连铸工艺、设备连铸坯凝固与传热.ppt

可见，最大的热阻是来自于坯壳与结晶器壁之间的气隙。气隙热阻占总热阻84％以上。因此坯壳的生长决定于气隙形成动力学，而气隙的大小是决定于坯壳的收缩和坯壳抵抗钢水鼓胀的能力。结晶器断面气隙的形成是不均匀的，由于角部是二维传热，冷却最快收缩最早，产生气隙后向中心面扩展，结晶器宽面气隙宽度比角部小，角部坯壳厚度最薄，常常会出现角部裂纹，甚至造成漏钢。 第三十一页，共七十二页。 结晶器传热示意图：　　　结晶器横向气隙的形成： 1—冷却水； 2—结晶器； 3—气隙； 4—渣膜； 5—坯壳； 6—钢液； 7—保护渣 第三十二页，共七十二页。 2.影响结晶器传热的主要因素 ⑴结晶器设计参数对传热的影响 A.结晶器锥度的影响 结晶器热量传递过程中，气隙热阻最大，占总热阻的70～90%.结晶器设计为上大下小具有合适的倒锥度，可以减小下部气隙厚度，改善传热。锥度应按钢种和拉速来选择。结晶器断面尺寸的减小量应不大于铸坯的线收缩量。线收缩量C可根据从弯月面到结晶器出口处坯壳温度变化ΔT和坯壳收缩系数β来确定，即 C＝ΔTβ×100% 第三十三页，共七十二页。 B.结晶器长度的影响 结晶器内钢水热量导出给铜壁，上半部占50％以上，当气隙形成后，结晶器下部导出热量减少，结晶器下部主要起支承坯壳的作用，结晶器长度以不增加拉漏为原则。通常为700～900mm。 C.结晶器铜壁厚度的影响 铜壁厚度在一定范围内对传热影响不大。方坯结晶器铜壁厚度在8～15mm范围，热流变化很小，板坯结晶器铜壁厚度由40mm减薄到20mm时，热流仅增加10％。 第三十四页，共七十二页。 D.结晶器材质的影响 正常通水情况下，结晶器内壁使用温度为200～300℃。特殊情况时，最高处可达500℃。要求结晶器材质导热性好，抗热疲劳，强度高，高温下膨胀小，不易变形。纯铜导热性最好，但弹性极限低，易产生也就变形。所以多采用强度高的铜合金，如Cu—Cr，Cu—Ag合金等。这些合金高温下抗磨损能力强，使结晶器壁寿命比纯铜高几倍。 第三十五页，共七十二页。 ⑵操作因素对结晶器传热的影响 A.冷却水流速和流量的影响 单位时间内通过结晶器水缝中的水量，对其传热有重要影响。冷却水应保证迅速地将钢水凝固所放出的热量带走，使铜壁冷面上没有热的积累。冷却水与铜壁的界面上，有三种传热状况： a.强制对流： 热流与铜壁温度呈线性关系，水流速增加，热流增大。 b.核沸腾： 铜壁局部区域处于高温状态，靠近铜壁表面过热的水层中，有水生成蒸汽并产生沸腾。在这种情况下，结晶器与冷却水之间热交换不决定于水流速，而主要决定于铜壁表面的过热和水的压力。 第三十六页，共七十二页。 c.膜态沸腾： 温度超过某一极限值时，靠近铜壁表面的水形成蒸汽膜，热阻增大，热流减小，导致铜壁表面温度升高，造成结晶器损坏。 实际生产中，正常情况是处于第一种情况，应尽力避免第二种情况发生，绝对禁止第三种情况发生。 结晶器水流速一般在6～12m∕s范围，进出水温差应控制在5～6℃，不大于10℃。结晶器最大供水量，对于板坯和大方坯，每流为500～600m3∕h，对于小方坯为100～150 m3∕h。 第三十七页，共七十二页。 B.冷却水质的影响 水垢沉积在铜壁表面形成绝热层，增加热阻，热流下降，导致铜壁温度升高，加速了水的沸腾。所以，结晶器必须使用软水。要求其总盐含量≯400mg∕l，硫酸盐≯150 mg∕l，氯化物≯50mg∕l，硅酸盐≯40mg∕l，悬浮质点＜50mg∕l，质点尺寸≯0.2mm，碳酸盐硬度≯1～2°Dh, pH值为7～8。 第三十八页，共七十二页。 C.结晶器润滑的影响 结晶器润滑可以减小拉坯阻力，并可由于润滑剂充满气隙而改善传热。通常敞开浇注时用油做润滑剂。油在高温下裂化分解为C—H化合物。它充满气隙对传热有利。采用保护浇注时，保护渣加在结晶器钢液面上，形成液渣层，结晶器振动时，在弯月面处液渣被带入气隙中，坯壳表面形成均匀的渣膜，既起润滑作用，又由于填充气隙而改善传热。 第三十九页，共七十二页。 保护渣对结晶器热流的影响与渣膜厚度有关。渣膜厚度是渣粘度和拉速的函数： 式中 e —渣膜厚度，mm η —渣粘度，Pa ·s； v —拉速，mm∕min； g —重力加速度，cm ∕s2 ； ρ m，ρs—钢和渣的密度，g ∕ cm3 。 第四十页，共七十二页。 当拉速一定时渣膜厚度主要决定于渣粘度。粘度太高，渣流动性不好，形成厚薄不均不连续的渣膜；粘度太低，渣膜也厚薄不均。在这两种情况下，测得的热流不稳定。通常把保护渣的ηv2值作为形成稳定渣膜的最佳润滑条件（v为拉速）。如果ηv2值太高或太低，也就是渣膜不稳定。坯壳