(一)連鑄基礎(chǔ)理論

連鑄連軋新技術(shù)主講：崔春娟9/26/2023英文名稱：NewTechnologyofContinuousCastingandDirectRolling課程編號：041066課程類型：學(xué)位選修課學(xué)時(shí)：40學(xué)分：2適應(yīng)對象：材料加工工程專業(yè)，冶金工程專業(yè)碩士研究生先修課程：?材料科學(xué)根底?、?金屬塑性加工原理?課程概況9/26/2023參考書：?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20029/26/2023課程性質(zhì)和任務(wù)本課程是材料加工工程專業(yè)和冶金工程專業(yè)碩士研究生的學(xué)位選修課，主要介紹連鑄連軋技術(shù)的開展概況、根本知識、工藝根底與關(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)和開發(fā)新加工工藝指明方向，進(jìn)一步推動我國連鑄連軋工藝的開展9/26/2023主要內(nèi)容連鑄機(jī)設(shè)備連鑄根底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9/26/2023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，安排局部研究生自學(xué)、講座、討論，教師點(diǎn)評為使課程教學(xué)更生動，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和平時(shí)成績相結(jié)合的方式進(jìn)行。平時(shí)成績按15%計(jì)入總成績9/26/2023連鑄連軋新技術(shù)第一講連鑄根底理論9/26/2023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9/26/2023第一節(jié)鋼液凝固結(jié)晶理論9/26/2023凝固結(jié)晶一切物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程。一切物質(zhì)從原子不規(guī)那么排列的液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樵右?guī)那么排列的晶體狀態(tài)的過程。結(jié)晶是凝固的一個(gè)分支

一、凝固與結(jié)晶9/26/20231200℃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)長程無序短程有序9/26/2023金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程，實(shí)質(zhì)上就是原子由近程有序狀態(tài)過渡為長程有序狀態(tài)的過程。只有滿足一定的熱力學(xué)與動力學(xué)條件，他們才能形成可以穩(wěn)定長大成為宏觀金屬的晶核。

9/26/2023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9/26/2023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)過程，發(fā)生結(jié)晶過程；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)過程，發(fā)生熔化過程結(jié)晶過程的熱力學(xué)條件就是溫度在理論熔點(diǎn)以下9/26/2023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)，那么有：9/26/2023三、結(jié)晶的一般過程

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)過冷。過冷到某一程度開始結(jié)晶，放出結(jié)晶潛熱，可能會使其溫度上升。到略低于熔點(diǎn)的溫度時(shí)，放出的熱量和散熱可到達(dá)平衡，這時(shí)處于固定溫度，在冷卻曲線上出現(xiàn)平臺。結(jié)晶過程完成，沒有潛熱的補(bǔ)充，溫度將重新不斷下降，直到室溫。9/26/2023組織的變化：在一定的過冷度下，在液態(tài)的熔體內(nèi)首先有細(xì)小的晶體生成，這個(gè)過程稱為形核。隨后已形成的晶核不斷的長大，同時(shí)在未轉(zhuǎn)變的液體中伴隨新的核心的形成。生長過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)晶的一般過程

9/26/2023長大形核形成多晶體兩個(gè)過程重疊交織9/26/2023四、結(jié)晶的動力學(xué)條件在一定的過冷度下，液體中假設(shè)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，體積自由能會下降，另一方面增加了液－固相界面，增加了外表自由能，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9/26/2023在一定過冷度下，ΔGV為負(fù)值，而σ恒為正值。可見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稱為臨界尺寸，當(dāng)細(xì)小晶體的半徑大于臨界尺寸，晶體長大時(shí)吉布斯自由能下降，這種可以長大的小晶體稱為晶核。如果它的半徑小于臨界尺寸，晶體長大時(shí)吉布斯自由能將上升，自發(fā)過程為不斷減小到消失。

2.臨界大小9/26/2023當(dāng)r=rc時(shí)，形成臨界晶核所需要的能量稱為臨界形核功

過冷度愈大，臨界形核功越小，熔體也越容易形核。穩(wěn)定形核過程的動力學(xué)條件就是：有足夠大小的能量起伏或漲落來克服臨界形核功。3.臨界形核功9/26/2023二、

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。9/26/2023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

9/26/2023二、非均勻形核

1.能量變化2.作用效果1)過冷度均勻形核與非均勻形核的臨界半徑相同，隨著過冷度的增加臨界半徑減小，形核率將明顯上升。9/26/2023二、非均勻形核

2.作用效果2)基底性質(zhì)假設(shè)бLB大于或等于〔бLS＋бSB〕，那么θ=0。說明不用形核，即可直接以基體為心形核。假設(shè)〔бLB＋бLS〕小于或等于бSB，那么θ=180。說明基底對形核無效果，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冷度，大大提高形核率。9/26/2023非均質(zhì)形核、均質(zhì)形核

過冷度與形核率

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?，體積比均質(zhì)臨界核體積小得多時(shí)，便可到達(dá)臨界曲率半徑，因此在較小的過冷度下就可以得到較高的形核率。9/26/2023三、形核率形核率(N)：單位時(shí)間在單位母體〔液體〕的體積內(nèi)晶核的形成數(shù)目稱為形核率。形核率與臨界形核功，熔體的原子擴(kuò)散有關(guān)此外，形核率直接受到過冷度的影響，過冷度越大，形核率也越大9/26/2023過冷度的影響：過冷度越大，越容易形核固體雜質(zhì)的影響：潤濕角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)外表形貌的影響物理性能的影響：液相宏觀流動會增加形核率，施加電場或磁場也能增加形核率四、非均勻形核的影響因素9/26/2023樹枝狀晶體形成過程示意圖形核數(shù)量N和晶核長大速率v與過冷度的關(guān)系9/26/2023

鋼液在連鑄機(jī)中的凝固是一個(gè)熱量釋放和傳遞過程，也是把液體鋼轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w鋼的加工過程。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)9/26/2023連鑄坯的溫度變化(模擬結(jié)果)鑄坯凝固冷卻過程可分為四個(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，鑄坯外表溫度明顯下降。(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。但鑄坯外表溫度下降快，外表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，外表溫度上升。不過，隨著時(shí)間推移，整個(gè)鑄坯斷面上溫度逐漸趨于均勻。9/26/2023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)。

另一種方法是對某些單體設(shè)備的傳熱進(jìn)行理論分析或?qū)嶒?yàn)室測量，即研究通過保護(hù)渣的傳熱或通過噴嘴的傳熱。9/26/2023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)連鑄坯凝固過程熱平衡9/26/2023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。已凝固的坯殼開始收縮，企圖離開結(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)，坯殼開始脫離結(jié)晶器內(nèi)壁，銅壁與坯殼之間形成氣隙。9/26/2023

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)榇缶植康难鯕舛家呀?jīng)由于鋼坯外表的反響而去除了。也可能包含結(jié)晶器下邊水霧里的一些水蒸氣，以及結(jié)晶器上部鋼鐵外表水分解產(chǎn)生的氫氣?？赡苓€包含一些由氣體、鋼液和保護(hù)渣之間反響產(chǎn)生的二氧化碳和一氧化碳。9/26/2023圖方坯和板坯橫向氣隙的形成

最大的熱阻是來自于坯殼與結(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。9/26/2023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/min9/26/2023影響結(jié)晶器傳熱的因素澆注速度對結(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9/26/20232〕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)以保證水流速為原那么，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，澆注過程中進(jìn)出水溫升應(yīng)小于10℃；d.結(jié)晶器應(yīng)用軟水。9/26/20233〕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)晶器錐度必須是平安的，防止摩擦力過大。

9/26/2023B結(jié)晶器銅板厚度結(jié)晶器銅板厚度對結(jié)晶器壽命和板坯外表質(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)。但也不能過厚，否那么在彎月面處熱面溫度過高。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。

9/26/20234)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，其性能比較見下表。銅合金類型彈性極限／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>5003559/26/2023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)晶器熱面溫度將會提高。所以，鍍層的特性對渣圈厚度、振痕深度和結(jié)晶器導(dǎo)熱都有影響。實(shí)踐說明，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)。9/26/20235)熱頂結(jié)晶器鑄坯外表質(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，初生坯殼增長太快，會增加振痕深度，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9/26/20236〕結(jié)晶器的形狀及類型高速連鑄是當(dāng)今連鑄開展的方向，為了提高生產(chǎn)率，降低本錢，自20世紀(jì)70年代開始，冶金工作者不斷探索，對結(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外表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9/26/2023B達(dá)涅利(DANIELI)公司自適應(yīng)結(jié)晶器

意大利達(dá)涅利公司，開發(fā)出一種自適應(yīng)結(jié)晶器，該結(jié)晶器自動變形抱緊鑄坯，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。9/26/2023C奧鋼聯(lián)高效方坯Diamond結(jié)晶器

又稱為凹面結(jié)晶器。其結(jié)晶器銅管長l000mm，以延長鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)駐留時(shí)間；在結(jié)晶器整個(gè)長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，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。Diamond結(jié)晶器的幾何形狀

9/26/2023D林茨公司移動式履帶結(jié)晶器

澆注中，可移動式履帶結(jié)晶器與鑄坯一起向下移動，二者間沒有相對運(yùn)動，因而就沒有摩擦阻力問題。移動式履帶結(jié)晶器由兩條履帶組成，長度一般為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。9/26/20237〕結(jié)晶器潤滑

結(jié)晶器潤滑可以減小拉坯阻力，并可由于潤滑劑充滿氣隙而改善傳熱。敞開澆注時(shí)用油(小方坯常用菜子油)作潤滑劑，油在高溫下裂化分解為碳?xì)浠衔?，它充滿氣隙對傳熱有利。用保護(hù)渣進(jìn)行潤滑時(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，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，起潤滑作用。同時(shí)，據(jù)實(shí)測，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，形成足夠厚的坯殼，防止熱裂紋的產(chǎn)生。一般油潤滑的平均熱流值超過保護(hù)渣潤滑的平均熱流值。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)。9/26/2023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。熱流和潤滑有一個(gè)適宜的黏度值，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。適宜的熔渣黏度，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)較適宜的黏度值是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給，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)晶器出口處坯殼外表溫度；應(yīng)根據(jù)拉速選擇適宜的渣子黏度。9/26/2023

8)鋼水過熱度

結(jié)晶器熱流與鋼水過熱度幾乎無關(guān)。過熱度對銅板溫度影響很小。但過熱度增加，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。過熱度對鑄坯低倍結(jié)構(gòu)有重要影響。低過熱度澆注鑄坯中心等軸晶區(qū)寬。過熱度高，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。9/26/2023一、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)噴水量適宜，使鑄坯外表溫度分布均勻；3)鑄坯在矯直前盡可能完全凝固；4)矯直時(shí)鑄坯外表溫度應(yīng)大于900。C；5)有良好的鑄坯外表和內(nèi)部質(zhì)量。第五節(jié)二冷區(qū)的傳熱與凝固

9/26/2023二、二冷區(qū)的傳熱根據(jù)鑄坯凝固熱平衡的測定計(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)鑄坯外表熱量傳遞方式根據(jù)連鑄機(jī)的類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％；對小方坯二冷區(qū)主要是l)和2)兩種傳熱方式，而對板坯和大方坯那么有上述四種傳熱方式。9/26/2023三、影響二冷區(qū)傳熱的因素1)鑄坯外表溫度實(shí)際二冷區(qū)鑄坯外表溫度在1000～1200℃，此區(qū)間內(nèi)導(dǎo)出的熱流幾乎與鑄坯外表溫度無關(guān)，甚至呈下降趨勢，這是因?yàn)楦邷罔T坯外表形成穩(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提高傳熱效率。外表溫度與熱流關(guān)系9/26/20232〕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)說明，水流密度增加，傳熱系數(shù)增大，從鑄坯外表帶走的熱量也增多。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)鑄勻外表的水滴數(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。9/26/20235〕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〕鑄坯外表狀態(tài)外表有氧化鐵的傳熱系數(shù)比無氧化鐵要低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。9/26/2023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。垂直于鑄坯外表方向散