板坯二车间4月铸坯凝固理论培训讲义

单位：授课人培训名称：铸坯的凝固理论铸坯的凝固理论培训讲义培训目的：增强拉钢工和主控工对铸坯凝固过程的了解，掌握铸坯凝固过程的传热特性，提高拉钢工和主控工在铸坯质量控制方面的理论知识和操作技能。培训对象：拉钢工、主控工培训内容：一、连铸坯凝固与传热特点1、连铸坯凝固过程实质是热量传递过程2、连铸坯凝固是沿液相穴在凝固温度区间把液体转变为固体的加工过程3、铸坯凝固是分阶段的凝固过程二、结晶器传热机制和热流特点1、结晶器传热机制2、结晶器热流三、二冷区的凝固与传热四、连铸坯凝固结构1、连铸坯低倍结构特征2、低倍结构模型3、连铸坯结构的控制4、控制措施5、连铸坯凝固冷却的冶金准则培训时间：4月17、18日9：00-11：00培训地点：车间会议室铸坯的凝固理论一、连铸坯凝固与传热特点1、连铸坯凝固过程实质是热量传递过程过热；浇注温度TC→液相线温度TL潜热；液相线温度TL→固相线温度TS显热；固相线温度TS→环境温度TO对低碳钢，浇注温度一般控制在1540℃左右，总热量为：1386kJ/kg；过热：25.2kJ/kg，在总热量中占2%；潜热：268kJ/kg，占19%；显热：1092kJ/kg，占79%。由此认为：钢水在连铸机中的凝固是一个热量释放和传递的过程。2、连铸坯凝固是沿液相穴在凝固温度区间把液体转变为固体的加工过程凝固脆化区：TRN为强度σ=0的温度，零强度温度；TDN为断面收缩率ψ=0的温度，零塑性温度。温度区间存在裂纹敏感区。固-液交界面的糊状区可认为是裂纹敏感区。当作用于凝固坯壳的外部应力（热应力、鼓肚力、矫直力）使其变形超过临界值，产生偏析线裂纹。3、铸坯凝固是分阶段的凝固过程一次冷却区；（结晶器）二次冷却区；（喷水加速冷却）三次冷却区；（向空气中辐射）切割前：819kJ/kg（84，462，273）切割后：567kJ/kg在连铸——连轧生产模式时（铸坯热装），铸坯切后大约剩余40%的热量。二、结晶器传热机制和热流特点在连铸工艺中，结晶器是一个高效的传热器，其主要作用是导出钢水的热量，使钢水出结晶器后形成一定厚度的坯壳。结晶器的传热速率对铸坯的表面质量和防止漏钢都具有重要的影响。1、结晶器传热机制结晶器中的传热十分复杂。流动的钢水通过坯壳、渣膜、气隙把热量传递给结晶器，然后由冷却水带走．结晶器中的传热速率取决于钢水热量传给冷却水所克服的热阻，结晶器内的热阻可分为：(1)钢水与凝固壳界面的对流传热热阻；(2)凝固壳的传导传热热阻；(3)钢一渣界面热阻；(4)渣膜的传导传热(包括液渣层和固体渣层)热阻；(5)渣—结晶器界面热阻(气隙的辐射和对流)；(6)结晶器铜壁的传导热阻；(7)冷却水与铜壁的对流热阻。2、结晶器热流(1)结晶器平均热流钢水浇入到水冷结晶器中，通过冷却水把热量带走使坯壳均匀地凝固。试验指出，拉速提高，坯壳与结晶器接触紧密，平均热流密度增加。同一拉速下热流波动较大。这说明结晶器热流还受其它因素影响。但拉速提高，结晶器内钢水停留时间减少，单位重量钢水热量呈减步趋势，因而拉速提高，虽然结晶器平均热流增加，但凝固坯壳厚度变薄。对于每种断面，应在合适工作拉速下，保证形成安全的坯壳厚度而不漏钢钢来确定结晶器的冷却强度。(2)结晶器瞬时热流沿结晶器高度方向上热流的分布是不同的，在弯月面处热流较小，这是因为：1)钢水的表面张力作用使钢水与铜板形成弯月面而离开铜板；2)铜板把热量向钢水面上部传递，减少了弯月面热流。钢水在弯月面下约30～50mm处热流最大，然后逐渐下降。这是因为，随着距弯月面距离的增加，凝固壳厚度增加，传导热阻增大，并且因收缩逐渐脱离结晶器而产生气隙，使坯壳与结晶器壁间的界面热阻增大，还有液相穴中钢水流速下降使钢液对凝固壳的对流换热减少，其中气隙热阻增大是主要因素。另外，扳坯结晶嚣窄面铜扳温度和热流高于宽面。这是田为从浸入式水口出来的钢液直接冲刷窄面，对流换热较多的缘故。三、二冷区的凝固与传热1、二冷强度的增加,可提高拉速，但与内部裂纹、表面裂纹、鼓肚、菱变等有关联：2、二冷区传热方式：结晶器16-20%，二冷23-28%，辐射50-60%，必然有液芯的坯壳进入二冷。二冷系统的四种传热方式：辐射、喷雾冷却、水渍加热、辊子接触。四、连铸坯凝固结构1、连铸坯低倍结构特征：三个阶段:结晶器内形成初生坯壳，弯月面下100℃/s。二冷区坯壳稳定生长。树枝晶平行生长。液相穴末端的加速凝固。激冷层；2-5mm柱状晶，向上10℃，对于弧形连铸机，内侧要比外侧长中心等轴晶，疏松，缩孔，元素偏析（S、P、C、Mn）2、低倍结构模型：“mini-ingot”凝固模型；中心低倍结构模型。钢中C含量越高，两相区越宽，凝固时间越长，“V”越严重。3、连铸坯结构的控制：柱状晶发达使中心偏析加重，裂纹容易扩展，材料各向异性；等轴晶致密，加工性能好，各向同性。4、控制措施：（1）结晶器加入微型冷却剂。钢带等，消除过热度；（2）喷吹金属粉末；粉1%-1.5%，拉速提高40-50%，等轴晶扩大，中心疏松、偏析减轻（小方坯）：（3）控制二冷区冷却水量。水量大，表面温度低，柱状晶发达：（4）加入形核剂。（Al2O3、ZrO2、TiO2）：（5）电磁搅拌（作用：钢液的流动，改善低倍结构；加速对流，有利等轴晶生长；打碎树枝晶；加强两相区局部传热，减小宏观偏析等。）5、连铸坯凝固冷却的冶金准则：（1）冶金长度：最大液芯长度不超过矫直点；（2）出结晶器坯壳厚度：在保证最大拉速条件下，出结晶器坯壳厚度不能小于临界值，以防止漏钢。（3）铸坯表面回热限制：在二冷冷却区某一冷却段内，温度回升值小于规定值（100℃/m），防止产生内裂。（4）铸坯鼓肚限制：二次冷却区铸坯表面温度不能太低（如1100℃），以提高钢高温强度防止鼓肚。（5）避开脆性敏感区：铸坯进行矫直机的表面温度应避开脆性敏感区（如低碳钢迷900℃）。（6）铸坯表面冷却速度的限制：如把二次冷却区铸坯表面冷却速度限制在200℃/m）