使用的全部合金钢、大部分低合金钢以及许多碳素钢钢材品种，都是由镇静钢钢锭轧制而成。

镇静钢钢锭成分比较均匀，组织比较致密，轧成的钢材具有良好的综合机械性能，在国民经济各部门得到最为广泛的应用。

但镇静钢钢锭头部有缩孔，开坯时切头损失大，成材率低。

而且炼钢耗用的脱氧剂较多，浇注时增加保温帽耐火材料的额外消耗，钢锭成本较高。

钢锭结构典型的镇静钢钢锭结构由表面至中心分别为细小等轴晶的激冷层、柱状晶带和锭心粗大的等轴晶带等三个结晶带。

钢锭各结晶带的形成主要取决于凝固前沿的冷却强度。

5t以上大型碳素钢钢锭在柱状晶带与锭心等轴晶带之间，还可以区分出过渡晶带。

图1为大型镇静钢钢锭结构及偏析示意图。

各结晶带的形成激冷层由无取向的细小等轴晶组成。

注入模内的钢水受到模壁的激冷，表层钢水获得较大的过冷度，在这里杂质及粗糙的模壁都可成为现成的结晶核心，几乎同时形成大量的晶核，彼此妨碍各自的长大，因而得到不同取向的细小等轴晶带。

其厚度通常为几毫米到十几毫米。

激冷层形成后，热阻增加，热流减小，特别是钢锭与模壁间形成气隙后，未凝钢水的散热强度显著降低。

此时钢水的过热热量和结晶潜热主要通过凝固层传出，发生向模壁的定向传热。

由于晶体长大所需要的过冷比形核要小得多，于是结晶表现为已有晶核的继续长大。

激冷层的内缘，树枝晶的一次轴朝着不同的方向，其中一次轴与模壁垂直的晶体，通过它散热路径最短，散热最快，加之该处凝固前沿略为突出，离成分未变钢水最近，过冷降低较小，所以这些晶体向锭心的长大得到优先发展，而其余的晶体和向其他方向的长大则受到彼此的妨碍而被抑制。

于是，在细小等轴晶带之后，形成迎着热流生长的有明显方向性的柱状晶带。

受凝固前沿自然对流下降流股的影响，柱状晶略为上倾。

柱状晶带的宽度因铸锭条件的不同，可从数十毫米到数百毫米。

锭心的结晶过程至今还不十分清楚。

一般认为，随着柱状晶的发展，散热强度逐渐减小，结晶速度减慢，杂质元素(S、P、0等)的偏析过程得以发展，在凝固前沿产生富集杂质元素的偏析层。

结晶速度降低到某一临界值后，出现组成过冷区，阻止柱状
晶的继续生长，导致在偏析层前面成分较纯、过冷度较大的钢水中产生孤立的晶核。

锭心的钢水还存在一定的过热度(大型钢锭凝固情况)时，通过柱状晶的定向传热仍很明显，新的晶核仍然主要是沿大致与模壁垂直的主轴长大，直至出现新的偏析层。

其后，复又产生新的孤立晶核。

这样便形成等轴晶的过渡晶带(或称分枝柱状晶带)。

当锭心钢水温度达到或稍低于液相线时，定向传热消失，钢水中的枝晶和非金属夹杂物质点都可成为非自发形核的晶核，在整个半凝固状态的熔体中同时向各个方向长大，形成无一定方向的等轴晶。

与激冷层相比，因其过冷度小，品核数目少，故晶粒比较粗大，也即形成了锭心粗大的等轴晶带。

对于大型钢锭，由于自然对流较强，沿凝固前沿下降的两相流达到钢锭底部转向时，把一些孤立的晶体和碎断的枝晶带到锭心，沉积成锭心下部的较小等轴晶的圆锥体(或称沉积锥)。

影响因素钢水成分和浇注条件都会影响钢锭结构。

高碳钢结晶温度范围较宽，形成柱状晶倾向比低碳钢小；铬镍不锈钢和硅钢等结晶温度范围窄，导热性又差，柱状晶特别发达，容易形成穿晶结构，且一般不出现过渡晶带。

钢中硫、磷、氧等元素含量增加，结晶时组成过冷区将较早出现，从而抑制柱状晶的发展。

如含硫易切削钢锭易于获得等轴晶结构，而氩气保护下浇注的合金钢锭比大气下浇注下的相同钢锭具有较宽的柱状晶带。

用铝、钛、氮等元素脱氧或合金化的钢，生成AlN、A1２Ｏ３、TiN 等非金属夹杂微粒可增加非自发形核数目，能使钢锭晶粒细化和扩大等轴晶区。

随着钢锭重量增加，浇注时间加长，钢水凝固过程中向模壁定向传热的时间增长，故柱状晶区的宽度增加，但由于凝固速度减慢，促使锭心区的等轴晶区较早的形成，因而可使柱状晶区所占比例减小。

模壁温度决定着钢锭凝固初期的冷却强度。

模温高时，有利于抑制柱状晶发展。

注温高和注速快，相当于提高钢水过热度，增加定向传热时间，促使柱状晶发展。

浇注过程中对钢水特别是对液面施加振动或搅拌，可明显地扩大等轴晶区。

控制措施等轴晶结构致密，各个枝晶结合得比较牢固，且成分和结构比较均匀一致，因而强度、塑性706和韧性都较高，可加工性好，钢材性能没有明显的方向性。

柱状晶则不同，它生长方向一致，晶界特别是柱状晶的角交面处，偏析元素浓度很高，成为高温强度及塑性的薄弱面，当钢锭冷却或热加工时极易沿此面脆断，造成钢锭裂纹缺陷及降低可加工性，并且会造成钢材的带状组织，引起各向异性。

因此，除个别利用其各向异性的特殊钢种(如电工钢、汽轮机叶片用不锈钢等)要求定向的粗晶粒柱状品结构外，绝大多数钢种都希望得到细晶粒的等轴晶结构。

抑制柱状晶发展、扩大等轴晶区的途径是扩大结晶两相区和增加结晶核心。

主要的技术措施有：(1)降低冷却强度。

适当提高模壁温度，采用锭模涂料和性能良好的保护渣等都能扩大等轴品区。

(2)降低注温。

降低钢水过热度，能有效地缩小柱状晶区宽度。

接近液相线浇注，可得到100％等轴晶结构的钢锭。

在保证顺利浇注的条件下，要尽量降低注温，采取“低温快注”。

(3)施加外力搅拌，促使钢水流动。

模内钢水加超声波振动或吹气搅拌是细化晶粒、改善钢锭结构的有效手段。

宏观偏析钢锭断面上化学成分不均匀的现象。

宏观偏析与各结晶带的形成密切相关，往往在特定区域呈带状分布，故又名“带状偏析”、“区域偏析”等。

基本特征钢锭内元素分布的总趋势为由表及里、自下而上含量逐渐增高，即越是最后凝固的部分，偏析倾向大的硫、磷、碳等元素含量越高。

仔细研究，还发现钢锭内存在有条带状偏析。

图2为10．5t 镇静钢钢锭纵剖面的硫印图，从图中很明显的看出偏析带的存在。

(图1则是硫印偏析示意图)。