连铸二冷配水与铸坯质量控制王宝峰(教授)内蒙古科 技大学主工内容连续铸钢的凝固过程连铸二次冷却冶金准则二次冷却与铸坯内部质l的控制二冷区的传热学和报固学特征铸机的二冷区发生的本质现象是传热和凝固传热:铸坯表面与外界发生的热量交换凝固:铸坯内部发生的传热和凝固现象相变:液固转变和由于温度变化所引起的固态相变二冷区的传热过程二冷区的传热符合传热的普遍规律包括传导、辐射及对流三种基本传热方式传导:铸坯表面与足辊、支撑辊之间的传热(17%)辐射:铸坯表面于 二冷室空间的辐射换热(2 5%)对流:水流与铸坯表面的传热(3 3%+2 5%)控制参数:水流密度(L/mZ俗称:比水量(L/kg)主要物性参数:密度、比热、传热系数二冷区冷却介质:水,和汽井水雾:把水打成直径为200一600微米的雾滴气雾:利用压缩空气将水打成20一60微米的雾滴比水量变化范围:0.1一2l /kg传热系数变化:0.1一1.0kw /mZoC动态配水策略连续铸钢的凝固特征根据冷却速率的不同,凝固过程分为平衡凝固、非平衡凝固和快速凝固传统的连铸过程属于典型的近平衡凝固凝固过程的控制因素是:合金液内凝固过程所释放的潜热凝固潜热:24 0一290kJ/kg连铸二次冷却冶金准则钢的脆性温度900一1300℃范围内,钢延性值高70 0一90 0℃范围内,钢延性值低;小于700℃的范围内钢延性又 上升。
为防止在矫直时铸坯表面横裂纹的生成,表面温度应在 9 00℃以上表面温度回升在二冷区沿连铸机拉坯方向铸坯表面 温度回升率应小于3c/ s,以防止表面回温 产 生张应 力而形成裂纹铸坯冷却速度 铸坯喷水太 强,表面快速冷却,促使已形成的裂纹的扩 展,或者使表 面温度处 于 低 延性段,会产生新的裂纹因此,允许温度下降速度应小于5℃/s液相穴长度连铸应具有足够的冶金长度,以保证铸坯在剪一切 机位置前定即离处完全凝 固,通常此 距离可取为》Zm铸坯鼓肚铸坯鼓肚会形成严重内裂和中心偏析因此应使带液芯的铸坯表面温度低 于某一限度,在两支撑辊之间形成鼓肚最小报固的控制因寮边界热流:0.2一0.6MW定向凝固:与拉速垂直目标:控制凝固速度:控制合金元素偏析控制凝固组织:避免柱状晶过度发达考虑钢种特性:包晶钢和铁素体 钢连续铸钢的凝固特征根据冷却速率的不同,凝固过程分为平衡凝固、非平衡凝固和快速凝固传统的连铸过程属于典型的近平衡凝固凝固过程的控制因素是:合金液内凝固过程所释放的潜热凝固潜热:24 0一290kJ/kg连铸二次冷却冶金准则钢的脆性温度900一1300℃范围内,钢延性值高70 0一90 0℃范围内,钢延性值低;小于700℃的范围内钢延性又 上升。
为防止在矫直时铸坯表面横裂纹的生成,表面温度应在 9 00℃以上表面温度回升在二冷区沿连铸机拉坯方向铸坯表面 温度回升率应小于3c/ s,以防止表面回温 产 生张应 力而形成裂纹铸坯冷却速度 铸坯喷水太 强,表面快速冷却,促使已形成的裂纹的扩 展,或者使表 面温度处 于 低 延性段,会产生新的裂纹因此,允许温度下降速度应小于5℃/s液相穴长度连铸应具有足够的冶金长度,以保证铸坯在剪一切 机位置前定即离处完全凝 固,通常此 距离可取为》Zm铸坯鼓肚铸坯鼓肚会形成严重内裂和中心偏析因此应使带液芯的铸坯表面温度低 于某一限度,在两支撑辊之间形成鼓肚最小报固的控制因寮边界热流:0.2一0.6MW定向凝固:与拉速垂直目标:控制凝固速度:控制合金元素偏析控制凝固组织:避免柱状晶过度发达考虑钢种特性:包晶钢和铁素体 钢尸衡牛匆诱;翎喇,肖坡汹虽飞.;;卿‘老r. 礴,飞曰民声二匕巨‘J失,_、,二次冲却的径翻根据坯型、钢种、拉速、铸机特性进行针对性的二冷配水设计铸坯表面温度:在良好塑性范围内水流密度:替代比水量的概念水滴速度:在1 0一1 5 m/s水滴的雾化程度:均匀喷嘴的使用状况:畅通二冷区配水的关扭定量了解连铸坯在凝固过程中温度场的变化规律。
在上述基础上,了解铸坯在凝固过程 中的传热与凝固的关系总结出凝固速度与凝固特性之间的关系不同钢种凝固特性与组织的关系二冷区沮度场的计算二冷区凝固与传热的数学模型铸坯的凝固传热过程属于有内热源的非稳态传热问题,其传热微分方程为:厂.aT、a‘.oT、a厂.oT、 —}k,—}+—}k、,—}+—}k,—}+百= dx又一dx少dy又’口y少由 又‘口2/aT Pc, 丁 ,d t 式中:T一铸锭的瞬时温度,℃.凝固过程进行的时间,s;一导热系数,KW/ (m ?℃、一钢的密度,Kg/m3;一比热容,KJ/(Kg?℃)吞LkPC二冷区妞度场的计算.拟,‘a f其 中:S一P L于at式中:L一凝固潜热,J /k g,f一固相百分率在建立凝固数学模型时,根据工艺特点和为计算方便在计算中作了如下简化:l )连铸坯在凝固过程 中内部存在固相区、液相区和固液糊状区三个区城2 )计算中不考虑偏析的影响3 )钢 的密度(p)和热容(C)热传导系数(K)随温度变化.4)连铸机二冷区内同一冷却段内冷却水均匀分布二冷区的凝固初始条件与边界条件圈体液体tl(x,t) T-- 脚,Ts(x,t)界面忿(t)二冷区的粗.与传热能t 平衡条件对于铸件的定向凝固,可从凝固界面附近的热流平衡分析入手,获得凝固速率的控制方程。
忽略凝固区的厚度,则热流密度 q l(自液相导向凝固界面的热流密度)和q s (自凝固界面导入固相的热流密度)与结晶潜热释放率q3之间满足平衡方程: qz一q:= =q3,__、_,d e( t ) 即:一气q:一ql)= =声儿一下,-a 了如果不考虑液相 中的对流换热,上式可表示为:a工.a不_d e〔 约 人一- ‘二一式--二-=荞兀-- 一二‘.‘叙‘ 叙’ d t由能量平衡条件可看出半即为凝固速率R由此将凝固速率与凝固过程的传热条件联系在一起小方坯报固过程的沮度场16 0 02003年4月3日 -~一一一州1 201 4001 0 5 中心 01勺01J01dOJ 工厂‘八匕月任OJ11n 曰1200/表面中央昌侧处艰因10 00角部0八U八”n UO 月冉bp侧明4 0 02 00坯壳0.35L/ kg、0. 17.04 5,0.38:2.smlm in:25℃,15 40,1 5 1 5:20#:15 0x15 0024681 01 21 416182 02 22 4262 8距液面 距离(耐小方坯报固过程的热流、传热系傲和水流密度4.53.5尹尸、, 霭嗜2. : 111. :劫劫磕亦磨磨 了了/‘“‘“l u一“、、} } }/换热系””} } }/ / / l l l l l ( ( (八。
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