一連鑄基礎(chǔ)理論

2023/9/2連鑄連軋新技術(shù)主講：崔春娟2023/9/2英文名稱(chēng)：NewTechnologyofContinuousCastingandDirectRolling課程編號(hào)：041066課程類(lèi)型：學(xué)位選修課學(xué)時(shí)：40學(xué)分：2適應(yīng)對(duì)象：材料加工工程專(zhuān)業(yè)，冶金工程專(zhuān)業(yè)碩士研究生先修課程：《材料科學(xué)基礎(chǔ)》、《金屬塑性加工原理》課程概況2023/9/2

參考書(shū)：《連續(xù)鑄鋼》,賀道中等編著.冶金工業(yè)出社,2007《連鑄連軋理論與實(shí)踐》,任吉堂朱立光等編著.冶金工業(yè)出版社2002《帶鋼熱連軋模型與控制》,孫一康主編.冶金工業(yè)出版社20022023/9/2課程性質(zhì)和任務(wù)本課程是材料加工工程專(zhuān)業(yè)和冶金工程專(zhuān)業(yè)碩士研究生的學(xué)位選修課，主要介紹連鑄連軋技術(shù)的發(fā)展概況、基本知識(shí)、工藝基礎(chǔ)與關(guān)鍵技術(shù)、典型的生產(chǎn)工藝以及產(chǎn)品質(zhì)量控制等內(nèi)容通過(guò)學(xué)習(xí)可以正確運(yùn)用連鑄連軋的相關(guān)理論和技術(shù)，去解決影響和制約生產(chǎn)順利進(jìn)行的因素，正確制定加工工藝，有效控制產(chǎn)品的組織，為改進(jìn)和開(kāi)發(fā)新加工工藝指明方向，進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)連鑄連軋工藝的發(fā)展2023/9/2主要內(nèi)容

連鑄機(jī)設(shè)備

連鑄基礎(chǔ)理論

連鑄工藝與操作

保護(hù)澆注

連鑄坯質(zhì)量

連鑄工藝實(shí)踐與新技術(shù)

連鑄坯熱裝與直接軋制

連鑄連軋的速度匹配和溫度匹配軋鋼理論薄板坯的連鑄連軋2023/9/2授課和考試方法采用課堂講授和討論結(jié)合方式進(jìn)行。除教師集中上課外，安排部分研究生自學(xué)、講座、討論，教師點(diǎn)評(píng)為使課程教學(xué)更生動(dòng)，應(yīng)盡可能在課堂教學(xué)中，增加實(shí)例的分析與討論采用考試成績(jī)和平時(shí)成績(jī)相結(jié)合的方式進(jìn)行。平時(shí)成績(jī)按15%計(jì)入總成績(jī)2023/9/2連鑄連軋新技術(shù)第一講連鑄基礎(chǔ)理論2023/9/2大綱鋼液凝固結(jié)晶理論連鑄坯凝固傳熱特點(diǎn)連鑄坯凝固過(guò)程熱平衡結(jié)晶器傳熱與凝固二冷區(qū)的傳熱與凝固連鑄坯凝固組織結(jié)構(gòu)及控制2023/9/2第一節(jié)鋼液凝固結(jié)晶理論2023/9/2凝固結(jié)晶一切物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過(guò)程。一切物質(zhì)從原子不規(guī)則排列的液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樵右?guī)則排列的晶體狀態(tài)的過(guò)程。結(jié)晶是凝固的一個(gè)分支

一、凝固與結(jié)晶2023/9/21200℃時(shí)液態(tài)金屬原子的狀態(tài)金屬鉀的晶胞一定規(guī)律周期性重復(fù)長(zhǎng)程無(wú)序短程有序2023/9/2

金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過(guò)程，實(shí)質(zhì)上就是原子由近程有序狀態(tài)過(guò)渡為長(zhǎng)程有序狀態(tài)的過(guò)程。只有滿足一定的熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)條件，他們才能形成可以穩(wěn)定長(zhǎng)大成為宏觀金屬的晶核。

2023/9/2純金屬液、固兩相自由能隨溫度的變化二、鋼液結(jié)晶的熱力學(xué)條件2023/9/2當(dāng)溫度T=Tm時(shí)，液相和固相的自由能相等，處于平衡共存，所以稱(chēng)Tm為臨界點(diǎn)，也就是理論凝固溫度。當(dāng)T<Tm時(shí)，從液體向固體的轉(zhuǎn)變使吉布斯自由能下降，是自發(fā)過(guò)程，發(fā)生結(jié)晶過(guò)程；反之，當(dāng)T>Tm時(shí)，從固體向液體的轉(zhuǎn)變使吉布斯自由能下降，是自發(fā)過(guò)程，發(fā)生熔化過(guò)程結(jié)晶過(guò)程的熱力學(xué)條件就是溫度在理論熔點(diǎn)以下2023/9/2

在熔點(diǎn)附近凝固時(shí)，熱焓和熵值隨溫度的變化可忽略不計(jì)，則有：2023/9/2三、結(jié)晶的一般過(guò)程

溫度變化規(guī)律：

材料的熔體在熔點(diǎn)以上不斷散熱，溫度不斷下降，到理論結(jié)晶溫度并不是馬上變成固態(tài)的晶體，繼續(xù)降溫而出現(xiàn)過(guò)冷。過(guò)冷到某一程度開(kāi)始結(jié)晶，放出結(jié)晶潛熱，可能會(huì)使其溫度回升。到略低于熔點(diǎn)的溫度時(shí)，放出的熱量和散熱可達(dá)到平衡，這時(shí)處于固定溫度，在冷卻曲線上出現(xiàn)平臺(tái)。結(jié)晶過(guò)程完成，沒(méi)有潛熱的補(bǔ)充，溫度將重新不斷下降，直到室溫。2023/9/2組織的變化：在一定的過(guò)冷度下，在液態(tài)的熔體內(nèi)首先有細(xì)小的晶體生成，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為形核。隨后已形成的晶核不斷的長(zhǎng)大，同時(shí)在未轉(zhuǎn)變的液體中伴隨新的核心的形成。生長(zhǎng)過(guò)程到相鄰的晶體互相接觸，直到液體全部轉(zhuǎn)變完畢。每個(gè)成長(zhǎng)的晶體就是一個(gè)晶粒，它們的接觸分界面就形成晶界。三、結(jié)晶的一般過(guò)程

2023/9/2長(zhǎng)大形核形成多晶體兩個(gè)過(guò)程重疊交織2023/9/2四、結(jié)晶的動(dòng)力學(xué)條件

在一定的過(guò)冷度下，液體中若出現(xiàn)一固態(tài)的晶體，該區(qū)域的能量將發(fā)生變化，一方面一定體積的液體轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w，體積自由能會(huì)下降，另一方面增加了液－固相界面，增加了表面自由能，因此總的吉布斯自由能變化量為：其中ΔGv為單位體積內(nèi)固液吉布斯自由能之差，V為晶體的體積，σ為界面能，A為界面的面積。一個(gè)細(xì)小的晶體出現(xiàn)后，是否能長(zhǎng)大，決定于在晶體的體積增加時(shí)，其自由能是否為下降。

1.能量變化2023/9/2在一定過(guò)冷度下，ΔGV為負(fù)值，而σ恒為正值?？梢?jiàn)晶體總是希望有最大的體積和最小的界面積。設(shè)ΔGV和σ為常數(shù)，最有利的形狀為球。設(shè)球的半徑為r，有：

這里rc稱(chēng)為臨界尺寸，當(dāng)細(xì)小晶體的半徑大于臨界尺寸，晶體長(zhǎng)大時(shí)吉布斯自由能下降，這種可以長(zhǎng)大的小晶體稱(chēng)為晶核。如果它的半徑小于臨界尺寸，晶體長(zhǎng)大時(shí)吉布斯自由能將上升，自發(fā)過(guò)程為不斷減小到消失。

2.臨界大小2023/9/2當(dāng)r=rc時(shí)，形成臨界晶核所需要的能量稱(chēng)為臨界形核功

過(guò)冷度愈大，臨界形核功越小，熔體也越容易形核。穩(wěn)定形核過(guò)程的動(dòng)力學(xué)條件就是：有足夠大小的能量起伏或漲落來(lái)克服臨界形核功。3.臨界形核功2023/9/2二、

非均勻形核依附于某些固體上所發(fā)生的形核叫非均勻形核或異質(zhì)形核。2023/9/2形成穩(wěn)定的晶核時(shí)，總的能量變化為由幾何學(xué)知，晶核（球冠）的體積為晶核的界面積為又有平衡關(guān)系式整理得，得

2023/9/2二、非均勻形核

1.能量變化2.作用效果1)過(guò)冷度均勻形核與非均勻形核的臨界半徑相同，隨著過(guò)冷度的增加臨界半徑減小，形核率將明顯上升。2023/9/2二、非均勻形核

2.作用效果2)基底性質(zhì)

若бLB大于或等于（бLS＋бSB），則θ=0。說(shuō)明不用形核，即可直接以基體為心形核。若（бLB＋бLS）小于或等于бSB，則θ=180。說(shuō)明基底對(duì)形核無(wú)效果，即不能在基底上形核。一般情況下0<θ<180。θ比較小的，成為活性固體，對(duì)形核的促進(jìn)作用較大。бSB愈小，θ愈小，促進(jìn)作用愈大。3)基底形狀凹面更有利形核晶核往往在模壁底裂縫或小孔處先出現(xiàn)。

總之，非均勻晶核有利的降低臨界過(guò)冷度，大大提高形核率。2023/9/2非均質(zhì)形核、均質(zhì)形核

過(guò)冷度與形核率

非均質(zhì)形核與均質(zhì)形核時(shí)臨界曲率半徑大小相同，但球缺的體積比均質(zhì)形核時(shí)體積小得多。所以，液體中晶坯附在適當(dāng)?shù)幕捉缑嫔闲魏耍w積比均質(zhì)臨界核體積小得多時(shí)，便可達(dá)到臨界曲率半徑，因此在較小的過(guò)冷度下就可以得到較高的形核率。2023/9/2三、形核率形核率(N)：?jiǎn)挝粫r(shí)間在單位母體（液體）的體積內(nèi)晶核的形成數(shù)目稱(chēng)為形核率。形核率與臨界形核功，熔體的原子擴(kuò)散有關(guān)此外，形核率直接受到過(guò)冷度的影響，過(guò)冷度越大，形核率也越大2023/9/2過(guò)冷度的影響：過(guò)冷度越大，越容易形核固體雜質(zhì)的影響：潤(rùn)濕角θ是判斷固體雜質(zhì)或界面是否能促進(jìn)晶胚成核及其促進(jìn)程度的關(guān)鍵固體雜質(zhì)表面形貌的影響物理性能的影響：液相宏觀流動(dòng)會(huì)增加形核率，施加電場(chǎng)或磁場(chǎng)也能增加形核率四、非均勻形核的影響因素2023/9/2樹(shù)枝狀晶體形成過(guò)程示意圖

形核數(shù)量N和晶核長(zhǎng)大速率v與過(guò)冷度的關(guān)系2023/9/2

鋼液在連鑄機(jī)中的凝固是一個(gè)熱量釋放和傳遞過(guò)程，也是把液體鋼轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w鋼的加工過(guò)程。在連鑄機(jī)內(nèi)，液體鋼水轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w鋼坯傳輸?shù)臒崃堪?1)鋼水過(guò)熱：由進(jìn)入結(jié)晶器時(shí)鋼水的溫度冷卻到鋼的液相線溫度放出的熱量；2)凝固潛熱：鋼水從液相線溫度冷卻到固相線溫度放出的熱量；3)物理顯熱：凝固的高溫鑄坯冷卻至送出連鑄機(jī)時(shí)所放出的熱量。第二節(jié)連鑄坯凝固傳熱特點(diǎn)2023/9/2

連鑄坯的溫度變化(模擬結(jié)果)

鑄坯凝固冷卻過(guò)程可分為四個(gè)階段：

(1)鋼液在結(jié)晶器中快速冷卻，形成薄的坯殼，由于坯殼薄并具有塑性，在鋼液靜壓力下坯殼產(chǎn)生蠕變，貼靠于結(jié)晶器內(nèi)壁，坯殼與結(jié)晶器壁緊密接觸，此時(shí)冷卻較快，鑄坯表面溫度明顯下降。

(2)隨著凝固殼增厚，鑄坯收縮，坯殼與結(jié)晶器壁間產(chǎn)生氣隙，鑄坯冷卻速度減慢。

(3)坯殼具有足夠的厚度時(shí)，鑄坯從結(jié)晶器中拉出，在二冷區(qū)受到強(qiáng)烈的噴水冷卻，中心逐漸凝固。但鑄坯表面溫度下降快，表面溫度顯著低于中心溫度。

(4)鑄坯在空氣中較緩慢地冷卻，鑄坯中心的熱量傳導(dǎo)給外層使鑄坯外層變熱，表面溫度回升。不過(guò)，隨著時(shí)間推移，整個(gè)鑄坯斷面上溫度逐漸趨于均勻。2023/9/2連鑄中的熱傳遞的研究有兩種主要的方法。

最主要的方法是測(cè)量實(shí)際操作中的冷卻水溫度，結(jié)晶器溫度，鑄坯溫度及其剖面溫度，然后通過(guò)這些數(shù)據(jù)推斷出熱流密度和／或傳熱系數(shù)。

另一種方法是對(duì)某些單體設(shè)備的傳熱進(jìn)行理論分析或?qū)嶒?yàn)室測(cè)量，即研究通過(guò)保護(hù)渣的傳熱或通過(guò)噴嘴的傳熱。2023/9/2板坯(200～245)×(1030～1730)V=lm/min扁坯00×175V=0.6m/min小方坯00x100V=3m/min

方坯l44×144V=0.8m／min

項(xiàng)目kJ／kg

％kJ/kg

％kJ／kg

％kJ／kg

％

鋼液帶入1340100134010013401001340100

結(jié)晶器帶走634.728721.413810.321416

二冷帶走31423.336327.122616.830823

切割前空冷帶走1881416512.327620.613410

切割后空冷帶走7755852539.269952.368451表連鑄熱平衡表第三節(jié)連鑄坯凝固過(guò)程熱平衡2023/9/2彎月面的形成第四節(jié)結(jié)晶器傳熱與凝固

在彎月面根部附近，冷卻速度很快(100℃/s)，初生坯殼很快形成。隨著冷卻不斷進(jìn)行，坯殼逐步加厚。已凝固的坯殼開(kāi)始收縮，企圖離開(kāi)結(jié)晶器的內(nèi)壁，但這時(shí)坯殼尚薄，在鋼水的靜壓力作用下仍緊貼于內(nèi)壁。由于冷卻不斷地進(jìn)行，坯殼進(jìn)一步加厚，剛度增大，到其強(qiáng)度、剛度能承受鋼水靜壓力時(shí)，坯殼開(kāi)始脫離結(jié)晶器內(nèi)壁，銅壁與坯殼之間形成氣隙。2023/9/2

結(jié)晶器上部鋼坯與結(jié)晶器壁之間的保護(hù)渣層及溫度分布

右圖顯示了結(jié)晶器上部鋼坯與結(jié)晶器壁之間的保護(hù)渣層及溫度分布，此處不存在宏觀氣隙。保護(hù)渣的液相溫度大約為1150。C，以液態(tài)與熾熱鑄坯接觸，以固態(tài)與結(jié)晶器接觸。在液相和固相之間可能會(huì)有一個(gè)由晶體熔化的混合物組成的糊狀區(qū)。氣隙里的氣體主要由空氣里的氮?dú)饨M成，因?yàn)榇蟛糠值难鯕舛家呀?jīng)由于鋼坯表面的反應(yīng)而去除了。也可能包含結(jié)晶器下邊水霧里的一些水蒸氣，以及結(jié)晶器上部鋼鐵表面水分解產(chǎn)生的氫氣?？赡苓€包含一些由氣體、鋼液和保護(hù)渣之間反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化碳和一氧化碳。2023/9/2圖方坯和板坯橫向氣隙的形成

最大的熱阻是來(lái)自于坯殼與結(jié)晶器壁之間的氣隙，氣隙熱阻占總熱阻的80%以上，對(duì)結(jié)晶器傳熱起了決定性作用。結(jié)晶器橫斷面氣隙的形成是不均勻的，由于角部是二維傳熱，坯殼凝固最快，最早收縮，氣隙首先形成，傳熱減慢，凝固也減慢。隨著坯殼下移，氣隙從角部擴(kuò)展到中部。由于鋼水靜壓力作用，結(jié)晶器中間部位氣隙比角部小，因此角部坯殼最薄，是產(chǎn)生裂紋和拉漏的敏感部位。2023/9/2

沿結(jié)晶器高度熱流的變化

1—1.3m/min；2—1．1m/min；

3—1m/min；4一O．8m/min2023/9/2影響結(jié)晶器傳熱的因素

澆注速度對(duì)結(jié)晶器平均熱流的影響1一方坯；2一圓坯；3一板坯(弧形)；4板坯(立彎)1)澆注速度2023/9/22）結(jié)晶器冷卻強(qiáng)度設(shè)計(jì)結(jié)晶器時(shí)必須注意以下幾點(diǎn)：a.保證結(jié)晶器水縫中水流速在6～l2m/s；b.水縫尺寸應(yīng)以保證水流速為原則，結(jié)晶器水縫厚度一般為

4～6mm；c.應(yīng)保持結(jié)晶器冷卻水的反壓，澆注過(guò)程中進(jìn)出水溫升應(yīng)小于10℃；d.結(jié)晶器應(yīng)用軟水。2023/9/23）結(jié)晶器設(shè)計(jì)參數(shù)

A結(jié)晶器錐度

結(jié)晶器上口空腔尺寸=冷態(tài)時(shí)鑄坯斷面尺寸(鑄坯公稱(chēng)尺寸)+坯殼收縮量

結(jié)晶器下口尺寸取決于結(jié)晶器內(nèi)坯殼的平均收縮量。

錐度，結(jié)晶器熱流，但摩擦力。因此，在實(shí)際操作時(shí)，所采用結(jié)晶器錐度必須是安全的，避免摩擦力過(guò)大。

2023/9/2B結(jié)晶器銅板厚度

結(jié)晶器銅板厚度對(duì)結(jié)晶器壽命和板坯表面質(zhì)量都有重要影響。采用較厚的銅管壁可以降低其冷面溫度，因而可以在彎月面處的冷面上減少引起脫方的間歇沸騰。同時(shí)壁厚還可以減少負(fù)錐度的形成，因而也可以減少負(fù)滑動(dòng)時(shí)銅管與鑄坯的相互作用，使振痕變淺、抗鼓肚能力強(qiáng)。但也不能過(guò)厚，否則在彎月面處熱面溫度過(guò)高。結(jié)晶器銅板厚度的選用首先受拉速的影響。拉速高，銅板應(yīng)隨之減薄，反之銅板應(yīng)隨之增厚。方坯管式結(jié)晶器銅壁厚度一般為8～20mm。100～150mm2管式結(jié)晶器，銅壁厚為l0～13mm；200mm2管式結(jié)晶器，銅壁厚為l5mm。

2023/9/24)結(jié)晶器材質(zhì)

一般結(jié)晶器熱面使用溫度為200～300℃。特殊情況時(shí)，最高處可達(dá)500℃。這就要求結(jié)晶器材質(zhì)導(dǎo)熱性好，抗熱疲勞，強(qiáng)度高，高溫下膨脹小，不易變形。純銅導(dǎo)熱性好，但彈性極限低，易產(chǎn)生永久變形，所以多采用強(qiáng)度高的銅合金，如Cu—Cr、Cu—Ag合金等。這些合金高溫下抗磨損能力強(qiáng)，使結(jié)晶器壁壽命比純銅高幾倍，其性能比較見(jiàn)下表。

銅合金類(lèi)型

彈性極限／N·cm-2

斷裂強(qiáng)度／N·cm-2

延伸率／%

硬度HB

抗拉強(qiáng)度／N·mm(200℃)再結(jié)晶溫度／℃熱導(dǎo)率／W·(m·K)Cu-P>255225.42090～100255200389Cu-Ag>245>2941790～100245350376Cu-Cr274.4～353392～44118～20110～130300～400475355Cu—Zr-Cr480509.620130400>5003552023/9/2

為提高結(jié)晶器內(nèi)壁耐磨性，通常采用合金鍍層。如果鍍層導(dǎo)熱系數(shù)低和鍍層厚度大，結(jié)晶器熱面溫度將會(huì)提高。所以，鍍層的特性對(duì)渣圈厚度、振痕深度和結(jié)晶器導(dǎo)熱都有影響。實(shí)踐表明，鍍鉻層的耐飛濺性好，耐磨性好，但耐剝離性差。鍍鎳層的耐剝離性好，但導(dǎo)熱性差。應(yīng)用效果較好的是耐磨和耐熱兼?zhèn)涞腘i-Cr、Ni-Fe鍍層或Ni-W-Fe鍍層。前者適用于低拉速(0.6～0.8m／min)，后者適用于高拉速(1.4～2．0m／min)。2023/9/25)熱頂結(jié)晶器

鑄坯表面質(zhì)量很大程度上取決于彎月面處初生坯殼的均勻性，而初生坯殼的均勻性決定于彎月面處的熱流密度和傳熱的均勻性。熱流密度大，初生坯殼增長(zhǎng)太快，會(huì)增加振痕深度，同時(shí)使坯殼提早收縮，增加了坯殼厚度的不均勻性。局部產(chǎn)生凹陷，組織粗化，產(chǎn)生明顯的裂紋敏感性。為此，在結(jié)晶器彎月面區(qū)域鑲嵌低導(dǎo)熱性材料，以減小熱流密度，延緩坯殼收縮。一般在結(jié)晶器熱面彎月面區(qū)域鑲嵌的材料有鎳、C—Cr化物和不銹鋼以及陶瓷材料插件。帶不銹鋼插件的熱頂結(jié)晶器1一鍍鎳層；2一不銹鋼插件；3一銅基板

帶陶瓷插件的熱頂結(jié)晶器1一浸入式水口；2一保護(hù)渣；3一陶瓷結(jié)晶器；4一銅結(jié)晶器；5一坯殼2023/9/26）結(jié)晶器的形狀及類(lèi)型

高速連鑄是當(dāng)今連鑄發(fā)展的方向，為了提高生產(chǎn)率，降低成本，自20世紀(jì)70年代開(kāi)始，冶金工作者不斷探索，對(duì)結(jié)晶器進(jìn)行優(yōu)化，連鑄速度不斷提高，效果良好。A康卡斯特(CONCAST)公司凸形結(jié)晶器

凸形結(jié)晶器中所形成的鑄坯凸表面因冷卻收縮而自然變直，收縮力與鋼水靜壓力間的矛盾因結(jié)晶器形狀的改變而自然消失。凸形結(jié)晶器周邊幾何形狀的改變使坯殼與結(jié)晶器間的氣隙減小，熱導(dǎo)率增加。與普通結(jié)晶器相比，鑄速要提高50％～l00％，拉漏率下降30％，且可高速澆注包晶鋼種(含碳0．08％～0．14％)。

結(jié)晶器內(nèi)腔形狀及凝固殼生長(zhǎng)比較圖

(a)凸面結(jié)晶器；(b)普通結(jié)晶器結(jié)晶器熱流比較a一凸面結(jié)晶器；b-普通結(jié)晶器2023/9/2B達(dá)涅利(DANIELI)公司自適應(yīng)結(jié)晶器

意大利達(dá)涅利公司，開(kāi)發(fā)出一種自適應(yīng)結(jié)晶器，該結(jié)晶器自動(dòng)變形抱緊鑄坯，故能適應(yīng)不同鋼種，使從彎月面到結(jié)晶器下口這段結(jié)晶器壁與坯殼間氣隙最小。2023/9/2C奧鋼聯(lián)高效方坯Diamond結(jié)晶器

又稱(chēng)為凹面結(jié)晶器。其結(jié)晶器銅管長(zhǎng)l000mm，以延長(zhǎng)鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)駐留時(shí)間；在結(jié)晶器整個(gè)長(zhǎng)度上采用較大的有利于減小摩擦力的拋物線形錐度，確保坯殼均勻生長(zhǎng)，結(jié)晶器距頂部300～400mm角部區(qū)域錐度為零。該結(jié)晶器在上段采用較大錐度，從距結(jié)晶器頂部300～400mm處結(jié)晶器角部錐度為零，這既改善了整個(gè)結(jié)晶器長(zhǎng)度上與鑄坯的接觸，又減小了結(jié)晶器的摩擦力，在很大程度上使坯殼均勻生長(zhǎng)。Diamond結(jié)晶器的幾何形狀

2023/9/2D林茨公司移動(dòng)式履帶結(jié)晶器

澆注中，可移動(dòng)式履帶結(jié)晶器與鑄坯一起向下移動(dòng)，二者間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而就沒(méi)有摩擦阻力問(wèn)題。移動(dòng)式履帶結(jié)晶器由兩條履帶組成，長(zhǎng)度一般為2～3.5m，鑄坯與結(jié)晶器之間接觸良好。凝固系數(shù)K可高達(dá)30mm／minl／2，澆注速度比傳統(tǒng)結(jié)晶器提高了3～4倍。其澆出的鑄坯可不必加熱和切斷，直接喂入線、棒材熱軋機(jī)。該結(jié)晶器可采用立式和水平兩種形式。該結(jié)晶器打破了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)觀念，解決了傳統(tǒng)結(jié)晶器所存在的缺陷。澆注中，在長(zhǎng)達(dá)3m的范圍內(nèi)確保結(jié)晶器與鑄坯良好接觸，從而保證坯殼充分生成，可生產(chǎn)出質(zhì)量極高的鑄坯。2023/9/27）結(jié)晶器潤(rùn)滑

結(jié)晶器潤(rùn)滑可以減小拉坯阻力，并可由于潤(rùn)滑劑充滿氣隙而改善傳熱。

敞開(kāi)澆注時(shí)用油(小方坯常用菜子油)作潤(rùn)滑劑，油在高溫下裂化分解為碳?xì)浠衔?，它充滿氣隙對(duì)傳熱有利。

用保護(hù)渣進(jìn)行潤(rùn)滑時(shí)，保護(hù)渣在結(jié)晶器鋼液面上形成液渣層，由于結(jié)晶器振動(dòng)，液渣從彎月面滲漏到坯殼與銅壁之間氣隙處，形成均勻渣膜，起潤(rùn)滑作用。同時(shí)，據(jù)實(shí)測(cè)，渣膜導(dǎo)熱系數(shù)約為銅的l／325，而比氣隙中空氣大13倍，從而明顯改善結(jié)晶器的傳熱，使坯殼均勻生長(zhǎng)，形成足夠厚的坯殼，防止熱裂紋的產(chǎn)生。一般油潤(rùn)滑的平均熱流值超過(guò)保護(hù)渣潤(rùn)滑的平均熱流值。而保護(hù)渣特性不同，平均熱流值也不同。保護(hù)渣對(duì)結(jié)晶器熱流影響主要決定于渣膜厚度，而渣膜厚度是保護(hù)渣黏度加和拉速的函數(shù)。2023/9/2

當(dāng)拉速一定時(shí)，保護(hù)渣膜厚度主要取決于渣的黏度，黏度太高，渣流動(dòng)性不好，形成薄厚不均且不連續(xù)的渣膜；黏度太低，渣膜厚度較薄。雖然這兩種情況會(huì)得到較高的結(jié)晶器熱流，但熱流不穩(wěn)定，這就意味著坯殼厚度不均勻。熱流和潤(rùn)滑有一個(gè)合適的黏度值，以便得到均勻的渣膜。結(jié)晶器熱流穩(wěn)定，就意味著坯殼均勻生長(zhǎng)。合適的熔渣黏度，要受到鋼種、拉速的影響。經(jīng)驗(yàn)指出，拉速提高，黏度應(yīng)降低。一般情況下，溫度l300*C時(shí)較合適的黏度值是0.2～0.6Pa·S，渣膜厚度為0.15～0.3mm，渣消耗量為0.3kg／m2左右。

因此，為改善結(jié)晶器潤(rùn)滑和傳熱，保護(hù)渣應(yīng)滿足如下要求：控制熔化速率使鋼液面上有充分的液渣供應(yīng)，液渣層應(yīng)保持一定厚度(如10mm)和均勻性；渣子熔點(diǎn)應(yīng)低于結(jié)晶器出口處坯殼表面溫度；應(yīng)根據(jù)拉速選擇合適的渣子黏度。

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8)鋼水過(guò)熱度

結(jié)晶器熱流與鋼水過(guò)熱度幾乎無(wú)關(guān)。過(guò)熱度對(duì)銅板溫度影響很小。但過(guò)熱度增加，注流使初生坯殼沖擊點(diǎn)處減薄，增加了坯殼厚度的不均勻性；且出結(jié)晶器坯殼溫度有所增加，降低了高溫坯殼強(qiáng)度，增加了斷裂的概率。過(guò)熱度對(duì)鑄坯低倍結(jié)構(gòu)有重要影響。低過(guò)熱度澆注鑄坯中心等軸晶區(qū)寬。過(guò)熱度高，推遲了鋼水在鑄坯中的局部凝固進(jìn)程，出結(jié)晶器坯殼局部較薄，增加了拉漏的危險(xiǎn)性。2023/9/2

一、二冷區(qū)的冷卻特點(diǎn)

l)冷卻效率要高，以加速熱量的傳遞；2)噴水量合適，使鑄坯表面溫度分布均勻；3)鑄坯在矯直前盡可能完全凝固；4)矯直時(shí)鑄坯表面溫度應(yīng)大于900。C；5)有良好的鑄坯表面和內(nèi)部質(zhì)量。第五節(jié)二冷區(qū)的傳熱與凝固

2023/9/2二

、二冷區(qū)的傳熱根據(jù)鑄坯凝固熱平衡的測(cè)定計(jì)算，設(shè)鋼水總熱量為l00％，連鑄機(jī)內(nèi)各區(qū)散熱的比例為：結(jié)晶器l6％～20％；二次冷卻區(qū)23％～28％；輻射區(qū)50％～60％。

二冷區(qū)鑄坯表面熱量傳遞方式根據(jù)連鑄機(jī)的類(lèi)型和操作條件不同可能有很大的區(qū)別，一般包括以下方式：1)純輻射25％；2)噴霧水滴蒸發(fā)33％；3)噴淋水加熱25％；4)輥?zhàn)优c鑄坯的接觸傳導(dǎo)17％；對(duì)小方坯二冷區(qū)主要是l)和2)兩種傳熱方式，而對(duì)板坯和大方坯則有上述四種傳熱方式。2023/9/2三、影響二冷區(qū)傳熱的因素

1)鑄坯表面溫度

實(shí)際二冷區(qū)鑄坯表面溫度在1000～1200℃，此區(qū)間內(nèi)導(dǎo)出的熱流幾乎與鑄坯表面溫度無(wú)關(guān)，甚至呈下降趨勢(shì)，這是因?yàn)楦邷罔T坯表面形成穩(wěn)定蒸氣膜阻止水滴與鑄坯接觸。因此，應(yīng)改善噴霧水滴狀況來(lái)提高傳熱效率。

表面溫度與熱流關(guān)系2023/9/2

2）水流密度

水流密度是指鑄坯在單位時(shí)間、單位面積上所接受的冷卻水量。試驗(yàn)表明，水流密度增加，傳熱系數(shù)增大，從鑄坯表面帶走的熱量也增多。傳熱系數(shù)h與水流密度W的關(guān)系可由經(jīng)驗(yàn)公式表示：3）水滴速度

水滴速度取決于噴水壓力、噴嘴孔徑和水的清潔度。水滴速度增加，穿透蒸汽膜而到達(dá)鑄勻表面的水滴數(shù)增加，從而提高了傳熱效率。水滴速度為6m／s、8m／s、10m／s時(shí)，冷卻效率分別為12％、l7％、23％。4）水滴直徑

水滴直徑大小是霧化程度的標(biāo)志，水滴尺寸越小，單位體積內(nèi)水滴個(gè)數(shù)就越多，霧化越好，這有利于均勻地冷卻鑄坯，提高傳熱效率。水滴的平均直徑：采用壓力水噴嘴，200～600um；氣一水噴嘴，20～60um。水滴越細(xì)，傳熱系數(shù)越高。2023/9/2

5）噴嘴使用狀態(tài)噴嘴堵塞、噴嘴安裝位置、噴嘴新舊程度等對(duì)鑄坯傳熱也有重要影響，因此要注意二冷水質(zhì)處理和定期檢修。

6）鑄坯表面狀態(tài)表面有氧化鐵的傳熱系數(shù)比無(wú)氧化鐵要低13％。使用氣-水噴嘴，由于吹入的空氣使鐵鱗容易剝落，提高了冷卻效率。2023/9/2第六節(jié)連鑄坯凝固組織結(jié)構(gòu)及控制

一.連鑄坯的凝固結(jié)構(gòu)

鑄坯凝固分以下三個(gè)階段：

(1)結(jié)晶器內(nèi)形成初生坯殼。鋼水澆入水冷結(jié)晶器，在彎月面冷卻速度很快(100℃／s)，在器壁附近形成一定厚度的初生坯殼。隨著溫度下降，高溫坯殼發(fā)生8一r相變，坯殼處于收縮和鼓肚的動(dòng)平衡狀態(tài)，到結(jié)晶器下部形成穩(wěn)定氣隙，傳熱減慢，坯殼生長(zhǎng)速度減慢。在結(jié)晶器出口，坯殼應(yīng)具有一定抵抗鋼液靜壓力的厚度和抗摩擦力的強(qiáng)度。

(2)二冷區(qū)坯殼穩(wěn)定生長(zhǎng)。垂直于鑄坯