【正文】 合金元素在固相鋼中分配的濃度要小，而在液相鋼（母液）中分配的濃度要大，所以在鋼的結(jié)晶過程中，于結(jié)晶前沿會有溶質(zhì)大量析出并積聚，固相中溶質(zhì)濃度就低于原始濃度，這種現(xiàn)象即所謂選分結(jié)晶。顯然在最終凝固結(jié)構(gòu)中溶質(zhì)濃度分布是不均勻的，這種成分不均勻的現(xiàn)象稱為偏析。 ?中心偏析影響因素 ? 主要影響因素： ① 冷卻速度。 ② 溶質(zhì)元素的偏析傾向。 ③ 溶質(zhì)元素在固體金屬中的擴散速度。 〔 （ C1+C2+C3+C4） 247。 ② 合適的鑄坯斷面。 ④ 電磁攪拌。（適當降低注溫與注速） ⑥ 降低鋼液中硫、磷含量。在彎月面根部附近，冷卻速度很快（ 100度 /秒）初生坯殼很快形成。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，在鋼水的靜壓力下仍緊貼于內(nèi)壁，由于冷卻的不斷進行，坯殼進一步加厚，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，從而形成氣隙。 ，而傳熱速率決定于結(jié)品器內(nèi)鋼水熱量傳給冷卻水所克服的熱阻，結(jié)晶器熱阻可分為： ⑴ 鋼水與凝固殼界面的村流傳熱的熱阻； ⑵ 凝固殼的傳導(dǎo)傳熱的熱阻 ⑶ 凝固夫與結(jié)品器界圓熱阻 (包括氣隙的輻射和村流傳） ⑷ 結(jié)晶器銅壁的傳導(dǎo)傳熱的熱阻； ⑸ 冷卻水與銅壁的對流傳熱的熱阻 鋼水熱量傳給冷卻水要克服上述 5個方面的熱阻，其中 (1)、 (4)、 (5)項熱阻較小，在澆注過程中變化不大，而第 (2)項是隨坯殼厚度的增加而變化的。 4 結(jié)晶器傳熱與凝固 圖 1 凝固氣隙的形成 結(jié)晶器的傳熱機構(gòu) 主要是講述結(jié)晶器是如何將熱量傳給冷卻水的？ ⑴ 結(jié)晶器中心液體 經(jīng)水口流入結(jié)晶器的鋼流．會引起鋼液在結(jié)晶器內(nèi)做對 流運動，這種對流運動把液體鋼的過熱傳給已凝固的鋼殼。 ② 凝固殼與銅壁緊密接觸區(qū)：此時坯殼靠傳導(dǎo)方式傳熱給銅壁。 ⑶ 銅壁與水之間的傳熱 結(jié)晶器與冷卻水界面?zhèn)鳠峥赡苡腥N情況： ① 強制對流區(qū)：傳熱良好 ② 核態(tài)沸騰區(qū)：當銅壁溫度夜 125— 130℃ 時，水開始在表 面蒸發(fā)，水中凝聚有氣泡。 ③ 膜態(tài)沸騰區(qū)：熱流越過某一極限值，導(dǎo)致銅壁表面溫度突然 升高，這對結(jié)晶器是不允許的，會使結(jié)品器永久變形 結(jié)晶器內(nèi)凝固示意圖 4 結(jié)晶器傳熱與凝固 影響結(jié)晶器傳熱的因素 ⑴ 澆注速度 澆注速度及相應(yīng)的在結(jié)晶器內(nèi)鋼水停留時間的影響都可以用下列方法來解釋： ① 在極短的凝固時間內(nèi)，還殼相對較薄，坯殼被鋼水靜壓力緊緊地壓到結(jié)晶器壁上，因此增加了熱流。 ③ 由于鑄壞表面溫度較高，相對減少了坯殼的收縮。 提高拉速使結(jié)晶器導(dǎo)出平均熱流增加。 拉速對結(jié)晶器熱流的影響 ⑵ 結(jié)晶器冷卻強度 圖 凝固坯殼形成示意圖 結(jié)晶器銅壁溫度靠冷卻水調(diào)節(jié)，銅壁壘溫度過高銅開始行再結(jié)晶使硬度和強度降低，要求結(jié)晶器具有一定的冷卻強度和合適的進出水溫度、冷卻均勻。熱流通過銅板傳給冷卻水．銅板冷面溫度很可能超過 100℃ ；而使水產(chǎn)生沸騰，水垢沉積形成絕熱層，熱阻增加，熱流下降。 影響結(jié)晶器傳熱的因素 結(jié)晶器的冷卻強度并不是越大越好，如果結(jié)晶器冷卻強度超過一般推薦范圍時，結(jié)晶器冷卻強度就是一個必須考慮的因素了。 ⑶ 結(jié)晶器設(shè)計參數(shù) ① 結(jié)晶器錐度：為了得到均勻的坯殼，隨著鑄坯往下移，結(jié)晶器內(nèi)部形狀應(yīng)符合坯殼冷卻收縮，使坯殼與結(jié)晶器壁有良好的潤滑。 影響結(jié)晶器傳熱的因素 ⑷ 結(jié)晶器材質(zhì) 一般結(jié)晶器熱面使用溫度為 200一 300℃ ，特殊情況時，最 高處可 J達 500℃ 。純銅導(dǎo)熱件好、但彈性權(quán)極限低且易產(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。凸形結(jié)晶器頂部四壁為凸形，向下逐漸變成平面。 ⑹ 結(jié)晶器潤滑 結(jié)晶器潤滑可以減小拉坯阻力，并對由于潤滑劑充滿氣隙而改善傳熱。 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，液渣從彎月四滲漏到坯殼與銅壁之間氣隙處，形成均勻渣膜，起潤滑作用。過熱度對銅板 溫度影響很小。 過熱度對鑄坯低倍結(jié)構(gòu)有重要影響。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 影響結(jié)晶器傳熱的因素 鋼水成分 碳對結(jié)晶器平均熱流的影響 對結(jié)晶器導(dǎo)出熱量的研究發(fā)現(xiàn)，鋼中碳含量 對連鑄實際操作 的影響是非常重要的 。觀察漏鋼坯 殼得出，凝固殼最薄，坯殼內(nèi)表面有折皺，外表面粗糙甚至有凹 陷。當[C ]＞ o． 25％時，熱流基本不變，坯殼表面趨于平滑、坯殼厚度均勻。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 的生長減緩，使坯殼厚度生長不均勻。 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。 （ 3)冷卻強度不夠，鑄坯帶液心矯直易產(chǎn)生矯直裂紋 。 (5)二冷強度過大，促使柱狀品發(fā)達易形成穿晶結(jié)構(gòu)．使中 心硫松和偏析加劇。 ③ 鑄坯在 矯直前盡可能完全凝固。 ⑤ 有良好的鑄坯內(nèi)部質(zhì)量。可見，結(jié)晶器帶走的熱量僅 占鋼水完全凝固熱量的 20％左右，所以帶液心的坯先進入二次 冷卻裝置接受噴水冷卻，鑄坯才能完全凝固。但并不是隨著冷卻速度增加，傳熱量成比例增加。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。 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 連鑄坯凝固是一個傳熱過程在連鑄機內(nèi)，液體鋼水轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的半成品鋼坯時放出的熱量包括以下 3項。前者也叫澆鑄溫度，一般把開始澆注 10min左右經(jīng)均勻混合后在中間包測得的溫度當作澆鑄溫度。 (3)物理顯熱： 指從固相線溫度冷卻到出鑄機時，降至室溫時放出的熱量。鋼水在連鑄機個凝固傳熱是在三個冷卻區(qū)內(nèi)實現(xiàn)的，即結(jié)晶器 (一次冷卻 )、包括輥子冷卻系統(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 )三個區(qū)域 連鑄坯凝固過程的熱平衡 從熱平街來看，鋼水經(jīng)過結(jié)晶器 二冷區(qū) 輻射區(qū)大約有 50％的熱量放出來鑄坯才能完全凝固。鑄坯切割后大約還有 50％的熱量放出來，為了利用這部分熱量，節(jié)約能源．我們成功地開發(fā)了連鑄坯熱裝、連 鑄坯直接軋制工藝。 通過結(jié)晶器在 1分鐘內(nèi)要散出的熱量、最高時可占總需要散熱量的 20％左右。增加結(jié)晶器水流量、降低進水溫度、增加冷卻水進出溫差可增加結(jié)晶器冷卻能力．但這也受到一定限制‘，水縫面積一定時，很大的流量需提高流速來實現(xiàn)．而流速過高對水壓和結(jié)晶器結(jié)構(gòu)要求嚴格，且水速超過 —定極限時．對傳熱影響也較小．也很不經(jīng)濟‘故雖然結(jié)晶器冷卻能力很重要，但只能達到一定的冷卻程度 c。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，控制二冷強度是使整個鑄坯完全凝固的關(guān)鍵。鑄坯凝固分以下三個階段： 。 。 當高溫的鋼水進入結(jié)晶器后，結(jié)晶首先從銅壁開始。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，這樣便在靠近銅壁處形成很細的薄層等軸晶粒區(qū)。但由于細晶區(qū)的厚度一般都很薄，有的只有幾個毫米厚，因此沒有多大的實際意義。這是因為： ① 在結(jié)晶前沿液體中有適當?shù)倪^冷度，這一過冷度很小，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大。 柱狀晶的組織比較致密，但柱狀晶區(qū)的性能具有方向性，當不同方向生長的兩組柱狀晶相遇時會形成柱