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高速方坯连铸结晶器冶金理论问题浅析

更新日期:2007-07-28  作者:  来源:光学精密机械网(ChinaOptic.Com.Cn)收集整理

近年来,围绕高速连铸条件下如何实现结晶器的强化均匀冷却,冶金科技工作者开展了许多研究工作,如增大结晶器长度、提高结晶器水量和水缝内水的流速、采用连续锥度、改油润滑为保护渣润滑、调整结晶器圆角半径、电磁搅拌等。结晶器的冷却涉及许多理论问题,只有对发生在结晶器内的物理化学现象有正确的理解,才能根据具体工艺条件,如钢种、拉速、结晶器状况等设计和采取措施,有针对性地解决现场问题。 字串1

结晶器热流

结晶器传热量和传热速率有一个合理的范围,过低不能达到强化冷却效果,过高又会导致某些缺陷的产生。最近研究人员专门就结晶器传热问题进行了数学计算和工业测试,得到了方坯结晶器热流的大小、分布和变化规律。 字串6

1 拉速对热流的影响

随着拉速的提高,通过结晶器的热流增大,尤其是在弯月面以下较近区域,增大的幅度比其他位置要大得多。这是因为:

(1)拉速提高,减少了钢水在结晶器内的停滞时间,使凝固壳减薄,尤其是弯月面区域,易于在钢水静压力作用下与结晶器壁保持紧密接触,使得热流增大。

(2)这种紧密接触使铜板热面温度提高,增大了与水缝中冷却水的温差,提高了热量传输的驱动力。

(3)温度相对高的凝固壳的收缩减轻,进而减小了气隙厚度。

在高拉速下,虽然结晶器热流增大了,但对于某一单元的钢在结晶器内传出的实际热量其实是降低的。这是因为该单元在结晶器内的停留时间减少了。因此,可用比传热量这一概念表示单位重量的钢在结晶器内的实际传热量,以便较好地说明高速连铸时结晶器热流增大而坯壳减薄这一事实。

2 碳含量对热流的影响

研究发现,对于低碳钢,在1.3m/min拉速时,弯月面附近的最大热流值可达到3100~3500kW/m2,高碳钢可达到3450~4400kW/m2;而拉速在3.0m/min,最大热流可达5600kW/m2。可见拉速提高后,结晶器的热流变化很大。当然,这与很多因素有关,例如,同样是3.0m/min 的拉速,浇铸包晶钢或亚包晶钢时的结晶器热流,如碳含量为0.12%,却只有2500~3350kW/m2。这表明,除拉速外,碳含量对结晶器传热的影响也是很重要的。

为此,采取了一定措施,如使用不同性能的保护渣、调整冷却策略、改变拉速制度等。这些都是基于不同钢种在结晶器内凝固时收缩及相变特征变化而变化的。试验表明,碳含量在0.1%左右,由于热收缩和相变收缩(δ→γ)发生了较大的体积变化从而使得气隙变大,传热减慢,而角部由于三维传热过早出现了气隙而使热流下降。一般认为,角部平均热流相当于面部平均热流的20%~30%。浇注高碳钢时,由于不存在δ→γ的相变,加上该钢种由于碳含量高促进了P、S的偏析致使坯壳高温强度较低,所以坯壳在钢水静压力的作用下与结晶器壁紧密接触,结晶器热流明显增大。

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