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(dòng)機(jī)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(gè)典型熱交換器。當(dāng)高溫鋼水澆鑄到結(jié)晶器中便受到不斷的強(qiáng)制冷卻，開始連續(xù)導(dǎo)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(xué)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(shí)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(jì)算時(shí)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(yàn)公式計(jì)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(duì)于普碳鋼，只代入上式中的[C%]，[Si%]及[Mn%]三個(gè)主要元素的百分?jǐn)?shù)即可，而對(duì)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(qiáng)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(zhǎng)到一定厚度時(shí)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(kuò)展。此時(shí)，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(dāng)坯殼厚度增長(zhǎng)到能抵抗鋼水靜壓力時(shí)，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(gè)方向進(jìn)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(duì)流與輻射散熱和鑄坯向二冷區(qū)方向熱傳導(dǎo)。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(dǎo)熱能力差別較大的介質(zhì)進(jìn)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(dǎo)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(jì)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(shí)，可表示為：在坯殼與結(jié)晶器壁形成氣隙區(qū)時(shí)可表示為：式中：α--有氣隙區(qū)時(shí)結(jié)晶器內(nèi)壁的總導(dǎo)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(shí)結(jié)晶器內(nèi)壁總導(dǎo)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(dǎo)熱系數(shù)，KJ/m.h.℃；α1、α2、α3、α4--分別為坯殼對(duì)內(nèi)壁、內(nèi)壁對(duì)冷卻水，坯殼對(duì)氣隙，氣隙對(duì)內(nèi)壁的導(dǎo)熱系數(shù)，KJ/㎡.h.℃。實(shí)際上通過測(cè)定α值來計(jì)算結(jié)晶器導(dǎo)出熱量是很困難的。為便于應(yīng)用結(jié)晶器導(dǎo)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(dǎo)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(jìn)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(cè)定了在靜止水冷銅管結(jié)晶器的熱流，澆鑄40s時(shí)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(shí)，時(shí)間t內(nèi)可用拉速V（m/min）和結(jié)晶器的長(zhǎng)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(gè)方面作簡(jiǎn)要說明：①從上述結(jié)晶器傳熱機(jī)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(duì)熱交換，對(duì)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(zhǎng)度。上前普遍采用700m長(zhǎng)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(zhǎng)更為合適。結(jié)晶器太長(zhǎng)時(shí)下部易形成氣隙，對(duì)結(jié)晶器傳熱不利。③結(jié)晶器錐度為了減少氣隙對(duì)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(yīng)有適當(dāng)?shù)腻F度。結(jié)晶器上口空腔尺寸為冷態(tài)時(shí)鑄坯斷面尺寸加上鋼水凝固的收縮量，結(jié)晶器內(nèi)腔