連鑄工藝設(shè)備連鑄坯凝固與傳熱

第三章連鑄坯凝固與傳熱

§3—1連鑄坯凝固與傳熱特點(diǎn)一.連鑄坯凝固過程實(shí)質(zhì)上是熱量傳遞過程，也是一個(gè)強(qiáng)制快速冷凝的過程。鋼水從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)放出的熱量：鋼液→固體＋Q1.單位重量鋼水放出的熱量Q包括：⑴過熱：從澆注溫度TC冷卻到液相線溫度TL放出的熱量，Cl（TC

－TL）；⑵潛熱：從液相線溫度TL冷卻到固相線溫度TS放出的熱量，以LP表示；⑶顯熱：從固相線溫度TS冷卻到環(huán)境溫度TO放出的熱量，CS（TS－TO）。2．連鑄機(jī)的三個(gè)傳熱冷卻區(qū)①一次冷卻區(qū)。鋼水在水冷結(jié)晶器中形成足夠厚均勻的坯殼，以保證鑄坯出結(jié)晶器不拉漏；②二次冷卻區(qū)。向鑄坯表面噴水以加速鑄坯內(nèi)部熱量的傳遞，使鑄坯完全凝固；③三次冷卻區(qū)。鑄坯向空氣中輻射傳熱，使鑄坯內(nèi)外溫度均勻化。連鑄坯冷凝示意圖：3．連鑄機(jī)熱平衡①鋼水從結(jié)晶器→二冷區(qū)→輻射區(qū)大約有60％熱量放出來鑄坯才能完全凝固。這部分熱量的放出速度決定了鑄機(jī)生產(chǎn)率和鑄坯質(zhì)量②鑄機(jī)范圍內(nèi)主要依靠結(jié)晶器和二次冷卻系統(tǒng)散熱，其中二冷區(qū)散出熱量最多。③通過結(jié)晶器在一分鐘內(nèi)要散出的熱量，最高時(shí)可占總需散熱量的20％左右?？梢姳ＷC結(jié)晶器有足夠的冷卻能力十分重要，它對(duì)初期坯殼的形成具有決定性的影響。④鑄坯切割后大約還有40％熱量放出來，為了利用這部分熱量，節(jié)約能源，成功地開發(fā)了鑄坯熱裝和連鑄—連軋等工藝。二.連鑄坯凝固是沿液相穴在凝固溫度區(qū)間把液體轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w的加工過程鑄坯在運(yùn)動(dòng)中的凝固，實(shí)質(zhì)上是沿液相穴固—液交界面潛熱的釋放和傳遞過程。也可看成是在凝固溫度區(qū)間（TL→TS）把液體轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w的加工過程。在固—液交界面附近，存在一個(gè)凝固脆化區(qū)：零強(qiáng)度溫度TRN：強(qiáng)度σ＝0的溫度。零塑性溫度TDN：斷面收縮率φ＝0的溫度。在TRN和TDN溫度區(qū)間是一個(gè)裂紋敏感區(qū)。鋼高溫性能示意圖：TRN=TS+(20～30℃)TDN=TS-(30～50℃)固—交界面的糊狀區(qū)晶體強(qiáng)度和塑性都非常小，（臨界強(qiáng)度1～3N∕mm2，，由變形至斷裂的臨界應(yīng)變?yōu)?.2%～0.4%）。當(dāng)作用于凝固坯殼的外部應(yīng)力（如熱應(yīng)力、鼓肚力、矯直力）使其變形超過上述臨界值時(shí)，鑄坯就在固—交界面產(chǎn)生裂紋，形成偏析線裂紋。鑄坯在連鑄機(jī)中從上到下運(yùn)行，在二冷區(qū)接受噴水冷卻，已凝固的坯殼不斷進(jìn)行線收縮，坯殼溫度分布的不均勻性，以及坯殼的鼓脹和夾輥的不完全對(duì)中等，使凝固殼容易受到機(jī)械和熱負(fù)荷的間隙性的突變，也易使凝固坯殼產(chǎn)生裂紋。為了保證得到良好的鑄坯質(zhì)量，應(yīng)從鑄機(jī)的設(shè)計(jì)和維護(hù)方面，盡可能保證鑄坯在運(yùn)行過程中凝固殼不變形原則；從傳熱方面，就是要控制鑄坯在不同冷卻區(qū)熱量導(dǎo)出速度和坯殼的熱負(fù)荷適應(yīng)于鋼高溫性能的變化，因此，控制鑄坯的傳熱是獲得良好鑄坯質(zhì)量的關(guān)鍵操作三.鑄坯坯凝凝固固是是分分階階段段的的凝凝固固過過程程在連連鑄鑄機(jī)機(jī)內(nèi)內(nèi)鑄鑄坯坯的的凝凝固固經(jīng)經(jīng)歷歷三三個(gè)個(gè)階階段段：：1.鋼水水在在結(jié)結(jié)晶晶器器內(nèi)內(nèi)形形成成初初生生坯坯殼殼，，出出結(jié)結(jié)晶晶器器下下口口的的鑄鑄坯坯安安全全厚厚度度應(yīng)應(yīng)足足以以抵抵抗抗鋼鋼液液的的靜靜壓壓力力的的作作用用；；2.帶有液芯芯的坯殼殼在二冷冷區(qū)穩(wěn)定定生長(zhǎng)；；3.臨近凝固固末期的的坯殼加加速增長(zhǎng)長(zhǎng)。液相穴上上部為強(qiáng)強(qiáng)制對(duì)流流循環(huán)區(qū)區(qū)，循環(huán)環(huán)區(qū)高度度決定于于注流方方式、浸浸入式水水口類型型和鑄坯坯斷面。。在液相穴穴下部液液體的流流動(dòng)主要要是坯殼殼的收縮縮和晶體體下沉所所引起的的自然對(duì)對(duì)流，或或者是由由于鑄坯坯鼓肚所所引起的的液體流流動(dòng)。液相穴內(nèi)內(nèi)液體流流動(dòng)對(duì)鑄鑄坯結(jié)構(gòu)構(gòu)、夾雜雜物分布布、溶質(zhì)質(zhì)元素的的偏析和和坯殼的的生長(zhǎng)有有重要作作用。四.在連鑄鑄機(jī)內(nèi)內(nèi)運(yùn)行行的已已凝固固坯殼殼的冷冷卻可可看成成是經(jīng)經(jīng)歷““形變變熱處處理””過程程1.從受力力的方方面看看，鑄鑄坯承承受熱熱應(yīng)力力和機(jī)機(jī)械應(yīng)應(yīng)力的的作用用，使使坯殼殼發(fā)生生不同同程度度的變變形；；2.從冶金金方面面看，，隨著著溫度度的下下降，，坯殼殼發(fā)生生δ→γγ→αα的相變變，特特別是是二冷冷區(qū)，，坯殼殼溫度度的反反復(fù)下下降和和回升升，使使鑄坯坯組織織發(fā)生生變化化，就就相當(dāng)當(dāng)于““熱處處理””過程程。同同時(shí)由由于溶溶質(zhì)元元素的的偏析析作用用，可可能發(fā)發(fā)生硫硫化物物、氮氮化物物質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)在晶晶界沉沉淀，，增加加了鋼鋼的高高溫脆脆性，，對(duì)鑄鑄坯質(zhì)質(zhì)量有有重要要影響響。§3—2鋼液在結(jié)晶晶器內(nèi)的凝凝固與傳熱熱一.結(jié)晶器內(nèi)坯坯殼的形成成1.坯殼表面與與銅壁之間間的接觸狀狀況⑴鋼液彎月面區(qū)；⑵坯殼與銅銅壁緊密接觸區(qū)區(qū)；⑶坯殼收縮縮與銅壁脫脫開產(chǎn)生的的氣隙區(qū)。2．彎月面的的形成由于鋼液與與結(jié)晶器銅銅壁的潤(rùn)濕濕作用，鋼鋼液與銅壁壁接觸形成成了一個(gè)半半徑很小的的彎月面。。其半徑：：r＝5.43×10－2式中σm—鋼液表面張張力；ρm—鋼水密度。。鋼液與銅壁壁彎月面的的形成：在彎月面的的根部，鋼鋼液與水冷冷銅壁接觸觸，立即受受到銅壁的的激冷作用用，初生坯坯殼迅速形形成。良好穩(wěn)定的的彎月面可可確保初生生坯殼的表表面質(zhì)量和和坯殼的均均勻性。當(dāng)鋼水中上上浮的夾雜雜物被保護(hù)護(hù)渣吸附時(shí)時(shí)，會(huì)降低低鋼液表面面張力，彎彎月面半徑徑減小，從從而破壞了了彎月面的的薄膜性能能，彎月面面破裂，這這時(shí)夾雜物物隨同鋼液液在破裂處處和銅壁形形成新的凝凝固層，夾夾雜物牢牢牢地粘附在在這層凝固固層上而形形成表面夾夾渣。帶有夾渣的的坯殼是薄薄弱部位，，易發(fā)生漏漏鋼。3.緊密接觸區(qū)區(qū)彎月面下部部的初生坯坯殼由于不不足以抵抗抗鋼液靜壓壓力的作用用，與銅壁壁緊密接觸觸。在該區(qū)區(qū)域坯殼以以傳導(dǎo)傳熱熱的方式將將熱量傳輸輸給銅壁，，愈往接觸觸區(qū)的下部部，坯殼也也愈厚。4.氣隙的形成成、穩(wěn)定及及角部氣隙隙已凝固的高高溫坯殼發(fā)發(fā)生δ→γ的相變，引引起坯殼收收縮，收縮縮力牽引坯坯殼離開銅銅壁，氣隙隙開始形成成。由于氣隙的的熱阻很大大，氣隙的的形成使坯坯殼向銅壁壁的傳熱迅迅速減少，，離開銅壁壁的坯殼回回?zé)嵘郎?，，甚至凝固固前沿部分分初生坯殼殼重新熔化化。由于坯殼溫溫度的回升升，其?qiáng)度度降低，在在鋼水靜壓壓力作用下下使其再次次帖緊銅壁壁，傳熱條條件有所改改善，坯殼殼增厚，于于是又產(chǎn)生生冷凝收縮縮，牽引坯坯殼再次離離開銅壁，，這樣周期性的離離合2～3次，坯殼達(dá)達(dá)到一定厚厚度并完全全脫離銅壁壁，氣隙穩(wěn)穩(wěn)定形成。。結(jié)晶器角部部區(qū)域，由由于是二維維傳熱，最最先形成坯坯殼，收縮縮力大，隨隨后形成的的氣隙也最最大。由于于鋼水的靜靜壓力無法法將角部的的坯殼壓向向銅壁，因因而角部一一開始就形形成了永久久性的氣隙隙。所以初初生坯殼形形成后，角角部區(qū)域地地方傳熱變變得比邊部部更差，角部部成成了了坯坯殼殼最最薄薄弱弱的的部部位位。。結(jié)晶晶器器內(nèi)內(nèi)氣氣隙隙的的形形成成過過程程：：接近緊密接觸觸區(qū)的部分坯坯殼，實(shí)際上上是處于氣隙隙形成和消失失的動(dòng)態(tài)平衡衡過程中。只只有當(dāng)坯殼厚厚度達(dá)到足以以抵抗鋼液靜靜壓力的作用用時(shí)，氣隙才才能穩(wěn)定存在在。坯殼急劇收縮縮是導(dǎo)致結(jié)晶晶器最大熱流流減少的原因因A.彎月面區(qū)域冷冷卻強(qiáng)度太大大，局部坯殼殼“過冷”引引起過度收縮縮；B.隨溫度下降，，坯殼發(fā)生δ→γ轉(zhuǎn)變引起局部部收縮最大（（0.38％）；C.S、P顯微偏析最小小，高溫坯殼殼強(qiáng)度較高而而能抵抗鋼水水靜壓力。減輕彎月面區(qū)區(qū)坯殼過度收收縮、減少凹凹陷的形成的的措施A.結(jié)晶器采用弱弱冷卻，以降降低局部熱流流，延緩彎月月面附近坯殼殼生長(zhǎng)B.在彎月面區(qū)域域鑲?cè)氲蛯?dǎo)熱熱性的材料（（如不銹鋼））組成復(fù)合熱熱頂結(jié)晶器；；C.整個(gè)結(jié)晶器高高度上鍍層以以降低導(dǎo)熱性性；D.穩(wěn)定澆注，如如減小結(jié)晶器器液面波動(dòng)、、結(jié)晶器液渣渣層穩(wěn)定等。。二．結(jié)晶器坯坯殼生長(zhǎng)規(guī)律律結(jié)晶器內(nèi)坯殼殼的生長(zhǎng)規(guī)律律服從平方根根定律：e：凝固層厚度度，mmt：凝固時(shí)間，，mink：凝固系數(shù)，，mm∕min1∕2l：結(jié)晶器有效效長(zhǎng)度，mmv：拉坯速度，，mm∕minK值代表了結(jié)晶晶器的冷卻能能力，其大小小對(duì)凝固坯殼殼厚度有重要要影響。鑄坯表面組織織的形成：ａ—坯殼與銅壁緊緊密接觸；ｂｂ—坯殼產(chǎn)生氣隙隙促進(jìn)結(jié)晶器坯坯殼均勻生長(zhǎng)長(zhǎng)的操作注意意事項(xiàng)⑴低的澆注溫溫度；⑵水口注流與與結(jié)晶器斷面面嚴(yán)格對(duì)中；；⑶結(jié)晶器冷卻卻水縫中水流流均勻分布；；⑷合理的結(jié)晶晶器倒錐度；；⑸結(jié)晶器液面面的穩(wěn)定性；；⑹防止結(jié)晶器器變形；⑺坯殼與結(jié)晶晶器壁之間均均勻的保護(hù)渣渣膜。三.結(jié)晶器傳熱與與熱阻1.結(jié)晶器熱阻結(jié)晶器中鋼水水沿周邊即水水平方向傳熱熱有以下過程程：⑴鋼水向坯殼殼的對(duì)流傳熱熱；⑵凝固坯殼中中的傳導(dǎo)傳熱熱；⑶凝固坯殼與與結(jié)晶器壁傳傳熱；⑷結(jié)晶器壁傳傳導(dǎo)傳熱；⑸冷卻水與結(jié)結(jié)晶器壁的強(qiáng)強(qiáng)制對(duì)流傳熱熱，熱量被通通過水縫中高高速度流動(dòng)的的冷卻水帶走走。結(jié)晶器內(nèi)鋼水水熱量傳給冷冷卻水的總熱熱阻可表示為為：式中h—總的傳熱系數(shù)數(shù)；hl—鋼水與坯殼的的對(duì)流傳熱系系數(shù)，估算hl＝1W∕cm2·℃；em—凝固坯殼厚度度。坯殼內(nèi)溫溫度梯度可達(dá)達(dá)550℃∕cm；λm—鋼的導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)；h0—坯殼與與結(jié)晶晶器間間傳熱熱系數(shù)數(shù)。它它取決決于坯坯殼與與銅壁壁的接接觸狀狀態(tài)，，若形形成了了氣隙隙，熱熱阻顯顯著增增大。。氣隙隙中的的傳熱熱系數(shù)數(shù)h0＝0.2W∕cm2·℃；eCu—T銅壁厚厚度；；λCu—銅的導(dǎo)導(dǎo)熱系系數(shù)；；hw—強(qiáng)制對(duì)對(duì)流時(shí)時(shí)水的的傳熱熱系數(shù)數(shù)。研研究表表明，，當(dāng)水水流速速達(dá)6m∕∕s時(shí)，傳傳熱系系數(shù)hw＝4W∕cm2·℃；可見，最大的熱阻阻是來自于于坯殼與結(jié)結(jié)晶器壁之之間的氣隙隙。氣隙熱阻占占總熱阻84％以上。因因此坯殼的的生長(zhǎng)決定定于氣隙形形成動(dòng)力學(xué)學(xué)，而氣隙隙的大小是是決定于坯坯殼的收縮縮和坯殼抵抵抗鋼水鼓鼓脹的能力力。結(jié)晶器器斷面氣隙隙的形成是是不均勻的的，由于角角部是二維維傳熱，冷冷卻最快收收縮最早，，產(chǎn)生氣隙隙后向中心心面擴(kuò)展，，結(jié)晶器寬寬面氣隙寬寬度比角部部小，角部部坯殼厚度度最薄，常常常會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)角部裂紋紋，甚至造造成漏鋼。。結(jié)晶器傳熱熱示意圖：：結(jié)晶器橫向向氣隙的形形成：1—冷卻水；2—結(jié)晶器；3—?dú)庀叮?—渣膜；5—坯殼；6—鋼液；7—保護(hù)渣2.影響結(jié)晶器器傳熱的主主要因素⑴結(jié)晶器設(shè)設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)對(duì)傳熱的影影響A.結(jié)晶器錐度度的影響結(jié)晶器熱量量傳遞過程程中，氣隙隙熱阻最大大，占總熱熱阻的70～90%.結(jié)晶器設(shè)計(jì)計(jì)為上大下下小具有合適的倒錐錐度，可以以減小下部部氣隙厚度度，改善傳傳熱。錐度應(yīng)按鋼鋼種和拉速速來選擇。。結(jié)晶器斷斷面尺寸的的減小量應(yīng)應(yīng)不大于鑄鑄坯的線收收縮量。線線收縮量C可根據(jù)從彎彎月面到結(jié)結(jié)晶器出口口處坯殼溫溫度變化ΔT和坯殼收縮縮系數(shù)β來確定，即即C＝ΔTβ×100%B.結(jié)晶器長(zhǎng)度度的影響結(jié)晶器內(nèi)鋼鋼水熱量導(dǎo)導(dǎo)出給銅壁壁，上半部部占50％以上，當(dāng)當(dāng)氣隙形成成后，結(jié)晶晶器下部導(dǎo)導(dǎo)出熱量減減少，結(jié)晶晶器下部主主要起支承承坯殼的作作用，結(jié)晶器長(zhǎng)度度以不增加加拉漏為原原則。通常常為700～900mm。C.結(jié)晶器銅壁壁厚度的影影響銅壁厚度在在一定范圍圍內(nèi)對(duì)傳熱影響響不大。方坯結(jié)晶器器銅壁厚度度在8～15mm范圍，熱流流變化很小小，板坯結(jié)結(jié)晶器銅壁壁厚度由40mm減薄到20mm時(shí)，熱流僅僅增加10％。D.結(jié)晶器材質(zhì)質(zhì)的影響正常通水情情況下，結(jié)結(jié)晶器內(nèi)壁壁使用溫度度為200～300℃。特殊情況況時(shí)，最高高處可達(dá)500℃。要求結(jié)晶晶器材質(zhì)導(dǎo)導(dǎo)熱性好，，抗熱疲勞勞，強(qiáng)度高高，高溫下下膨脹小，，不易變形形。純銅導(dǎo)導(dǎo)熱性最好好，但彈性性極限低，，易產(chǎn)生也也就變形。。所以多采用強(qiáng)度高高的銅合金金，如Cu—Cr，Cu—Ag合金等。這些合金高高溫下抗磨磨損能力強(qiáng)強(qiáng)，使結(jié)晶晶器壁壽命命比純銅高高幾倍。⑵操作因素對(duì)對(duì)結(jié)晶器傳傳熱的影響響A.冷卻水流速速和流量的的影響單位時(shí)間內(nèi)內(nèi)通過結(jié)晶晶器水縫中中的水量，，對(duì)其傳熱熱有重要影影響。冷卻卻水應(yīng)保證證迅速地將將鋼水凝固固所放出的的熱量帶走走，使銅壁壁冷面上沒沒有熱的積積累。冷卻卻水與銅壁壁的界面上上，有三種種傳熱狀況況：a.強(qiáng)制對(duì)流：熱流與銅壁壁溫度呈線線性關(guān)系，，水流速增增加，熱流流增大。b.核沸騰：銅壁局部區(qū)區(qū)域處于高高溫狀態(tài)，，靠近銅壁壁表面過熱熱的水層中中，有水生生成蒸汽并并產(chǎn)生沸騰騰。在這種種情況下，，結(jié)晶器與與冷卻水之之間熱交換換不決定于于水流速，，而主要決決定于銅壁壁表面的過過熱和水的的壓力。c.膜態(tài)沸騰騰：溫度超過過某一極極限值時(shí)時(shí)，靠近近銅壁表表面的水水形成蒸蒸汽膜，，熱阻增增大，熱熱流減小小，導(dǎo)致致銅壁表表面溫度度升高，，造成結(jié)結(jié)晶器損損壞。實(shí)際生產(chǎn)產(chǎn)中，正正常情況況是處于于第一種種情況，，應(yīng)盡力力避免第第二種情情況發(fā)生生，絕對(duì)對(duì)禁止第第三種情情況發(fā)生生。結(jié)晶器水水流速一一般在6～12m∕∕s范圍，進(jìn)進(jìn)出水溫溫差應(yīng)控控制在5～6℃，不大于于10℃。結(jié)晶器器最大供供水量，，對(duì)于板板坯和大大方坯，，每流為為500～600m3∕h，對(duì)于小方方坯為100～150m3∕h。B.冷卻水質(zhì)的的影響水垢沉積在在銅壁表面面形成絕熱熱層，增加加熱阻，熱熱流下降，，導(dǎo)致銅壁壁溫度升高高，加速了了水的沸騰騰。所以，，結(jié)晶器必須須使用軟水水。要求其總鹽鹽含量≯400mg∕l，硫酸鹽≯≯150mg∕l，氯化物≯≯50mg∕∕l，硅酸鹽≯≯40mg∕∕l，懸浮質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)＜50mg∕∕l，質(zhì)點(diǎn)尺寸寸≯0.2mm，碳酸鹽硬硬度≯1～2°Dh,pH值為7～8。C.結(jié)晶器潤(rùn)滑滑的影響結(jié)晶器潤(rùn)滑滑可以減小小拉坯阻力力，并可由由于潤(rùn)滑劑劑充滿氣隙隙而改善傳傳熱。通常常敞開澆注注時(shí)用油做做潤(rùn)滑劑。。油在高溫溫下裂化分分解為C—H化合物。它它充滿氣隙隙對(duì)傳熱有有利。采用用保護(hù)澆注注時(shí)，保護(hù)護(hù)渣加在結(jié)結(jié)晶器鋼液液面上，形形成液渣層層，結(jié)晶器器振動(dòng)時(shí)，，在彎月面面處液渣被被帶入氣隙隙中，坯殼殼表面形成成均勻的渣渣膜，既起起潤(rùn)滑作用用，又由于于填充氣隙隙而改善傳傳熱。保護(hù)護(hù)渣渣對(duì)對(duì)結(jié)結(jié)晶晶器器熱熱流流的的影影響響與與渣渣膜膜厚厚度度有有關(guān)關(guān)。。渣渣膜膜厚厚度度是是渣渣粘粘度度和和拉拉速速的的函函數(shù)數(shù)：：式中中e—渣膜膜厚厚度度，，mmη—渣粘粘度度，，Pa·s；v—拉速速，，mm∕∕min；g—重力力加加速速度度，，cm∕∕s2；ρm，ρs—鋼和和渣渣的的密密度度，，g∕∕cm3。當(dāng)拉拉速速一一定定時(shí)時(shí)渣渣膜膜厚厚度度主主要要決決定定于于渣渣粘粘度度。。粘度度太太高高，，渣渣流流動(dòng)動(dòng)性性不不好好，，形形成成厚厚薄薄不不均均不不連連續(xù)續(xù)的的渣渣膜膜；；粘粘度度太太低低，，渣渣膜膜也也厚厚薄薄不不均均。。在這這兩兩種種情情況況下下，，測(cè)測(cè)得得的的熱熱流流不不穩(wěn)穩(wěn)定定。。通通常常把把保保護(hù)護(hù)渣渣的的ηv2值作作為為形形成成穩(wěn)穩(wěn)定定渣渣膜膜的的最最佳佳潤(rùn)潤(rùn)滑滑條條件件（（v為拉拉速速））。。如如果果ηv2值太太高高或或太太低低，，也也就就是是渣渣膜膜不不穩(wěn)穩(wěn)定定。。坯坯殼殼有有部部分分表表面面直直接接與與銅銅壁壁接接觸觸，，局局部部熱熱流流增增加加，，從從而而導(dǎo)導(dǎo)致致局局部部區(qū)區(qū)域域收收縮縮而而形形成成凹凹陷陷或或厚厚薄薄不不均均，，因因此此，，使保保護(hù)護(hù)渣渣具具有有合合適適的的粘粘度度值值（（ηv2值）），，是是得得到到均均勻勻渣渣膜膜，，使使結(jié)結(jié)晶晶器器導(dǎo)導(dǎo)熱熱穩(wěn)穩(wěn)定定，，控控制制結(jié)結(jié)晶晶器器內(nèi)內(nèi)坯坯殼殼均均勻勻生生長(zhǎng)長(zhǎng)的的重重要要手手段段。。為了了改改善善結(jié)結(jié)晶晶器器潤(rùn)潤(rùn)滑滑和和傳傳熱熱，，保保護(hù)護(hù)渣渣應(yīng)應(yīng)滿滿足足：：A.控制制熔熔化化速速率率使使鋼鋼液液面面上上有有充充分分的的液液渣渣供供應(yīng)應(yīng)，，液液渣渣層層應(yīng)應(yīng)保保持持一一定定的的厚厚度度和和均均勻勻性性；；B.渣子子熔熔點(diǎn)點(diǎn)應(yīng)應(yīng)低低于于結(jié)結(jié)晶晶器器出出口口處處坯坯殼殼表表面面溫溫度度；；C.應(yīng)根根據(jù)據(jù)拉拉速速選選擇擇合合適適的的渣渣子子粘粘度度。。D.拉速的的影響響提高拉拉速使使結(jié)晶晶器導(dǎo)導(dǎo)出的的平均均熱流流增加加。但但是單單位鋼鋼水質(zhì)質(zhì)量從從結(jié)晶晶器導(dǎo)導(dǎo)出的的熱量量減少少，致致使坯坯殼減減薄，，因此此選擇擇最佳佳拉速速時(shí)，，應(yīng)既既保證證結(jié)晶晶器出出口處處坯殼殼厚度度，又又能充充分發(fā)發(fā)揮鑄鑄機(jī)的的生產(chǎn)產(chǎn)能力力。E.澆注溫溫度的的影響響在拉速速和其其它工工藝條條件一一定時(shí)時(shí)，鋼鋼的過過熱度度對(duì)平平均熱熱流影影響極極小。。但過過熱度度增加加，出出結(jié)晶晶器坯坯殼溫溫度有有所增增加，，降低低了高高溫坯坯殼強(qiáng)強(qiáng)度，，增加加了斷斷裂的的幾率率。同同時(shí)過過熱鋼鋼水的的動(dòng)能能，在在凝固固前沿沿會(huì)形形成對(duì)對(duì)流運(yùn)運(yùn)動(dòng)，，可能能沖刷刷、熔熔化已已凝固固的坯坯殼。。⑶鋼水成成分的的影響響當(dāng)鋼種種含碳碳量在在0.12％左右右時(shí)，，結(jié)晶晶器導(dǎo)導(dǎo)出熱熱流最最小。。此時(shí)時(shí)結(jié)晶晶器銅銅壁溫溫度波波動(dòng)較較大，，約為為100℃。當(dāng)碳碳含量量大于于0.25％時(shí)，，熱流流基本本不變變。且且碳量量在0.12％左右右時(shí)坯坯殼內(nèi)內(nèi)外表表面均均呈波波紋狀狀，隨隨著含含碳量量增加加，波波紋減減小。。這是因因?yàn)楹剂苛繛?.12％時(shí)，，坯殼殼有最最大的的收縮縮（0.38％），，因而而形成成較大大的氣氣隙，，而且此此時(shí)硫硫、磷磷的枝枝晶偏偏析小小，坯坯殼高高溫強(qiáng)強(qiáng)度高高，鋼鋼水靜靜壓力力要將將坯殼殼壓向向銅壁壁比較較困難難，鋼鋼水在在彎月月面下下凝固固后，，形成成較大大的彎彎曲和和氣隙隙，導(dǎo)導(dǎo)致坯坯殼表表面與與結(jié)晶晶器壁壁接觸觸面減減小，，所以以熱流流最小小。形形成坯坯殼最最薄，，而且且不均均勻。。這是是此種種含碳碳量的的鋼容容易產(chǎn)產(chǎn)生裂裂紋和和拉漏漏的原原因。。鋼中含含碳量量與熱熱流的的關(guān)系系：§3——3鑄坯在在二冷冷區(qū)的的凝固固與傳傳熱一.二冷區(qū)區(qū)熱平平衡鑄坯帶帶著液液芯進(jìn)進(jìn)入二二冷區(qū)區(qū)接受受噴水水冷卻卻，目目的是是使鑄鑄坯達(dá)達(dá)到完完全凝凝固，，表面面溫度度分布布均勻勻，然然后進(jìn)進(jìn)入拉拉矯機(jī)機(jī)。鑄鑄坯在在二冷冷區(qū)要要全部部凝固固還需需散出出210～294kJ∕kg的熱量量。向向鑄坯坯表面面噴射射霧化化水滴滴，鑄鑄坯表表面溫溫度突突然降降低，，鑄坯坯表面面和中中心之之間形形成了了較大大的溫溫度梯梯度，，這是是鑄坯坯向外外傳熱熱的動(dòng)動(dòng)力。。二冷區(qū)區(qū)鑄坯坯表面面熱量量傳遞遞方式式：1．純輻輻射25％；2．噴霧霧水滴滴蒸發(fā)發(fā)33％；3．噴淋淋水加加熱25％；4．輥?zhàn)幼优c鑄鑄坯的的接觸觸傳導(dǎo)導(dǎo)17%.要提高高二冷冷區(qū)的的冷卻卻效率率，主主要是是調(diào)節(jié)節(jié)噴淋淋水滴滴與高高溫鑄鑄坯之之間的的傳熱熱。水水滴與與鑄坯坯表面面之間間的傳傳熱是是一個(gè)個(gè)復(fù)雜雜的傳傳熱過過程，，它受受噴水水強(qiáng)度度、鑄鑄坯表表面狀狀態(tài)（（表面面溫度度、氧氧化鐵鐵皮）），冷冷卻水水溫度度和水水滴運(yùn)運(yùn)動(dòng)速速度等等多種種因素素影響響。鑄坯二冷傳熱熱方式：可用以下傳熱熱方程來描述述這一傳熱過過程：Φ＝h（TS－Tw）式中Φ—熱流；h—水與高溫鑄坯坯表面的傳熱熱系數(shù)；TS—鑄坯表面溫度度；Tw—冷卻水溫度。。要提高二冷區(qū)區(qū)冷卻效率應(yīng)應(yīng)該提高傳熱熱系數(shù)值。連連鑄機(jī)上直接接測(cè)定傳熱系系數(shù)是很困難難的。一般在在實(shí)驗(yàn)室用熱熱模擬方法測(cè)測(cè)得水滴與高高溫金屬表面面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，，為設(shè)計(jì)二冷冷制度提供依依據(jù)。二.影響二冷區(qū)區(qū)傳熱的因因素1.鑄坯表面溫溫度⑴當(dāng)TS﹤300℃℃時(shí)，熱流隨隨TS增加而增加加，此時(shí)水水滴潤(rùn)濕高高溫鑄坯表表面為對(duì)流流傳熱；⑵當(dāng)300℃﹤﹤TS﹤800℃℃時(shí)，隨溫度度提高熱流流下降，在在高溫鑄坯坯表面有蒸蒸汽膜，呈呈核態(tài)沸騰騰狀態(tài)；⑶當(dāng)TS﹥800℃℃時(shí)，熱流幾幾乎與鑄坯坯表面溫度度無關(guān)，甚甚至于呈下下降趨勢(shì)，，這是因?yàn)闉楦邷罔T坯坯表面形成成穩(wěn)定蒸汽汽膜阻止水水滴與鑄坯坯接觸。表面溫度與與熱流的關(guān)關(guān)系：2.水流密度水流密度是是指鑄坯單單位面積上上所接受的的冷卻水量量。水流密密度增加，，傳熱系數(shù)數(shù)增大，從從鑄坯表面面帶走的熱熱量也增多多。傳熱熱系系數(shù)數(shù)h與水水流流密密度度W的關(guān)關(guān)系系可可由由經(jīng)經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)公公式式表表示示：：h＝AWn3.水滴滴速速度度水滴滴速速度度決決定定于于噴噴水水壓壓力力、、噴噴孔孔直直徑徑和和受受到到的的阻阻力力。。當(dāng)當(dāng)水水滴滴速速度度高高時(shí)時(shí)，，能能穿穿透透蒸蒸汽汽膜膜，，達(dá)達(dá)到到鑄鑄坯坯表表面面的的水水滴滴數(shù)數(shù)增增加加，，傳傳熱熱效效能能提提高高。。4.水滴滴直直徑徑水滴滴直直徑徑大大小小是是霧霧化化程程度度的的標(biāo)標(biāo)志志。。水水滴滴越越小小，，單單位位體體積積內(nèi)內(nèi)水水滴滴個(gè)個(gè)數(shù)數(shù)就就越越多多，，霧霧化化越越好好，，這這有有利利于于均均勻勻地地冷冷卻卻鑄鑄坯坯，，提提高高傳傳熱熱效效率率。。水水滴滴的的平平均均直直徑徑，，對(duì)對(duì)于于水水噴噴嘴嘴為為200～600μμm；對(duì)對(duì)于于氣氣水水噴噴嘴嘴為為20～60μμm5.鑄坯坯表表面面狀狀態(tài)態(tài)碳素素鋼鋼表表面面有有氧氧化化層層時(shí)時(shí)，，水水與與該該表表面面間間的的傳傳熱熱系系數(shù)數(shù)比比無無氧氧化化層層時(shí)時(shí)降降低低13%。6.噴嘴嘴的的使使用用狀狀況況噴嘴嘴的的安安裝裝、、維維修修和和新新舊舊程程度度以以及及是是否否堵堵塞塞，，對(duì)對(duì)傳傳熱熱效效果果有有重重要要影影響響。。因因此此二二次次冷冷卻卻水水必必須須凈凈化化處處理理，，噴噴嘴嘴需需定定期期檢檢修修和和更更換換。。三.二冷冷區(qū)區(qū)凝凝固固坯坯殼殼的的生生長(zhǎng)長(zhǎng)二冷冷區(qū)區(qū)坯坯殼殼的的生生長(zhǎng)長(zhǎng)服服從從于于凝凝固固平平方方根根定定律律。。由由于于在在二二冷冷區(qū)區(qū)冷冷卻卻水水直直接接噴噴射射到到鑄鑄坯坯表表面面上上，，冷冷卻卻強(qiáng)強(qiáng)度度較較大大，，凝凝固固速速度度較較快快，，所所以以坯坯殼殼生生長(zhǎng)長(zhǎng)厚厚度度決決定定于于二二冷冷水水量量（（比比水水量量））。。比比水水量量是是通通過過二二冷冷區(qū)區(qū)單單位位質(zhì)質(zhì)量量鑄鑄坯坯所所接接受受的的水水量量（（L∕kg）。比水量的的大小主要決決定于鋼種，，一般取0.5～1.5L∕∕kg。對(duì)低碳鋼或或裂紋不敏感感鋼，比水量量取大一些；；對(duì)高碳鋼、、合金鋼或裂裂紋敏感鋼，，比水量取小小一些。嚴(yán)格講，比水水量不能確切切表示二冷區(qū)區(qū)的冷卻能力力，還應(yīng)考慮慮冷卻面積。。定義冷卻指指數(shù)I：I=W∕VPL式中：W—整個(gè)冷卻區(qū)的的噴水量，m3∕min.V—拉坯速度，m∕min.P—被冷卻鑄坯的的周邊長(zhǎng)度，，m。L—二冷區(qū)長(zhǎng)度，，m。四.鑄坯的的液相相穴深深度鑄坯的的液相相穴深深度是是指鑄鑄坯從從結(jié)晶晶器鋼鋼液面面開始始到鑄鑄坯中中心液液相完完全凝凝固點(diǎn)點(diǎn)的長(zhǎng)長(zhǎng)度。?？筛鶕?jù)凝凝固平平方根根定律律計(jì)算算如下下：而故可見，鑄坯坯的液相穴穴深度與鑄鑄坯厚度、、拉坯速度度和冷卻強(qiáng)強(qiáng)度有關(guān)。。鑄坯越厚厚，拉速越越快。液相相穴深度就就越大。在在一定范圍圍內(nèi)，增加加冷卻強(qiáng)度度有助于縮縮短液相穴穴深度，但但是冷卻強(qiáng)強(qiáng)度的變化化對(duì)液相穴穴深度的影影響幅度小小。同時(shí)，，對(duì)一些合合金鋼來說說，過分增增加冷卻強(qiáng)強(qiáng)度是不允允許的?！?—4連鑄坯凝固結(jié)結(jié)構(gòu)一.對(duì)鋼液凝固的的要求⑴形成正確的的凝固結(jié)構(gòu)；；⑵合金元素在在鑄坯的分布布要均勻，偏偏析要小；⑶最大限度地地排出氣體和和夾雜物；⑷鑄坯表面、、內(nèi)部質(zhì)量良良好；⑸鋼水收得率率高。鑄坯凝固是分分階段的凝固固過程在連鑄機(jī)內(nèi)鑄鑄坯的凝固經(jīng)經(jīng)歷三個(gè)階段段：A.鋼水在結(jié)晶器器內(nèi)形成初生生坯殼；B.帶有液芯的坯坯殼在二冷區(qū)區(qū)穩(wěn)定生長(zhǎng)；；C.臨近凝固末期期的坯殼加速速增長(zhǎng)。二.連鑄坯正常的的低倍結(jié)構(gòu)⑴表皮細(xì)小等等軸晶區(qū)（激激冷層）其厚度約2～5mm，它是在結(jié)晶晶器彎月面處處冷卻速度最最高的條件下下形成的。澆澆注溫度越高高，激冷層就就約?。粷沧⒆囟鹊图だ淅鋵泳秃裥?。。⑵柱狀晶區(qū)基本垂直于鑄鑄坯表面（約約上傾10°）。柱狀晶的的發(fā)展不規(guī)則則，在某些部部位可能會(huì)貫貫穿鑄坯中心心形成穿晶結(jié)結(jié)構(gòu)。對(duì)于弧弧形連鑄機(jī)，，鑄坯低倍結(jié)結(jié)構(gòu)具有不對(duì)對(duì)稱性。由于于重力作用，，晶體下沉，，抑制了外弧弧側(cè)柱狀晶生生長(zhǎng)，故內(nèi)弧弧側(cè)柱狀晶比比外弧側(cè)要長(zhǎng)長(zhǎng)，所以鑄坯坯內(nèi)裂紋常常常集中在內(nèi)弧弧側(cè)。澆注溫度、冷冷卻條件等對(duì)對(duì)組織進(jìn)去生生長(zhǎng)均有影響響。澆注溫度度高，柱狀晶晶帶就寬；二二冷區(qū)冷卻強(qiáng)強(qiáng)度加大，將將增加溫度梯梯度，也促進(jìn)進(jìn)柱狀晶發(fā)展展；鑄坯斷面面增大，則減減小溫度梯度度，從而減小小柱狀晶的寬寬度。⑶中心心等軸軸晶區(qū)區(qū)樹枝晶晶較粗粗大且且呈不不規(guī)則則排列列，中中心區(qū)區(qū)有可可見的的不致致密的的疏松松和縮縮孔并并伴隨隨有元元素的的偏析析（如如S、P、Mn、C）。二.連鑄坯坯非正正常的的凝固固結(jié)構(gòu)構(gòu)1.““小鋼錠錠”結(jié)結(jié)構(gòu)由于二二冷區(qū)區(qū)冷卻卻的不不均勻勻性導(dǎo)導(dǎo)致柱柱狀晶晶的不不穩(wěn)定定生長(zhǎng)長(zhǎng)，在在鑄坯坯縱斷斷面中中心常常常出出現(xiàn)每每隔5～10cm有規(guī)則則的““凝固固橋””的形形成，，并伴伴隨有有疏松松和縮縮孔，，稱為為“小小鋼錠錠結(jié)構(gòu)構(gòu)”。。形成過過程：：⑴柱狀狀晶開開始均均勻生生長(zhǎng)；；⑵由于于鑄坯坯傳熱熱的不不穩(wěn)定定性，，導(dǎo)致致局部部區(qū)域域柱狀狀晶優(yōu)優(yōu)先生生長(zhǎng)；；⑶在某某一局局部