唐钢连铸教材

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1、连铸设备4.结晶器及其振动机构4.1结晶器4.1.1结晶器内坯壳的形成连铸结晶器是个典型热交换器。当高温钢水浇铸到结晶器中便受到不断的强制冷却，开始连续导出生成坯壳所必须放出的热量。1）结晶器的传热在连续浇注过程中，由钢水冷却凝固所释放出来的热量，主要由以下三部分组成：①把过热的钢水冷却到液相线温度所放出来的热量，每㎏钢水下降1℃放出的热量，随其化学成份的不同而略有差异，其平均值为0.84KJ。②在液相线凝固时所放出的热量，也因成份的不同而略有差异，其平均值为13.2KJ/㎏。③凝固的坯壳自结晶温度

2、下降到计算时温度所放出的热量。每㎏坯壳下降1℃所放的热量平均为0.03KJ。钢的液相线温度（T液）取决于钢水中合金和伴生元素的含量，可由下列经验公式计算：T液=1537℃-｛88×[C%]+8×[Si%]+5×[Mn%]+30×[P%]+20×[S%]+5×[Cu%]+4×[Ni%]+2×[Mo%]+2×[V%]+1.5×[Cr%]｝对于普碳钢，只代入上式中的[C%]，[Si%]及[Mn%]三个主要元素的百分数即可，而对于其它的微量元素，再减去2℃-3℃，即可作为其大致的液相线温度。以上三部分传出的

3、热量，在钢的连续过程中，是通过结晶器传出热量的主要部分，约传全部热量的30%。2）传热与坯壳形成-97-连铸设备总体来看，传热沿结晶器高度是逐渐下降的。在弯月面下约150-200㎜处区域传出的热量最大。结晶器内高于液相线温度的钢水，通过不断的强制冷却沿结晶器内壁生成初生坯壳。以后随着凝固坯壳的增长到一定厚度时坯壳开始收缩，首先在结晶器角部形成气隙，然后向中部扩展。此时，初生坯壳尚较小。在高温钢水静压力作用下坯壳又贴向结晶器内壁（图4-1），使气隙消失，当坯壳厚度增长到能抵抗钢水静压力时，重又形成气隙

4、，此后结晶器传出的热量明显下降。结晶器传热形成坯壳后，出结晶器下口。1结晶器2钢液面3凝固收缩4膨胀5坯壳图4-1坯壳形成示意图3)传热主要途径结晶器传热主要通过两个方向进行，即水平方向传热和垂直方向传热。垂直方向传热包括结晶器内钢液表面对流与辐射散热和铸坯向二冷区方向热传导。经研究表明，从垂直方向传出的热量是很少的，仅占总散热量的3-6%。水平方向传热主要是通过几层导热能力差别较大的介质进行的。即由钢液到坯壳，坯壳到结晶器铜板，以及铜板到冷却水之间的传热。如图4-2所示。在水平方向钢水沿结晶器壁传

5、给冷却水的热量为：Q=α（Ta-Tw）F（KJ/h）式中：α--总导热系数，KJ/m2.h.℃；Ta--钢水温度，℃；Tw--冷却水温度，℃；F--结晶器有效传热面积，m2-97-连铸设备图4-2a-热阻模型b-热阻的计算值图4-2结晶器内的热阻在初生坯壳与结晶器紧密接触时，可表示为：在坯壳与结晶器壁形成气隙区时可表示为：式中：α--有气隙区时结晶器内壁的总导热系数-97-连铸设备δ--坯壳厚度，m；b--气隙区的厚度，m；--有气隙区时结晶器内壁总导热系数s0--气隙区的厚度，m;λ1、λ2、λ3

6、--分别为坯壳、内壁、气隙的导热系数，KJ/m.h.℃；α1、α2、α3、α4--分别为坯壳对内壁、内壁对冷却水，坯壳对气隙，气隙对内壁的导热系数，KJ/㎡.h.℃。实际上通过测定α值来计算结晶器导出热量是很困难的。为便于应用结晶器导热能力常用平均热流方法表示：冷却水带走的热量：Q=qc(Q2－Q1)平均热流：（J/m2.S）单位重量导出的热量：（KJ/KS）式中：q--冷却水水流量，m3/s；c--水的比热，J/℃；Q2--出水温度，℃；Q1--进水温度，℃；S--结晶器有效传热面积；W.D--结

7、晶器宽度，厚度，m；V--拉速，m/min；Y--钢水密度，㎏/m3。索维奇测定了在静止水冷铜管结晶器的热流，浇铸40s时得到的结果可用正式表示：Φ=2688-355t（KW/m2）将此式用于连铸结晶器时，时间t内可用拉速V（m/min）和结晶器的长度L（m）来代替。积分上式可得出平均热流。4）影响结晶器传热的因素-97-连铸设备主要从下面几个方面作简要说明：①从上述结晶器传热机理和图4-2结晶器内的热阻分析知，各部分热阻在总热阻中所占百分比如下：坯壳26%坯壳与结晶器壁的气隙71%结晶器铜壁1%结

8、晶器铜壁与冷却水2%气隙的热阻占系统总热阻的70%以上，可见气隙对热交换，对结晶器内钢水的凝固起决定性作用。因此，改善结晶器传热主要是减少气隙热阻。②结晶器长度。上前普遍采用700m长的结晶器，为了提高拉速、增加坯壳厚度，有人主张采用900mm长更为合适。结晶器太长时下部易形成气隙，对结晶器传热不利。③结晶器锥度为了减少气隙对传热的影响，提高结晶器传热的效果，增加坯壳凝固厚度，结晶器应有适当的锥度。结晶器上口空腔尺寸为冷态时铸坯断面尺寸加上钢水凝固的收缩量，结晶器内腔