唐鋼連鑄教材

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1、連鑄設(shè)備4.結(jié)晶器及其振動機構(gòu)4.1結(jié)晶器4.1.1結(jié)晶器內(nèi)坯殼的形成連鑄結(jié)晶器是個典型熱交換器。當高溫鋼水澆鑄到結(jié)晶器中便受到不斷的強制冷卻,開始連續(xù)導出生成坯殼所必須放出的熱量。1)結(jié)晶器的傳熱在連續(xù)澆注過程中,由鋼水冷卻凝固所釋放出來的熱量,主要由以下三部分組成:①把過熱的鋼水冷卻到液相線溫度所放出來的熱量,每㎏鋼水下降1℃放出的熱量,隨其化學成份的不同而略有差異,其平均值為0.84KJ。②在液相線凝固時所放出的熱量,也因成份的不同而略有差異,其平均值為13.2KJ/㎏。③凝固的坯殼自結(jié)晶溫度

2、下降到計算時溫度所放出的熱量。每㎏坯殼下降1℃所放的熱量平均為0.03KJ。鋼的液相線溫度(T液)取決于鋼水中合金和伴生元素的含量,可由下列經(jīng)驗公式計算:T液=1537℃-{88×[C%]+8×[Si%]+5×[Mn%]+30×[P%]+20×[S%]+5×[Cu%]+4×[Ni%]+2×[Mo%]+2×[V%]+1.5×[Cr%]}對于普碳鋼,只代入上式中的[C%],[Si%]及[Mn%]三個主要元素的百分數(shù)即可,而對于其它的微量元素,再減去2℃-3℃,即可作為其大致的液相線溫度。以上三部分傳出的

3、熱量,在鋼的連續(xù)過程中,是通過結(jié)晶器傳出熱量的主要部分,約傳全部熱量的30%。2)傳熱與坯殼形成-97-連鑄設(shè)備總體來看,傳熱沿結(jié)晶器高度是逐漸下降的。在彎月面下約150-200㎜處區(qū)域傳出的熱量最大。結(jié)晶器內(nèi)高于液相線溫度的鋼水,通過不斷的強制冷卻沿結(jié)晶器內(nèi)壁生成初生坯殼。以后隨著凝固坯殼的增長到一定厚度時坯殼開始收縮,首先在結(jié)晶器角部形成氣隙,然后向中部擴展。此時,初生坯殼尚較小。在高溫鋼水靜壓力作用下坯殼又貼向結(jié)晶器內(nèi)壁(圖4-1),使氣隙消失,當坯殼厚度增長到能抵抗鋼水靜壓力時,重又形成氣隙

4、,此后結(jié)晶器傳出的熱量明顯下降。結(jié)晶器傳熱形成坯殼后,出結(jié)晶器下口。1結(jié)晶器2鋼液面3凝固收縮4膨脹5坯殼圖4-1坯殼形成示意圖3)傳熱主要途徑結(jié)晶器傳熱主要通過兩個方向進行,即水平方向傳熱和垂直方向傳熱。垂直方向傳熱包括結(jié)晶器內(nèi)鋼液表面對流與輻射散熱和鑄坯向二冷區(qū)方向熱傳導。經(jīng)研究表明,從垂直方向傳出的熱量是很少的,僅占總散熱量的3-6%。水平方向傳熱主要是通過幾層導熱能力差別較大的介質(zhì)進行的。即由鋼液到坯殼,坯殼到結(jié)晶器銅板,以及銅板到冷卻水之間的傳熱。如圖4-2所示。在水平方向鋼水沿結(jié)晶器壁傳

5、給冷卻水的熱量為:Q=α(Ta-Tw)F(KJ/h)式中:α--總導熱系數(shù),KJ/m2.h.℃;Ta--鋼水溫度,℃;Tw--冷卻水溫度,℃;F--結(jié)晶器有效傳熱面積,m2-97-連鑄設(shè)備圖4-2a-熱阻模型b-熱阻的計算值圖4-2結(jié)晶器內(nèi)的熱阻在初生坯殼與結(jié)晶器緊密接觸時,可表示為:在坯殼與結(jié)晶器壁形成氣隙區(qū)時可表示為:式中:α--有氣隙區(qū)時結(jié)晶器內(nèi)壁的總導熱系數(shù)-97-連鑄設(shè)備δ--坯殼厚度,m;b--氣隙區(qū)的厚度,m;--有氣隙區(qū)時結(jié)晶器內(nèi)壁總導熱系數(shù)s0--氣隙區(qū)的厚度,m;λ1、λ2、λ3

6、--分別為坯殼、內(nèi)壁、氣隙的導熱系數(shù),KJ/m.h.℃;α1、α2、α3、α4--分別為坯殼對內(nèi)壁、內(nèi)壁對冷卻水,坯殼對氣隙,氣隙對內(nèi)壁的導熱系數(shù),KJ/㎡.h.℃。實際上通過測定α值來計算結(jié)晶器導出熱量是很困難的。為便于應用結(jié)晶器導熱能力常用平均熱流方法表示:冷卻水帶走的熱量:Q=qc(Q2-Q1)平均熱流:(J/m2.S)單位重量導出的熱量:(KJ/KS)式中:q--冷卻水水流量,m3/s;c--水的比熱,J/℃;Q2--出水溫度,℃;Q1--進水溫度,℃;S--結(jié)晶器有效傳熱面積;W.D--結(jié)

7、晶器寬度,厚度,m;V--拉速,m/min;Y--鋼水密度,㎏/m3。索維奇測定了在靜止水冷銅管結(jié)晶器的熱流,澆鑄40s時得到的結(jié)果可用正式表示:Φ=2688-355t(KW/m2)將此式用于連鑄結(jié)晶器時,時間t內(nèi)可用拉速V(m/min)和結(jié)晶器的長度L(m)來代替。積分上式可得出平均熱流。4)影響結(jié)晶器傳熱的因素-97-連鑄設(shè)備主要從下面幾個方面作簡要說明:①從上述結(jié)晶器傳熱機理和圖4-2結(jié)晶器內(nèi)的熱阻分析知,各部分熱阻在總熱阻中所占百分比如下:坯殼26%坯殼與結(jié)晶器壁的氣隙71%結(jié)晶器銅壁1%結(jié)

8、晶器銅壁與冷卻水2%氣隙的熱阻占系統(tǒng)總熱阻的70%以上,可見氣隙對熱交換,對結(jié)晶器內(nèi)鋼水的凝固起決定性作用。因此,改善結(jié)晶器傳熱主要是減少氣隙熱阻。②結(jié)晶器長度。上前普遍采用700m長的結(jié)晶器,為了提高拉速、增加坯殼厚度,有人主張采用900mm長更為合適。結(jié)晶器太長時下部易形成氣隙,對結(jié)晶器傳熱不利。③結(jié)晶器錐度為了減少氣隙對傳熱的影響,提高結(jié)晶器傳熱的效果,增加坯殼凝固厚度,結(jié)晶器應有適當?shù)腻F度。結(jié)晶器上口空腔尺寸為冷態(tài)時鑄坯斷面尺寸加上鋼水凝固的收縮量,結(jié)晶器內(nèi)腔

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