第三章连铸坯凝固与传热§3—1连铸坯凝固与传热特点2．连铸机的三个传热冷却区①一次冷却区。钢水在水冷结晶器中形成足够厚均匀的坯壳，以保证铸坯出结晶器不拉漏；②二次冷却区。向铸坯表面喷水以加速铸坯内部热量的传递，使铸坯完全凝固；③三次冷却区。铸坯向空气中辐射传热，使铸坯内外温度均匀化。连铸坯冷凝示意图：3．连铸机热平衡①钢水从结晶器→二冷区→辐射区大约有60％热量放出来铸坯才能完全凝固。这部分热量的放出速度决定了铸机生产率和铸坯质量②铸机范围内主要依靠结晶器和二次冷却系统散热，其中二冷区散出热量最多。③通过结晶器在一分钟内要散出的热量，最高时可占总需散热量的20％左右。可见保证结晶器有足够的冷却能力十分重要，它对初期坯壳的形成具有决定性的影响。④铸坯切割后大约还有40％热量放出来，为了利用这部分热量，节约能源，成功地开发了铸坯热装和连铸—连轧等工艺。二.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铸坯在运动中的凝固，实质上是沿液相穴固—液交界面潜热的释放和传递过程。也可看成是在凝固温度区间（TL→TS）把液体转变为固体的加工过程。在固—液交界面附近，存在一个凝固脆化区：零强度温度TRN：强度σ＝0的温度。零塑性温度TDN：断面收缩率φ＝0的温度。在TRN和TDN温度区间是一个裂纹敏感区。钢高温性能示意图：TRN=TS+(20～30℃)TDN=TS-(30～50℃)固—交界面的糊状区晶体强度和塑性都非常小，（临界强度1～3N∕mm2，，由变形至断裂的临界应变为0.2%～0.4%）。当作用于凝固坯壳的外部应力（如热应力、鼓肚力、矫直力）使其变形超过上述临界值时，铸坯就在固—交界面产生裂纹，形成偏析线裂纹。铸坯在连铸机中从上到下运行，在二冷区接受喷水冷却，已凝固的坯壳不断进行线收缩，坯壳温度分布的不均匀性，以及坯壳的鼓胀和夹辊的不完全对中等，使凝固壳容易受到机械和热负荷的间隙性的突变，也易使凝固坯壳产生裂纹。为了保证得到良好的铸坯质量，应从铸机的设计和维护方面，尽可能保证铸坯在运行过程中凝固壳不变形原则；从传热方面，就是要控制铸坯在不同冷却区热量导出速度和坯壳的热负荷适应于钢高温性能的变化，因此，控制铸坯的传热是获得良好铸坯质量的关键操作三.铸坯凝固是分阶段的凝固过程在连铸机内铸坯的凝固经历三个阶段：1.钢水在结晶器内形成初生坯壳，出结晶器下口的铸坯安全厚度应足以抵抗钢液的静压力的作用；2.带有液芯的坯壳在二冷区稳定生长；3.临近凝固末期的坯壳加速增长。液相穴上部为强制对流循环区，循环区高度决定于注流方式、浸入式水口类型和铸坯断面。在液相穴下部液体的流动主要是坯壳的收缩和晶体下沉所引起的自然对流，或者是由于铸坯鼓肚所引起的液体流动。液相穴内液体流动对铸坯结构、夹杂物分布、溶质元素的偏析和坯壳的生长有重要作用。四.在连铸机内运行的已凝固坯壳的冷却可看成是经历“形变热处理”过程1.从受力的方面看，铸坯承受热应力和机械应力的作用，使坯壳发生不同程度的变形；2.从冶金方面看，随着温度的下降，坯壳发生δ→γ→α的相变，特别是二冷区，坯壳温度的反复下降和回升，使铸坯组织发生变化，就相当于“热处理”过程。同时由于溶质元素的偏析作用，可能发生硫化物、氮化物质点在晶界沉淀，增加了钢的高温脆性，对铸坯质量有重要影响。§3—2钢液在结晶器内的凝固与传热2．弯月面的形成由于钢液与结晶器铜壁的润湿作用，钢液与铜壁接触形成了一个半径很小的弯月面。其半径：r＝5.43×10－2式中σm—钢液表面张力；ρm—钢水密度。钢液与铜壁弯月面的形成：在弯月面的根部，钢液与水冷铜壁接触，立即受到铜壁的激冷作用，初生坯壳迅速形成。良好稳定的弯月面可确保初生坯壳的表面质量和坯壳的均匀性。当钢水中上浮的夹杂物被保护渣吸附时，会降低钢液表面张力，弯月面半径减小，从而破坏了弯月面的薄膜性能，弯月面破裂，这时夹杂物随同钢液在破裂处和铜壁形成新的凝固层，夹杂物牢牢地粘附在这层凝固层上而形成表面夹渣。带有夹渣的坯壳是薄弱部位，易发生漏钢。3.紧密接触区弯月面下部的初生坯壳由于不足以抵抗钢液静压力的作用，与铜壁紧密接触。在该区域坯壳以传导传热的方式将热量传输给铜壁，愈往接触区的下部，坯壳也愈厚。4.气隙的形成、稳定及角部气隙已凝固的高温坯壳发生δ→γ的相变，引起坯壳收缩，收缩力牵引坯壳离开铜壁，气隙开始形成。由于气隙的热阻很大，气隙的形成使坯壳向铜壁的传热迅速减少，离开铜壁的坯壳回热升温，甚至凝固前沿部分初生坯壳重新熔化。由于坯壳温度的回升，其强度降低，在钢水静压力作用下使其再次帖紧铜壁，传热条件有所改善，坯壳增厚，于是又产生冷凝收缩，牵引坯壳再次离开铜壁，这样周期性的离合2～3次，坯壳达到一定厚度并完全脱离铜壁