高速方坯连铸结晶器冶金理论问题探讨

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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，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。
　　　 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。
　　　 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。
　　　 3 润滑剂对热流的影响
　　保护渣的作用不在于能否提高传热，而在于它对表面质量的影响、对吸附夹杂和提高润滑能力的贡献以及与之配套的浸入式水口的应用而带来的稳定液面的作用。仅就传热而言，其效果不如油。如浇铸C含量大于0.1% 的钢，使用保护渣润滑比起油润滑传热速率降低了5%～18％。不同性能的保护渣对结晶器传热也有不同影响，例如，使用高熔点、高粘度的保护渣能够降低热流，但有时粘度较低的保护渣由于其偏向于“短渣”，具有在较高温度时易于析出高温固体质点或晶体出现了结晶器热流偏低的现象。从本质上说，渣膜中出现了晶体，其传热系数应该是增大的，但由于该温度下的晶体和玻璃体体积或线膨胀系数不一致，而在受冷时出现微小裂纹，降低了热量传出速率。
　　　 钢的凝固收缩

　　结晶器内钢水收缩现象目前研究得较少，对于钢液凝固收缩的认识基本上还停留在模铸时期为减少缩孔而进行的定性研究成果。认为金属或合金由液态冷凝为固态时，都伴随着体积收缩，密度增加（Si，Bi，Ga例外）。在结晶器内由于温度降低和发生相变，钢坯的体积发生了收缩。收缩的结果，在结晶器铜板与凝固壳之间出现了气隙，据报道，在结晶器传热热阻中，气隙热阻占80％以上。以低碳钢为例，1600℃时的密度为7.06g/cm3，固体钢室温密度为7.86g/cm3，则凝固与冷却收缩量为11.3%，包括：过热钢液通过散热降至液相线温度发生的体积变化，称为液态收缩；由液相线温度到固相线温度产生的凝固收缩，凝固范围越大，则收缩量就越大；由固相线温度冷却到室温产生的收缩，其中液态收缩约占总收缩量的1％，凝固时体积收缩约占4％，冷却后收缩占7%～8％。
　　

shougang

理论挺深,xiexiele