连铸坯凝固及传热过程探究

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1、连铸坯凝固及传热过程探究摘要：凝固过程实质是传热过程，钢水的凝固实际上是一个强制冷却、加速钢液传热的过程。钢水从结晶器开始凝固，使铸坯形成均匀且具有一定厚度的坯壳，保证足够的强度。凝固过程是在凝固温度区间液体转变为固体的加工过程，已凝固坯壳的冷却是经历形变“热处理”过程。关键词：凝固；结晶器；二冷系统；传热中图分类号：TF77文献标识码：A二、结晶器冷却1结晶器的热交换结晶器是一个非常强的热交换器，结晶器内坯壳厚度的生长取决于钢水向结晶器冷却水的传热速率，而传热速率又受到整个过程所需克服的热阻影响，热阻包括：(1)钢水与i丕壳界面的对流传热；(2)凝固壳本身的传导传热；(3)坯壳与铜管界面的热

2、阻，坯壳26%、气隙71%、铜管壁1%。气隙起到决定性作用。坯壳厚度与凝固时间成平方根关系；(4)结晶器铜壁的热传导；(5)冷却水与结晶器铜管壁的热传导。2铸坯在结晶器内的凝固可用平方根公式计算3结晶器长度的确定确定结晶器长度的主要依据是铸坯出结晶器下口时的坯壳最小厚度。若坯壳过薄，铸坯就会出现鼓肚变形，甚至拉漏。对于大断面铸坯，要求坯壳厚度大于15mm；小断面铸坯为8〜10mm。结晶器长度一般在700〜900比较合适；但也有1200mm长的；现在大多数倾向于把结晶器长度增加到900mm,以适应高拉速的需要。理论计算表明，结晶器热量的50%是从上部导出的，结晶器下部只起到支持作用；因而过长的结

3、晶器无益于坯壳的增厚，所以没有必要选用过长的结晶器。4结晶器的倒锥度5影响结晶器传热的因素(1)坯壳、坯壳与结晶器壁之间气隙、结晶器壁、结晶器与冷却水间界面。(2)设计参数对结晶器传热的影响结晶器锥度、结晶器长度、结晶器内表面形状、结晶器材质、结晶器壁厚度。(3)操作工艺对结晶器传热的影响：拉速、过热度、结晶器润滑剂、结晶器冷却水流速和温度.三、二冷区冷却1在二冷区内铸坯的冷却情况与在结晶器内有很大的不同在二冷区，主要的散热方式是表面喷水强制冷却。特别是铸坯在二冷区每一个辊距(即两个相邻夹辊与坯壳表面切点之间的距离)之内，都要周期性地通过四种不同的冷却区域，分别是段为空冷区、水冷区、空水混冷区

4、、辊冷区。2二冷的设计原则连铸机的生产率与铸坯质量在很大程度上取决于二次冷却。基于这两个方面的考虑，二次冷却都应遵循以下几个原则：(1)上强下弱。铸坯出结晶器后，在二冷亡段坯壳薄、热阻小、坯壳收缩产生的应力亦小，这些条件有利于强冷以增加坯壳厚度，减少漏钢事故。随着铸坯不断地向二冷下段运动，坯壳逐渐加厚，热阻增大，为避免铸坯表面因应力过大而产生裂纹，要逐渐减小冷却强度(亦称比水量：即每千克钢耗水量L/kg)。采用上强下弱的冷却制度，控制铸坯的液芯长度在连铸机的冶金长度内，才能避免带液相矫直而产生内裂纹。适宜的冷却强度可以减轻或避免铸坯的裂纹、中心疏松等缺陷。(2)保证铸坯表面均匀冷却。通过对喷嘴

5、位置的适当调整，使铸坯角部冷却不至于过大，要求拉坯方向表面温差小于200°C/m，横向表面温差小于100°C/ni。(3)控制铸坯表面回温在容许范围内。防止凝固前沿的拉应力过大而导致内裂纹，应控制二次冷却空冷段铸坯表面的回温速度小于100°C/m。(1)、耗水量要能灵活调节，因为冷却强度随钢种而变。一般对于普碳钢、低合金钢的冷却强度为1.0〜2.0L/kg；中高碳钢、合金钢为，0.3〜0.6L/kg。某些热敏感性强的钢种冷却强度还要低一些。(2)避免在脆性区(7⑻〜900°C)矫直。现在通常采用高温矫直，即矫直点的铸坯温度大于900°C。(3)冷却效率要高，以加速热量的传递。3二次的冷却方式二

6、冷区内是采用直接喷水对铸坯进行冷却。冷却强度、冷却水量、水压、水温、喷嘴结构和布置、喷嘴与铸坯间的距离等都对铸坯散热有直接影响。应根据钢种和断面要求确定合理冷却制度。对铸坯二次冷却目前有水喷雾冷却和气水喷雾冷却两种方式。气-水喷雾冷却与全水喷雾冷却相比有以下优点；水雾化好，水滴直径小，冷却均匀；喷嘴出口直径大，不易堵塞；喷嘴数量少，均匀覆盖更大的板坯面积，节约用水；流量调节范围大。因此，在没有减少总的传热情况下，减少了单位冷却负荷；提高了冷却效果；提高浇注方向上水流横向冲击力，可使不蒸的水从铸坯表面更快的转移，并且没有多余的不可控制的水流。4影响二冷区传热的因素(1)喷嘴结构和布置；(2)喷水

7、密度和坯表面温度；(3)喷淋水滴速度和喷嘴压力；(4)比水量；(5)喷嘴的堵塞。5一个好的二次冷却系统必须满足下列要求。(1)宽度和浇铸方向上铸坯表面的冷却要均匀(2)以高的喷淋水汽化量来实现高冷却效率；(3)未汽化的水，特别是板坯铸机内辊子之间的未汽化水的停留时间最短。四、如何优化好连铸坯凝固和传热1结晶器采用合理的锥度，才能使结晶器内的钢水均匀的冷却，锥度过大过小都不好。2在保证结晶器有足够的