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文檔簡介

2023/9/2連鑄連軋新技術(shù)主講:崔春娟2023/9/2英文名稱:NewTechnologyofContinuousCastingandDirectRolling課程編號:041066課程類型:學(xué)位選修課學(xué)時: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)基礎(chǔ)》、《金屬塑性加工原理》課程概況2023/9/2

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)的發(fā)展概況、基本知識、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)容通過學(xué)習(xí)可以正確運用連鑄連軋的相關(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,為改進和開發(fā)新加工工藝指明方向,進一步推動我國連鑄連軋工藝的發(fā)展2023/9/2主要內(nèi)容

連鑄機設(shè)備

連鑄基礎(chǔ)理論

連鑄工藝與操作

保護澆注

連鑄坯質(zhì)量

連鑄工藝實踐與新技術(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,增加實例的分析與討論采用考試成績和平時成績相結(jié)合的方式進行。平時成績按15%計入總成績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)的過程。結(jié)晶是凝固的一個分支

一、凝固與結(jié)晶2023/9/21200℃時液態(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2023/9/2

金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程,實質(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。

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,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,也就是理論凝固溫度。當(dāng)T<Tm時,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,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以下2023/9/2

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

溫度變化規(guī)律:

材料的熔體在熔點以上不斷散熱,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,可能會使其溫度回升。到略低于熔點的溫度時,放出的熱量和散熱可達到平衡,這時處于固定溫度,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:在一定的過冷度下,在液態(tài)的熔體內(nèi)首先有細小的晶體生成,這個過程稱為形核。隨后已形成的晶核不斷的長大,同時在未轉(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。每個成長的晶體就是一個晶粒,它們的接觸分界面就形成晶界。三、結(jié)晶的一般過程

2023/9/2長大形核形成多晶體兩個過程重疊交織2023/9/2四、結(jié)晶的動力學(xué)條件

在一定的過冷度下,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。一個細小的晶體出現(xiàn)后,是否能長大,決定于在晶體的體積增加時,其自由能是否為下降。

1.能量變化2023/9/2在一定過冷度下,ΔGV為負值,而σ恒為正值??梢娋w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)細小晶體的半徑大于臨界尺寸,晶體長大時吉布斯自由能下降,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2023/9/2當(dāng)r=rc時,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,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。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,對形核的促進作用較大。бSB愈小,θ愈小,促進作用愈大。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。2023/9/2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)形核時臨界曲率半徑大小相同,但球缺的體積比均質(zhì)形核時體積小得多。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,便可達到臨界曲率半徑,因此在較小的過冷度下就可以得到較高的形核率。2023/9/2三、形核率形核率(N):單位時間在單位母體(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2023/9/2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)或界面是否能促進晶胚成核及其促進程度的關(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2023/9/2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2023/9/2

鋼液在連鑄機中的凝固是一個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:由進入結(jié)晶器時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時所放出的熱量。第二節(jié)連鑄坯凝固傳熱特點2023/9/2

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,鑄坯從結(jié)晶器中拉出,在二冷區(qū)受到強烈的噴水冷卻,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,隨著時間推移,整個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。

最主要的方法是測量實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)備的傳熱進行理論分析或?qū)嶒炇覝y量,即研究通過保護渣的傳熱或通過噴嘴的傳熱。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。由于冷卻不斷地進行,坯殼進一步加厚,剛度增大,到其強度、剛度能承受鋼水靜壓力時,坯殼開始脫離結(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)晶器壁之間的保護渣層及溫度分布,此處不存在宏觀氣隙。保護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氣組成,因為大部分的氧氣都已經(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。可能還包含一些由氣體、鋼液和保護渣之間反應(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)晶器冷卻強度設(shè)計結(jié)晶器時必須注意以下幾點: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,澆注過程中進出水溫升應(yīng)小于10℃;d.結(jié)晶器應(yīng)用軟水。2023/9/23)結(jié)晶器設(shè)計參數(shù)

A結(jié)晶器錐度

結(jié)晶器上口空腔尺寸=冷態(tài)時鑄坯斷面尺寸(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,在實際操作時,所采用結(jié)晶器錐度必須是安全的,避免摩擦力過大。

2023/9/2B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。同時壁厚還可以減少負錐度的形成,因而也可以減少負滑動時銅管與鑄坯的相互作用,使振痕變淺、抗鼓肚能力強。但也不能過厚,否則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。

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,最高處可達500℃。這就要求結(jié)晶器材質(zhì)導(dǎo)熱性好,抗熱疲勞,強度高,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,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

斷裂強度/N·cm-2

延伸率/%

硬度HB

抗拉強度/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,初生坯殼增長太快,會增加振痕深度,同時使坯殼提早收縮,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年代開始,冶金工作者不斷探索,對結(jié)晶器進行優(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達涅利(DANIELI)公司自適應(yīng)結(jié)晶器

意大利達涅利公司,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。2023/9/2C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)駐留時間;在結(jié)晶器整個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

2023/9/2D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。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)計觀念,解決了傳統(tǒng)結(jié)晶器所存在的缺陷。澆注中,在長達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氫化合物,它充滿氣隙對傳熱有利。

用保護渣進行潤滑時,保護渣在結(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,據(jù)實測,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渣潤滑的平均熱流值。而保護渣特性不同,平均熱流值也不同。保護渣對結(jié)晶器熱流影響主要決定于渣膜厚度,而渣膜厚度是保護渣黏度加和拉速的函數(shù)。2023/9/2

當(dāng)拉速一定時,保護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。合適的熔渣黏度,要受到鋼種、拉速的影響。經(jīng)驗指出,拉速提高,黏度應(yīng)降低。一般情況下,溫度l300*C時較合適的黏度值是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)晶器潤滑和傳熱,保護渣應(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。

2023/9/2

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程,出結(jié)晶器坯殼局部較薄,增加了拉漏的危險性。2023/9/2

一、二冷區(qū)的冷卻特點

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定計算,設(shè)鋼水總熱量為l00%,連鑄機內(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)輥子與鑄坯的接觸傳導(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關(guān),甚至呈下降趨勢,這是因為高溫鑄坯表面形成穩(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間、單位面積上所接受的冷卻水量。試驗表明,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,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,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度。

(2)二冷區(qū)坯殼穩(wěn)定生長。垂直于鑄坯

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