【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 時(shí)，熱流基本不變，坯殼表面趨于平滑、坯殼厚度均勻。通常認(rèn)為，這是因?yàn)?[c]＝ 0． 1％左右時(shí)，開(kāi)始發(fā)生包晶反應(yīng)，坯殼經(jīng)歷了 бy的相變并伴 隨有最大的線收縮 (O． 38％ )。由于收縮使坯殼向里彎曲，造成 坯殼表面與結(jié)晶器壁間出現(xiàn)縫隙，而引起熱流減少繼而使坯殼 的生長(zhǎng)減緩，使坯殼厚度生長(zhǎng)不均勻。 [c]＞ 0． 15％時(shí)，更多 的液體直接轉(zhuǎn)變?yōu)?Y相，由包晶反應(yīng)產(chǎn)生的線收縮就不太顯著 了，收縮減輕．氣隙減?。畟鳠峋鶆?，坯殼就變得平滑了 。 影響結(jié)晶器傳熱的因素 5 二冷區(qū)的傳熱與凝固 二冷與鑄坯質(zhì)量 （ 1）冷印不均勻，導(dǎo)致坯殼溫度回升，鑄坯易產(chǎn)生中間裂紋 或皮下裂紋。 (2) 鑄坯矯直時(shí)表面溫度過(guò)低 (如小于 900℃ )，易產(chǎn)生表 而橫裂紋。 （ 3)冷卻強(qiáng)度不夠，鑄坯帶液心矯直易產(chǎn)生矯直裂紋 。 (4)二冷區(qū)鑄坯表面溫度過(guò)高，板坯易產(chǎn)生鼓肚變形而使中 心偏析加重。 (5)二冷強(qiáng)度過(guò)大，促使柱狀品發(fā)達(dá)易形成穿晶結(jié)構(gòu)．使中 心硫松和偏析加劇。 因此，對(duì)二冷區(qū)的冷卻要求是： ① 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)鑄壞表面溫度應(yīng)大干 900℃ 。 ⑤ 有良好的鑄坯內(nèi)部質(zhì)量。 二冷區(qū)傳熱 根據(jù)鑄坯凝固熱平衡的測(cè)定汁算，設(shè)鋼水總熱量為 100％， 連鑄機(jī)內(nèi)各區(qū)散熱的比例為：結(jié)晶器 16%一 20％；二次冷卻區(qū) 23％一 28％；輻射區(qū) 50％ 60％?？梢?jiàn)，結(jié)晶器帶走的熱量?jī)H 占鋼水完全凝固熱量的 20％左右，所以帶液心的坯先進(jìn)入二次 冷卻裝置接受噴水冷卻，鑄坯才能完全凝固。 連鑄坯凝固與模鑄鋼錠的不同點(diǎn)是：噴水冷卻可讓凝固速度 提高20％。但并不是隨著冷卻速度增加，傳熱量成比例增加。 因?yàn)殇摰膶?dǎo)熱系數(shù)是一定的，由鑄坯液心向外的傳熱速度是隨坯 殼厚度增加而減慢的。因此，要盡可能改善噴霧水滴與鑄坯表面 的熱交換，以提高二次冷卻效率。 二冷區(qū)鑄坯表面熱量傳遞方式根據(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％。 5 二冷區(qū)的傳熱與凝固 影響二冷冷卻效果主要有以下幾點(diǎn)因素： ⑴ 水滴速度 ⑵ 鑄坯表面溫度 ⑶ 水流密度 ⑷ 水滴直徑 ⑸ 噴嘴使用狀態(tài) ⑹ 鑄坯表面狀態(tài) 表面溫度與熱流的關(guān)系 5 二冷區(qū)的傳熱與凝固 連鑄坯凝固是一個(gè)傳熱過(guò)程在連鑄機(jī)內(nèi)，液體鋼水轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的半成品鋼坯時(shí)放出的熱量包括以下 3項(xiàng)。 (1)鋼水過(guò)熱； 指鋼水進(jìn)入結(jié)晶器時(shí)的溫度與鋼的液相線溫度之差。前者也叫澆鑄溫度，一般把開(kāi)始澆注 10min左右經(jīng)均勻混合后在中間包測(cè)得的溫度當(dāng)作澆鑄溫度。 (2)凝固潛熱： 指鋼水由液相線溫度冷卻到固相線溫度，即完成從液相到固相轉(zhuǎn)變的凝固過(guò)程中放出的熱量。 (3)物理顯熱： 指從固相線溫度冷卻到出鑄機(jī)時(shí)，降至室溫時(shí)放出的熱量。 連鑄坯凝固傳熱的特點(diǎn) 上述熱量的放出是通過(guò)輻射、傳導(dǎo)和對(duì)流三種方式進(jìn)行的。鋼水在連鑄機(jī)個(gè)凝固傳熱是在三個(gè)冷卻區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)的，即結(jié)晶器 (一次冷卻 )、包括輥?zhàn)永鋮s系統(tǒng)的噴水冷卻區(qū) (二次冷卻 )和向周圍環(huán)境輻射傳熱 (三次冷卻 )三個(gè)區(qū)域 連鑄坯凝固過(guò)程的熱平衡 從熱平街來(lái)看，鋼水經(jīng)過(guò)結(jié)晶器 二冷區(qū) 輻射區(qū)大約有 50％的熱量放出來(lái)鑄坯才能完全凝固。這部分熱量的放出速度決定了鑄機(jī)生產(chǎn)率和鑄壞質(zhì)量。鑄坯切割后大約還有 50％的熱量放出來(lái)，為了利用這部分熱量，節(jié)約能源．我們成功地開(kāi)發(fā)了連鑄坯熱裝、連 鑄坯直接軋制工藝。 鑄機(jī)范圍內(nèi) (鑄坯切割前 )主要依靠結(jié)晶器和二次冷卻系統(tǒng)散熱，其中：二冷區(qū)散出熱量最多。 通過(guò)結(jié)晶器在 1分鐘內(nèi)要散出的熱量、最高時(shí)可占總需要散熱量的 20％左右。保證結(jié)晶器有足夠的冷卻能力十分重要，它對(duì)初期坯殼的形成具有決定性影響。增加結(jié)晶器水流量、降低進(jìn)水溫度、增加冷卻水進(jìn)出溫差可增加結(jié)晶器冷卻能力．但這也受到一定限制‘，水縫面積一定時(shí)，很大的流量需提高流速來(lái)實(shí)現(xiàn)．而流速過(guò)高對(duì)水壓和結(jié)晶器結(jié)構(gòu)要求嚴(yán)格，且水速超過(guò) —定極限時(shí)．對(duì)傳熱影響也較?。埠懿唤?jīng)濟(jì)‘故雖然結(jié)晶器冷卻能力很重要，但只能達(dá)到一定的冷卻程度 c。 二冷帶走的熱過(guò)約占總熱量的 16％ — 27％ *其絕大部分是二冷水所吸收 。二冷水調(diào)節(jié)方面，它的冷卻能力可以在較大范圍內(nèi)變化，壞殼在結(jié)晶器內(nèi)形成以后，控制二冷強(qiáng)度是使整個(gè)鑄坯完全凝固的關(guān)鍵。 連鑄坯的凝固過(guò)程： 連鑄坯在連鑄機(jī)內(nèi)邊運(yùn)行邊凝固，形成很大的液相穴。鑄坯凝固分以下三個(gè)階段： 。 。 。 連鑄坯的凝固結(jié)構(gòu)： 一般情況下，連鑄坯從邊緣到中心也是由激冷層（細(xì)小等軸晶區(qū)），柱狀晶區(qū)和中心粗大等軸晶區(qū)構(gòu)成。 當(dāng)高溫的鋼水進(jìn)入結(jié)晶器后，結(jié)晶首先從銅壁開(kāi)始。由于溫度較低的銅壁有著強(qiáng)烈的吸熱和散熱功能，使靠近銅壁的一薄層鋼液產(chǎn)生極大的過(guò)冷，加上銅壁可作為非均質(zhì)形核的基底，因此在這層鋼液中立即產(chǎn)生大量的晶核，并同時(shí)向各個(gè)方向生長(zhǎng)。由于晶核數(shù)目很多，故鄰近的晶粒很快彼此相遇，不能繼續(xù)生長(zhǎng)，這樣便在靠近銅壁處形成很細(xì)的薄層等軸晶粒區(qū)。 細(xì)晶區(qū)的晶粒十分細(xì)小，組織致密，機(jī)械性能很好。但由于細(xì)晶區(qū)的厚度一般都很薄，有的只有幾個(gè)毫米厚，因此沒(méi)有多大的實(shí)際意義。 在表層細(xì)晶區(qū)形成的同時(shí)，一方面由于金屬凝固后的收縮，使細(xì)晶區(qū)和銅壁脫離形成氣隙，使液態(tài)金屬冷卻減慢，溫度梯度變行平緩，這時(shí)開(kāi)始形成柱狀晶區(qū)。這是因?yàn)椋?① 在結(jié)晶前沿液體中有適當(dāng)?shù)倪^(guò)冷度，這一過(guò)冷度很小，使 之不能生成新的晶核，但它有利于靠近液相的某些晶粒長(zhǎng)大。 ② 垂直于銅壁方向的散熱最快，因而晶體沿其相反方向形成柱狀晶。 柱狀晶的組織比較致密，但柱狀晶區(qū)的性能具有方向性，當(dāng)不同方向生長(zhǎng)的兩組柱狀晶相遇時(shí)會(huì)形成柱狀晶界。柱狀晶界是雜質(zhì)、氣體、縮孔較富集的地區(qū)，當(dāng)軋制時(shí)容易沿這些弱面形成裂紋。因此，我們應(yīng)對(duì)柱狀晶區(qū)進(jìn)行嚴(yán)格控制，避免形成發(fā)達(dá)的柱狀晶區(qū)。 隨著柱狀晶的發(fā)展，經(jīng)過(guò)散熱，鑄坯中心部分的液態(tài)金屬的溫度全部降至熔點(diǎn)以下，再加上液態(tài)金屬中雜質(zhì)等因素的作用，滿足了形核時(shí)對(duì)過(guò)冷度的要求，于是在整個(gè)剩余液體中同進(jìn)形核。由于此時(shí)的散熱已失去了方向性，晶核在液體中可以自由生長(zhǎng)，在各個(gè)方向上的長(zhǎng)大速度差不多相等，因此即長(zhǎng)成了等軸晶。當(dāng)它們長(zhǎng)到與柱狀晶相遇時(shí)，全部液體凝固完畢后，即形成明顯的中心等軸晶區(qū) . 與柱狀晶相比，等軸晶區(qū)的各個(gè)晶粒在長(zhǎng)大時(shí)彼此交叉，不存在明顯的脆弱界面；各晶粒的取向各不相同，其性能也沒(méi)有方向性。因此鑄坯都要求得到發(fā)達(dá)的等軸晶組織。 連鑄坯凝固結(jié)構(gòu)控制： 連鑄壞的低倍結(jié)構(gòu)，既影響鋼的加工性能，也影響機(jī)械性能和使用性能。柱狀晶發(fā)達(dá)使材料呈現(xiàn)各向異性；等軸晶結(jié)構(gòu)致密，加工性能良好，成分、結(jié)構(gòu)均勻，材料呈各向同性。因此從鋼的性能角度希望抑制柱狀晶生長(zhǎng)而擴(kuò)大等軸晶區(qū)，這是改善鑄坯質(zhì)量的一個(gè)重要任務(wù)。 連鑄坯中柱狀晶區(qū)和等軸晶區(qū)的相對(duì)大小主要決定于澆注溫度。過(guò)熱度高，柱狀晶區(qū)就寬，但過(guò)熱度很低，在操作上有較大困難，易使水口凍結(jié)。因此在保持一定低過(guò)熱度的澆注，為擴(kuò)大等軸晶區(qū)可采取以下措施： 其作用主要包括在以下三個(gè)方面： ① 改變柱狀晶生長(zhǎng)方向 ② 促進(jìn)柱狀晶向等軸晶轉(zhuǎn)變 ③ 細(xì)化宏觀晶粒組織。 2. 控制二冷區(qū)冷卻水量。 。