结晶器热流控制(2011831133014)

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1、结晶器热流控制摘要结晶器内的热传导是连铸过程中最复杂和重要的因素之一。合理的控制结晶器传热可以保证良好的铸坯表面质量，并避免漏钢事故。传统经验认为保护渣性能、钢种成分和拉速是影响结晶器传热的主要因素。而本文着重介绍了钢液中氢对结晶器传热的影响。绪论许多文章中已经详细论述了结晶器内的凝固机理和热传导过程，对钢种成分、过热度、结晶器形状等影响结晶器传热的参数也进行了大量的实验和阐述。由于结晶器传热主要取决于坯壳和结晶器壁交界面的热传导情况。因此传统认为粘度、结晶温度等保护渣理化指标对结晶器传热影响很大，另外拉速等过程参数对结晶器传热也有一定影响。根据美国加里钢厂

2、2#连铸机的经验，发现了另一种对结晶器传热有重要影响的因素：钢液中的氢。加里钢厂从2#机投产就开始关注钢液中氢的重要性，在确认粘结漏钢条件的试验中发现钢中的氢会恶化保护渣膜状况，从而导致铸坯粘结。从历史数据也可观察到钢中氢含量与粘结漏钢之间有着显著的相关性（如图1、2）。由于对钢中氢含量缺少可靠的测量方法，给定量分析氢含量的影响带来困难。通过反复试验，加里钢厂2#铸机采用HYDRIS（浸蚀测氢系统）方法，可以准确测得钢中氢含量。根据HYDRIS方法侧出的氢含量，发现钢中氢含量与结晶器传热量有明显对应关系。本文分析研究了钢中氢含量对保护渣传热性能的影响。经过研

3、究确定了钢中氢含量对热流的影响以及在不同浇注条件下和使用不同保护渣时的热流情况。研究结果提供了不同浇注条件下更加有效和精确的选用保护渣的方法，包括不同氢含量下选用保护渣的方法。氢在结晶器传热中的作用铸机结晶器使钢液形成初生坯壳，并保证出结晶器时有足够的坯壳厚度。结晶器内需要均匀的传热，防止因局部区域过薄而产生表面缺陷和漏钢。结晶器热导率的相关知识可以为新保护渣和日常使用材料的测试提供指导。之前由于结果不明显，对使用不同保护渣时，拉速和热导率的相关性研究并不成功。虽然经过试验发现随着拉速的提高结晶器传热略有下降，但对应关系并不明显（如图3）。因此怀疑还有其它因

4、素对传热有重要影响，导致无法发现拉速与传热之间的对应关系。通过使用多种统计分析技术，得到了热传导与一些基本参数（如氢含量、拉速、中包温度、铸坯宽度）间的对应关系（如图4）。在给定钢种和保护渣的条件下，拉速和钢中氢含量对结晶器传热影响最大。在所有2#机生产的钢种上，结晶器传热与氢含量间都可以得到良好的相关性（如图5、6、7）。在氢含量一定时，也可以得到拉速与结晶器传热的对应关系（如图8）。经过RH精炼的钢水氢含量可降到1ppm，而未经过RH脱气时，氢含量达10ppm。图9是脱气与不脱气时，钢中氢含量与结晶器传热之间的关系。氢对结晶器传热的影响机理要验证钢中氢含

5、量和结晶器传热之间的相互作用，首先需查明使用不同性能保护渣时结晶器的传热机理。热量从钢水传至结晶器冷却水包括以下几个步骤：通过保护渣膜和结晶器壁与坯壳间气隙；结晶器壁；结晶器壁与冷却水的交界面。结晶器传热量取决于以上交界面的热阻情况。由于结晶器壁以及与冷却水交界面的热阻远小于铸坯与结晶器壁间的热阻，因此铸坯与铜板间的交界面决定了结晶器的传热。由此可知，保护渣膜性能对结晶器传热非常重要。保护渣的主要物化指标包括熔点、粘度和结晶温度。由于结晶温度和粘度有对应关系，因此可以通过粘度推出保护渣的结晶温度。结晶温度粘滞流体的活性能趋于无限时的温度，也就是液渣中开始形成

6、晶体的温度。保护渣结晶温度对结晶器内钢的传热有重要影响（如图10）。在标准浇注条件下，铜板和结晶器冷却水的热阻是固定的，因此只有保护渣性能是变量。保护渣的传热性能是关于其化学、物理性能的方程式。最近，有些保护渣设计成微孔状，与传统保护渣相比，这种保护渣传热量降低（如图11）。粘度粘度图10.保护渣结晶图11.保护渣孔隙度与平均传热率之间温度对结晶器内散热的影响的关系，在拉速为1.m/min时。（文献4）氢对传热的影响可能类似于保护渣中存在微小气孔的影响。氢的溶解度在钢水凝固时急剧下降。氢从凝固前沿向表面移动，从而进入了保护渣液渣层。气态氢在液渣中不能溶解，但

7、是H2气泡被卷入渣中是可能的。钢中的氢含量增加，导致了保护渣中氢气泡卷入相应的增加，因而保护渣内出现了很多气孔，这样增加了传热阻力，所以降低了散热率。氢气泡进入保护渣和在液渣内的行为，是由保护渣的物理化学性能决定的，例如结晶温度，碱度，表面张力。在本研究中，选择了7种不同的保护渣。这些保护渣成分范围差异大，并且来自于不同的厂家。表1显示了其性能参数。保护渣的碱度是用光学碱度来表示的，采用光学碱度来表示渣的碱度，比传统的CaO/SiO2比值更精确。在本文中，采用结晶器冷却水的进出口温差来表示结晶器的散热量。散热量的计算是采用每单位重量的散热量，KJ/kg。同时

8、也计算了结晶器内的平均热通量，KJ/m2hr（见图1