特钢连铸二冷技术研究.doc

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1、特钢连铸二冷技术研究钢的连铸与有色金属的一个重要差别是连铸钢坯内有较长的液芯。这就需要对温度高、刚度低的坯壳进行冷却和支撑，这也是二冷段的基本作用。浇铸速度越高，坯壳越薄液芯也越长，这些作用越重要。在特殊钢连铸中，为了提高铸坯内部质量，可以采用末端电磁搅拌（F-EMS）或轻压下等技术措施。这些措施的效果和使用方式也依赖于二次冷却技术。1．二冷区传热基本原理在连铸机中钢液冷却到最后完全凝固时，其热量分别在水冷结晶器(一次冷却区)、喷雾水区（二次冷却区）和铸还的自然冷却区(三次冷却区)散失。二冷水分布主要根据冶金技术要求、钢种在高温状态下的力学性能和铸坯的断面尺寸确定。二冷区的各段的喷水量有

2、所区别，出结晶器时铸坯表面温度高，坯壳薄，喷水量要大，以迅速增加坯壳厚度；随着铸坯的移动，铸坯表面温度降低，坯壳厚度逐渐增加，喷水量减小。对二冷传热的影响因素有以下几个方面：(1)铸坯表面温度冷却水喷在连铸坯表面的冷却效果用综合换热系数或热流来衡量。换热系数或热流基本取决于铸坯表面温度和喷水密度，见图1。由图1可知，热流与表面温度不是直线关系：1)Ts＜300℃，热流随Ts而增加，此时为对流传热；2)300℃＜Ts＜800℃，随温度提高热流下降，在高温表面有蒸汽膜，有核态沸腾状态；3)Ts＞800℃，热流几乎与表面温度无关，甚至于呈下降趋势，表面形成稳定蒸汽膜阻止喷射水滴与铸坯接触；由图

3、可知，热流与表面温度不是线性关系，但在一定温度范围内，随喷水强度增加热流增大。图1表面温度与热流的关系(2)水流密度水流密度是指铸坯在单位时间单位面积上所接受的冷却水量。水流密度增加，传热系数增大，它们之间关系以经验公式表示：换热系数h=h0Wn（1）这里，h0为常数，W为喷水密度，n=0.45—0.75这个关系式可以在实验室研究测定。但对于连铸坯而言，这仅仅是喷水的一个局部某一时刻的换热系数，不是一个段的或整个铸机上的换热系数。一个段的换热系数还应包括辊子的接触冷却、空冷、积水的冷却效果。(3)水滴速度水滴速度决定于喷水压力和喷嘴孔径，水滴速度增加穿透蒸汽膜而到达铸坯水滴数增加，故提高

4、了传热能力，见图2。(4)水滴直径水滴直径大小是雾化程度的标志。水滴尺寸越小，单位体积内水滴个数就越多，雾化就越好，有利于铸坯均匀冷却和提高传热效率。图2水滴速度与传热系数的关系(5)铸坯表面状态对碳钢表面生成FeO试验表明：Ar保护加热碳钢，FeO生成且0.08kg／m2；而在空气中加热FeO生成量1.12kg／m2，碳钢表面有氧化层的传热系数比无氧化层约低13%。(6)喷嘴使用状态喷嘴堵塞、喷嘴安装位置和新旧喷嘴等对传热也有重要影响，因此要注意对二冷水质的处理和喷嘴的定期检修。2．二次冷却与铸坯质量为避免和减轻铸还中的裂纹、缩孔、偏析等缺陷，普通钢、低合金钢的冷却强度应为1～1.2L

5、／kg钢，中、高碳钢，合金钢为0.6～0.8L／kg钢，某些热敏感性的钢种可采用0.4～0.6L／kg钢，高速钢为0.1～0.3L／kg钢。由于热送和直接扎制技术的出现，普遍采用弱冷以提高热送温度。铸坯在二冷区内通过辐射和对流向空中散热，也通过传导向辊子传热。二冷区喷水可以保证连铸坯的质量、提高生产率、保护设备。铸坯喷水冷却所带走的热量只占铸坯三发热量的较少部分。由钢水到铸坯(室温下)放出的热量约为1380KJ／kg钢，各区的散热占总热量的40%左右，其余60%的热量在完全凝固后散出。影响各区导热效果的因素很多，主要决定于钢的冷却制度。二次冷却制度基本上可分为两种，强冷却和弱冷却制度。每

6、种钢都有一条相应的脆性曲线，在900～700°C范围，钢中残存元素及钢的基本成分对其温度范围(低延性区)都有影响。在固一液交界面附近存在一个凝固脆化区，如图3所示，TRN为强度σ=0的温度叫零强度温度；TDN为断面收缩率ψ=0的温度叫零塑性温度。一般来说，在TRN和TDN温度区间是一个裂纹敏感区，固液交界面的糊状区晶体强度和塑性都非常小。有人认为临界强度为1-3N／mm2，由应变至断裂的临界应变为0.2-0.4%。当作用于凝固坯壳的外部应力(如热应力、鼓肚力、矫直力)使其变形超过上述临界值时，铸坯就在固-液交界面产生裂纹，形成偏析线裂纹。一般钢种将发生γ-α的相变和AlN等在晶界沉淀。在

7、矫直区铸坯表面产生拉力，会生成裂纹。为避免产生此类缺陷，选择弱冷却制度，即“热行”，也叫软冷却。保证矫直点温度在900°C以上，喷水冷却强度一般在0.5-1.0L／kg钢。还可选甩强冷却制度，即“冷行”，也叫硬冷却，在二冷区铸坯表面维持较低的温度，保证在矫直点的温度在700一650°C，钢坯进行了γ-α的相变，也避开了脆性区，冷却水量一般为2—2.5L／kg钢。还有一种“混行”冷却制度，实为冷行、热行时铸坯的表面温度变化之间。已凝固