第四讲 钢液的凝固原理—结晶器、二次冷却

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1、第四讲：连铸坯的凝固过程第四讲：连铸坯的凝固过程（结晶器、二冷区的凝固传热）（结晶器、二冷区的凝固传热）11钢水凝固的基本原理钢水凝固的基本原理连铸过程是采用冷却的方式使钢水放出连铸过程是采用冷却的方式使钢水放出热量，从而使钢水由液态变成固态，其钢热量，从而使钢水由液态变成固态，其钢水所经历的主要放热设备有结晶器，二次水所经历的主要放热设备有结晶器，二次冷却区，空冷区完全凝固成固态，然后再冷却区，空冷区完全凝固成固态，然后再按用户要求切割成一定长度的铸坯。按用户要求切割成一定长度的铸坯。1.11.1连铸结晶器连铸结晶器结晶器是连铸机的重要部分，连铸坯结晶器是连

2、铸机的重要部分，连铸坯的许多缺陷与结晶器的操作的许多缺陷与结晶器的操作和设计因素有和设计因素有关，因此结晶器素有关，因此结晶器素有连铸机心脏之称连铸机心脏之称。钢。钢水在结晶器内冷却，形成初水在结晶器内冷却，形成初生坯壳，而这生坯壳，而这一过程是在坯壳与结晶器壁一过程是在坯壳与结晶器壁连续相对运动连续相对运动下完成的，因此要求结晶器下完成的，因此要求结晶器具有良好的导具有良好的导热性和刚性，且要有耐磨性热性和刚性，且要有耐磨性，高的使用寿，高的使用寿命。命。1.1.11.1.1结晶器的构造结晶器的构造按结晶器的构造可以按结晶器的构造可以分直结晶器和弧形结分直结

3、晶器和弧形结晶器，直结晶器主要是用在立式、立弯式晶器，直结晶器主要是用在立式、立弯式和直弧形连铸机上，而弧形结晶器是用在和直弧形连铸机上，而弧形结晶器是用在全弧形和椭圆形连铸机。全弧形和椭圆形连铸机。按结构可分为整体结按结构可分为整体结晶器、管式结晶器和晶器、管式结晶器和组合结晶器，第一种结晶器目前已经很少组合结晶器，第一种结晶器目前已经很少采用，下面主要是介绍后两种结晶器。小采用，下面主要是介绍后两种结晶器。小方坯或小矩形坯采用管式结晶器，而大方方坯或小矩形坯采用管式结晶器，而大方坯、大矩形坯及板坯多采用组合结晶器。坯、大矩形坯及板坯多采用组合结晶器。(1)

4、(1)管式结晶器管式结晶器管式结晶器是由冷拔异型无缝铜管、钢质水管式结晶器是由冷拔异型无缝铜管、钢质水套、足辊等组成，如图套、足辊等组成，如图11所示。铜管与钢质内套间所示。铜管与钢质内套间设有设有55～～7mm7mm的水缝，用以通有冷却水，冷却水的的水缝，用以通有冷却水，冷却水的流速为流速为66～～10m/s10m/s，也称冷却水缝。铜管和钢套可，也称冷却水缝。铜管和钢套可以加工成弧形也可以加工成直形，利用隔板和以加工成弧形也可以加工成直形，利用隔板和OO型型橡胶圈使钢质内水套与外水套相连，并形成上、下橡胶圈使钢质内水套与外水套相连，并形成上、下两个水室，利

5、用上下两个法兰盘将铜管压紧。上口两个水室，利用上下两个法兰盘将铜管压紧。上口的法兰用螺钉固定在钢质外套上，在外水套的连接的法兰用螺钉固定在钢质外套上，在外水套的连接螺栓上装有蝶形弹簧，是铜管膨胀时不会产生太大螺栓上装有蝶形弹簧，是铜管膨胀时不会产生太大的压力。铜管的下口一般为自由端，允许热胀冷的压力。铜管的下口一般为自由端，允许热胀冷缩，但上下口都要密封，不能漏水。结晶器的外套缩，但上下口都要密封，不能漏水。结晶器的外套是圆形的，外套上设有底脚板，可以将结晶器固定是圆形的，外套上设有底脚板，可以将结晶器固定在振动台上。在振动台上。图5弧形管式结晶器结构1－结晶

6、器外罩；2－内水套；3－润滑油管；4－结晶器铜管；5－放射源容器；6－盖板；7－外水套；8－给水管；排水管；10－接受装置；11－水环；12－足辊；13－定位销1)1)结晶器铜管的内腔尺寸结晶器铜管的内腔尺寸若冷态铸坯的公称尺寸为a×b，a为铸坯厚度，b为弧面宽度，at，bt为结晶器铜管上口尺寸，ab，bb为结晶器下口尺寸，则结晶器铜管的内腔尺寸可按下式计算：¾at＝（1+2.5%）×a＋K（1）¾ab＝（1+1.9%）×a＋K（2）¾bt＝（1+2.5%）×a－K（3）¾bb＝（1+1.9%）×a－K（4）式中K值取法如下：¾160×160mm以上小方坯时，

7、K＝1.5¾160×160mm以下小方坯时，K＝1.0¾a×b为矩形断面铸坯：a面，K＝2；b面，K＝02)2)结晶器铜管的壁厚结晶器铜管的壁厚¾结晶器铜管要有一定的抗变形能力，同时要保证一定的传热效果，因此要有一定的厚度，对于不同断面的铸坯，其铜管的壁厚也不相同，随着断面的增大，铜管的壁厚也增加，通常结晶器铜管的壁厚为10～15mm，磨损后可加工修复，但最薄不小于3-6mm。考虑到铸坯的冷却收缩作用，在铜管的角部要有一定的圆角过渡。3)3)铜管的长度铜管的长度¾结晶器铜管的长度主要受拉速的影响，早期结晶器铜管的长度很长，达1500mm左右，结果是拉坯阻力过大

8、，增大了坯壳的表面应力，漏钢事故也相对