连铸结晶器综合传热系数的定量分析_张晨

第12卷第2期2000年4月

　　　　　　　　　

　　　　钢铁研究学报

JO U RN A L OF IRO N A ND ST EEL RESEA RCH

V ol. 12, N o. 2　A pr. 2000

连铸结晶器综合传热系数的定量分析

张　晨1, 　汪钺强2, 　蔡得祥2　朱祖民2　王文忠1

(1. 东北大学材料与冶金学院, 辽宁沈阳110006; 　2. 宝山钢铁集团公司钢铁研究院上海201900)

摘　要:对宝钢2号连铸机现场数据的采样分析结果表明:连铸坯在线宽度对结晶器综合传热系数没有影响。钢水过热度对综合传热系数也影响不大, 但拉坯速度对综合传热系数的影响很明显, 保护渣可有效地控制结晶器的冷却强度和冷却均匀性, 是消除铸坯纵裂的主要手段。关键词:连铸结晶器; 传热系数

中图分类号:T F 777. 1　　文献标识码:A 　　文章编号:1001-0963(2000) 02-0021-04

Quantitative Analysis for Integrated Heat Transfer

Coefficient in Continuous Casting Mould

ZHANG Chen , 　WAN G Yue-qiang , 　CAI De-x iang

ZHU Zu-min , 　WANG W en-zhong

Steel Gr oup Co rpo ration, Shang hai 201900, China)

Abstract :T he analysis by sampling da ta o f N o . 2caster Bao Steel show s that the integr ated heat t ransfer coefficient is independent o f the width of slabs , and the effect o f super heat is not clear , but the effect of casting speed is ver y o bv io us. M ould pow der ca n contr ol the co oling intensity and co oling unifo rmity effectively, and eliminate lo ng itudinal cr ack of sla bs. Key words :mo uld ; heat t ransfer co efficient

符　号　总　表

　　a ——铸坯导温系数, m 2/s ; 　　B ——铸坯传热面尺寸, m; 　　C ——无因次冷却强度; 　　c w ——水的比热容, J/(g ・℃) ; 　　F ——冷却水流量, m 3/s;

　　K ——综合传热系数, W /(m 2・℃) ; 　　L ——结晶器有效长度, m ;

　　Q , Q N ——热流量和规格化热流量, W ; 　　q ——热流密度, W/m 2; 　　t m ——钢水温度, ℃; 　　t s ——钢水凝固温度, ℃;

　　t w ——冷却水温度, ℃; 　　t in , t out ——进、出水温度, ℃;

　　S i ——结晶器、气隙、固渣层、液渣层和坯壳的厚度(下

角i =1～5, 按顺序分别代表这5项) , m;

　　v c ——拉坯速度, m /s ;

　　 ——铸坯平均导热系数, W/(m ・℃) ;

3　　 w ——水的密度, g /m ;

122

21

(1. N o rtheaster n U niver sity , Shenyang 110006, China ; 　2. Baoshan Iro n &

　　 1, 2——冷却水与结晶器和钢水与坯壳之间的对流传

热系数, W /(m 2・℃) ;

　　 i ——结晶器、气隙、固渣层、液渣层和坯壳的导热系

数, W /(m ・℃) 。

作者简介:张　晨(1971-) , 男, 博士后, 讲师; 　　收稿日期:1999-02-25; 　　修订日期:1999-12-28

2000年　　　　　　　　　　　　　　　　　钢　铁　研　究　学　报　　　　　　　　　　　　　　　　　第12卷

　　纵裂是危害连铸板坯表面质量的主要因素之一。纵裂增加了铸坯的表面处理工序, 严重时甚至造成整块铸坯的报废。1998年, 宝山钢铁集团公司(以下简称宝钢) 炼钢厂铸坯纵裂发生率居前10位的钢种如表1所示。从表中可以看出, 在宝钢连铸过程中纵裂仍十分频繁, 其中JT 5429C 1钢纵裂发生率相对指数竟高达3. 78。除一个钢种外, 这些钢种均属于中碳钢([C]=0. 08%～0. 16%) 。中碳钢在钢水凝固温度下发生如下包晶反应:　　　　　　 Fe +L → Fe

(1)

[1]

　　可以看出, 传热系数是衡量钢水在结晶器内冷却强度的理想指标。传热系数增大, 热流密度随之增加, 冷却强度提高。

1. 2　实验计算公式

　　以宝钢2号连铸机为例讨论了影响结晶器内钢水传热系数的因素。传热系数是通过现场实测结晶器进出冷却水温度、水流量和拉坯速度等工艺参数后计算得到的, 采样周期为10s 。计算步骤如下:冷却水带走的热量:

　　　　Q =F ・ w ・c w (t out -t in ) 规格化热流量:　　Q N = ・t s m /s 。

无因次冷却强度:　　　　C =

0.

68Q N

1/0. 325

2

(4)

另外, 伴随着 Fe → Fe 转变还有0. 38%的线收缩。如此大的收缩量, 一旦坯壳厚度不均匀就会在最薄弱处形成应力集中并引起裂纹, 而且裂纹在二冷区继续扩展, 最终导致纵裂。这种引起裂纹的应力主要来自凝固相变产生的收缩应力, 因此控制铸坯在结晶器内的冷却速度是抑制纵裂最有效的手段, 宝钢炼钢厂通过综合传热系数来反映结晶器冷却强度。

表1　1998年宝钢炼钢厂铸坯纵裂发生率

居前10位的钢种

Table 1　Statistic of preceding 10steel types with longitu -dinal crack of Bao Steel in 1998

序号1

2345678910

钢种JT 5429C 1AR4230E5DQ 1680H 1IV5936E1JT 5493C1JV5939E1JT 6520A 1JT 4427A 1M S 5144C 1PU 5728A1

炉数79. 53. 04. 04. 52. 0282. 014. 027. 08. 0326. 5

铸坯数量

块[***********]345893496

纵裂相对指数3. 782. 041. 751. 631. 491. 461. 341. 231. 101. 00

v c ・L /a ・B (5)

-6

在此, 和a 分别取为30W/(m ・℃) 和5. 78×10

(6)

图1　钢水在结晶器内的传热冷却过程Fig . 1　Temperature distribution in mould

1　综合传热系数

1. 1　基本理论公式

　　钢水在结晶器内的传热冷却过程如图1所示。由于在横向上钢水温度梯度最大, 故可将此过程看作一维传热, 其热流密度为:　　　　　　q =K (t m -t w )

综合传热系数(以下简称传热系数) 为:

　　　　　　K =

i + +1i 2

(2) (3)

传热系数:　　　　K =

C

・v c ・ /(a ・L )

2

(7)

2　结果分析

　　对于同一台连铸机, 设备因素对传热系数的影响是恒定的, 因此本实验主要考查铸坯的断面尺寸、拉坯速度、钢水过热度及保护渣成分等可变因素对

传热系数的影响。2. 1　铸坯断面尺寸

　　宝钢炼钢厂连铸机具有在线调宽的功能。如图

第2期　　　　　　　　　　　　　张　晨等:连铸结晶器综合传热系数的定量分析　　　　　　　　　　　　　4月

2所示, 在拉坯速度基本不变的情况下, 可将铸坯宽面尺寸由1600mm 降到1400m m 、1300mm 乃至1250mm , 但从窄面尺寸保持在250m m 不变。虽然铸坯宽面传热系数略呈增长趋势, 但窄面情况相似可以判定出此趋势并非因铸坯断面尺寸变化而引起, 也就是说铸坯断面尺寸对传热系数没有影响。这

和传热系数与面积无关的概念是吻合的。

图3　拉坯速度对传热系数的影响

Fig . 3　Eff ect of casting speed on heat transfer coef

ficient

图2　铸坯断面尺寸对传热系数的影响

Fig . 2　Ef f ect of section size on heat transf er coef f icient

2. 2　拉坯速度

　　由图3看出, 传热系数随拉坯速度改变而变化的趋势很明显。拉坯速度提高, 单位时间内由钢水带入的热量增加, 因此传热系数随之增大。值得一提的是, 当拉坯速度降低到一定程度并维持恒定时, 传热系数并没有随之稳定, 而仍呈持续下降趋势。因为在正常拉坯速度条件下, 结晶器的锥度与坯壳的收缩量总保持着最佳吻合状态, 使结晶器下部气隙不增大。但当拉坯速度下降时, 由于坯壳在结晶器内的停留时间相应延长, 使坯壳退出结晶器时的收缩量进一步增加, 致使坯壳与结晶器壁之间的气隙加大。此时即使恒定拉坯速度, 由于坯壳厚度还未达到与此拉坯速度相平衡的数值, 因此坯壳的收缩仍要持续一段时间, 故表现出传热系数的下降“惯性”。由图3估测出, 3～6min 后传热系数才停止下降。2. 3　钢水过热度

　　相比之下, 钢水过热度对传热系数的影响不如拉坯速度明显, 但仍表现出传热系数随钢水过热度增加而增大的趋势(见图4)

。由于钢水温度是人工

图4　钢水过热度对传热系数的影响

Fig . 4　Eff ect of superheat on heat transfer coef ficient

间歇测定的, 故不能连续采集, 图中示出了各测温时刻钢水的过热度值。生产工艺决定了钢水过热度一般维持在20～30℃, 过热度太高, 不但能耗增加, 炉衬寿命缩短, 而且给连铸结晶器冷却带来很大压力; 过热度太低则易造成钢水结瘤, 不利于夹杂物上浮, 恶化甚至中止连铸的进行。因此钢水温度不可能有太大的波动, 即抑制了过热度对传热系数的影响。2. 4　保护渣

　　经上述分析可知, 在可变因素中对传热系数影响最大的工艺参数是拉坯速度。虽然控制拉坯速度可保证结晶器内适宜的散热, 但更希望通过其他手

2000年　　　　　　　　　　　　　　　　　钢　铁　研　究　学　报　　　　　　　　　　　　　　　　　第12卷

段来控制结晶器的传热, 实现减少铸坯缺陷、提高拉坯速度的目的。由图1可知, 在结晶器散热过程中, 器壁和坯壳间形成的渣膜对传热系数的控制起着重要作用。液渣在弯月面流入过程中, 靠近结晶器一侧因温降大形成固渣层, 而坯壳一侧因温度较高仍为液态。液渣层与坯壳间接触较好, 界面热阻相对较小。而固渣层与结晶器壁间却存在接触气隙, 通常厚达20～50 m 。该界面热阻约占总热阻的70%。此外, 固渣层内部形态结构也对传热有着不可忽视的作用。固渣层内部大体分为两层:结晶器一侧为玻璃态, 坯壳一侧为结晶态。玻璃态渣的辐射传热率明显高于结晶态渣, 一般后者热阻为2(m 2・℃) /kW , 而前者仅为0. 5(m 2・℃) /kW [4]。因此, 不同冶金性能的保护渣其控制结晶器内传热的能力不同。　　作者对宝钢炼钢厂2号连铸机进行了连续98炉生产数据的采集。统计结果表明, 在连铸过程中, 多数情况下铸坯两个宽面的传热系数基本上保持一致。两个窄面也是如此, 但有时略有偏差, 这与现场操作水平(如水口定位、添加保护渣的均匀性) 有关。

[2]

[3]

然而铸坯宽面与窄面的传热系数却因钢种不同而异。如图3所示, 200min 前为低碳钢, 之后改为中碳钢。中碳钢铸坯的宽面传热系数总是大于窄面, 通常相差200W/(m ・℃) 左右。而低碳钢或超低碳钢铸

坯宽窄两面的传热系数却始终相差不大。这是因为中碳钢的线收缩量较大, 在拉坯过程中铸坯窄面逐渐脱离了结晶器壁面, 而宽面却在钢水静压力的作用下继续与结晶器壁保持良好的接触, 因此出现两面传热系数差值增大的现象。而低碳钢或超低碳钢因线收缩量较小, 铸坯四面始终与结晶器壁保持良好的接触, 故传热系数基本上无差别。铸坯宽窄面传热系数的差异除与钢种的凝固收缩量有关外, 还与保护渣的冶金性能有关。在表2的3种渣中, C 渣能有效控制传热系数, 缩小铸坯宽窄面的传热差异。生产实践表明, 用A 渣时铸坯纵裂的发生率远高于用

可见保护渣对控制传热、抑制纵裂起着重要的C 渣。

作用。但铸坯宽窄面传热系数的差别与铸坯纵裂是否存在某种关系还需进一步研究。

2

表2　保护渣的成分和冶金性能

Table 2　Composition and met allurgical perf ormance of mould powder

成　　分/%

渣型

CaO 39. 7037. 0137. 76

S iO 231. 1231. 0528. 76

Al 2O 36. 065. 354. 81

Na 2O 7. 999. 9312. 10

F 8. 287. 539. 01

TC 3. 13. 24. 6

碱度1. 281. 191. 31

半球点温度/℃[1**********]4

粘度/Pa ・s (1300℃) 0. 080. 160. 10

冶　金　性　能

平均传热系数 /W ・m -2・℃-1宽面[1**********]

窄面900850800

差值200150100

A B C

　　　　　　 在整个观察时间内传热系数的平均值。

39-44.

[2]　Yamau chi A, Sorimach i K, S ak uraya T , et al. Heat Tr ans fer

between M old and Strand th rough M old Flux Film in Continu-ous Cas ting of Steel [J ]. IS IJ International, 1993, 33(1) :140-147.

[3]　反町健一, 由内章. 　　　造　型 ! 近傍 ! ∀

! ∀#介 　　　・　　　　[J]. 川崎　　技　, 1996, 28(1) :59-65.

[4]　Jenkins M S. Ch aracterisation of Heat Tr ans fer in a Continu-ous Cas ting M old [A]. Iron and Steel Society. Steelmak ing Conference Proceedings [C ]. Nash ville :the Iron and Steel So-ciety Publishers, 1995. 315-320.

3　结　论

　　(1) 铸坯断面尺寸对结晶器传热行为没有影响, 钢水过热度对其影响也不大, 但拉坯速度对其影响

却很明显。

　　(2) 保护渣对控制传热、抑制中碳钢铸坯的纵裂起着重要作用。它不但可以改变综合传热系数的大小, 而且也决定了铸坯宽窄面传热量的均匀性。

参考文献:

[1]　蔡开科. 连铸坯凝固过程中裂纹的成因[J ]. 连铸, 1994, (2) :

第12卷第2期2000年4月

　　　　　　　　　

　　　　钢铁研究学报

JO U RN A L OF IRO N A ND ST EEL RESEA RCH

V ol. 12, N o. 2　A pr. 2000

连铸结晶器综合传热系数的定量分析

张　晨1, 　汪钺强2, 　蔡得祥2　朱祖民2　王文忠1

(1. 东北大学材料与冶金学院, 辽宁沈阳110006; 　2. 宝山钢铁集团公司钢铁研究院上海201900)

摘　要:对宝钢2号连铸机现场数据的采样分析结果表明:连铸坯在线宽度对结晶器综合传热系数没有影响。钢水过热度对综合传热系数也影响不大, 但拉坯速度对综合传热系数的影响很明显, 保护渣可有效地控制结晶器的冷却强度和冷却均匀性, 是消除铸坯纵裂的主要手段。关键词:连铸结晶器; 传热系数

中图分类号:T F 777. 1　　文献标识码:A 　　文章编号:1001-0963(2000) 02-0021-04

Quantitative Analysis for Integrated Heat Transfer

Coefficient in Continuous Casting Mould

ZHANG Chen , 　WAN G Yue-qiang , 　CAI De-x iang

ZHU Zu-min , 　WANG W en-zhong

Steel Gr oup Co rpo ration, Shang hai 201900, China)

Abstract :T he analysis by sampling da ta o f N o . 2caster Bao Steel show s that the integr ated heat t ransfer coefficient is independent o f the width of slabs , and the effect o f super heat is not clear , but the effect of casting speed is ver y o bv io us. M ould pow der ca n contr ol the co oling intensity and co oling unifo rmity effectively, and eliminate lo ng itudinal cr ack of sla bs. Key words :mo uld ; heat t ransfer co efficient

符　号　总　表

　　a ——铸坯导温系数, m 2/s ; 　　B ——铸坯传热面尺寸, m; 　　C ——无因次冷却强度; 　　c w ——水的比热容, J/(g ・℃) ; 　　F ——冷却水流量, m 3/s;

　　K ——综合传热系数, W /(m 2・℃) ; 　　L ——结晶器有效长度, m ;

　　Q , Q N ——热流量和规格化热流量, W ; 　　q ——热流密度, W/m 2; 　　t m ——钢水温度, ℃; 　　t s ——钢水凝固温度, ℃;

　　t w ——冷却水温度, ℃; 　　t in , t out ——进、出水温度, ℃;

　　S i ——结晶器、气隙、固渣层、液渣层和坯壳的厚度(下

角i =1～5, 按顺序分别代表这5项) , m;

　　v c ——拉坯速度, m /s ;

　　 ——铸坯平均导热系数, W/(m ・℃) ;

3　　 w ——水的密度, g /m ;

122

21

(1. N o rtheaster n U niver sity , Shenyang 110006, China ; 　2. Baoshan Iro n &

　　 1, 2——冷却水与结晶器和钢水与坯壳之间的对流传

热系数, W /(m 2・℃) ;

　　 i ——结晶器、气隙、固渣层、液渣层和坯壳的导热系

数, W /(m ・℃) 。

作者简介:张　晨(1971-) , 男, 博士后, 讲师; 　　收稿日期:1999-02-25; 　　修订日期:1999-12-28

2000年　　　　　　　　　　　　　　　　　钢　铁　研　究　学　报　　　　　　　　　　　　　　　　　第12卷

　　纵裂是危害连铸板坯表面质量的主要因素之一。纵裂增加了铸坯的表面处理工序, 严重时甚至造成整块铸坯的报废。1998年, 宝山钢铁集团公司(以下简称宝钢) 炼钢厂铸坯纵裂发生率居前10位的钢种如表1所示。从表中可以看出, 在宝钢连铸过程中纵裂仍十分频繁, 其中JT 5429C 1钢纵裂发生率相对指数竟高达3. 78。除一个钢种外, 这些钢种均属于中碳钢([C]=0. 08%～0. 16%) 。中碳钢在钢水凝固温度下发生如下包晶反应:　　　　　　 Fe +L → Fe

(1)

[1]

　　可以看出, 传热系数是衡量钢水在结晶器内冷却强度的理想指标。传热系数增大, 热流密度随之增加, 冷却强度提高。

1. 2　实验计算公式

　　以宝钢2号连铸机为例讨论了影响结晶器内钢水传热系数的因素。传热系数是通过现场实测结晶器进出冷却水温度、水流量和拉坯速度等工艺参数后计算得到的, 采样周期为10s 。计算步骤如下:冷却水带走的热量:

　　　　Q =F ・ w ・c w (t out -t in ) 规格化热流量:　　Q N = ・t s m /s 。

无因次冷却强度:　　　　C =

0.

68Q N

1/0. 325

2

(4)

另外, 伴随着 Fe → Fe 转变还有0. 38%的线收缩。如此大的收缩量, 一旦坯壳厚度不均匀就会在最薄弱处形成应力集中并引起裂纹, 而且裂纹在二冷区继续扩展, 最终导致纵裂。这种引起裂纹的应力主要来自凝固相变产生的收缩应力, 因此控制铸坯在结晶器内的冷却速度是抑制纵裂最有效的手段, 宝钢炼钢厂通过综合传热系数来反映结晶器冷却强度。

表1　1998年宝钢炼钢厂铸坯纵裂发生率

居前10位的钢种

Table 1　Statistic of preceding 10steel types with longitu -dinal crack of Bao Steel in 1998

序号1

2345678910

钢种JT 5429C 1AR4230E5DQ 1680H 1IV5936E1JT 5493C1JV5939E1JT 6520A 1JT 4427A 1M S 5144C 1PU 5728A1

炉数79. 53. 04. 04. 52. 0282. 014. 027. 08. 0326. 5

铸坯数量

块[***********]345893496

纵裂相对指数3. 782. 041. 751. 631. 491. 461. 341. 231. 101. 00

v c ・L /a ・B (5)

-6

在此, 和a 分别取为30W/(m ・℃) 和5. 78×10

(6)

图1　钢水在结晶器内的传热冷却过程Fig . 1　Temperature distribution in mould

1　综合传热系数

1. 1　基本理论公式

　　钢水在结晶器内的传热冷却过程如图1所示。由于在横向上钢水温度梯度最大, 故可将此过程看作一维传热, 其热流密度为:　　　　　　q =K (t m -t w )

综合传热系数(以下简称传热系数) 为:

　　　　　　K =

i + +1i 2

(2) (3)

传热系数:　　　　K =

C

・v c ・ /(a ・L )

2

(7)

2　结果分析

　　对于同一台连铸机, 设备因素对传热系数的影响是恒定的, 因此本实验主要考查铸坯的断面尺寸、拉坯速度、钢水过热度及保护渣成分等可变因素对

传热系数的影响。2. 1　铸坯断面尺寸

　　宝钢炼钢厂连铸机具有在线调宽的功能。如图

第2期　　　　　　　　　　　　　张　晨等:连铸结晶器综合传热系数的定量分析　　　　　　　　　　　　　4月

2所示, 在拉坯速度基本不变的情况下, 可将铸坯宽面尺寸由1600mm 降到1400m m 、1300mm 乃至1250mm , 但从窄面尺寸保持在250m m 不变。虽然铸坯宽面传热系数略呈增长趋势, 但窄面情况相似可以判定出此趋势并非因铸坯断面尺寸变化而引起, 也就是说铸坯断面尺寸对传热系数没有影响。这

和传热系数与面积无关的概念是吻合的。

图3　拉坯速度对传热系数的影响

Fig . 3　Eff ect of casting speed on heat transfer coef

ficient

图2　铸坯断面尺寸对传热系数的影响

Fig . 2　Ef f ect of section size on heat transf er coef f icient

2. 2　拉坯速度

　　由图3看出, 传热系数随拉坯速度改变而变化的趋势很明显。拉坯速度提高, 单位时间内由钢水带入的热量增加, 因此传热系数随之增大。值得一提的是, 当拉坯速度降低到一定程度并维持恒定时, 传热系数并没有随之稳定, 而仍呈持续下降趋势。因为在正常拉坯速度条件下, 结晶器的锥度与坯壳的收缩量总保持着最佳吻合状态, 使结晶器下部气隙不增大。但当拉坯速度下降时, 由于坯壳在结晶器内的停留时间相应延长, 使坯壳退出结晶器时的收缩量进一步增加, 致使坯壳与结晶器壁之间的气隙加大。此时即使恒定拉坯速度, 由于坯壳厚度还未达到与此拉坯速度相平衡的数值, 因此坯壳的收缩仍要持续一段时间, 故表现出传热系数的下降“惯性”。由图3估测出, 3～6min 后传热系数才停止下降。2. 3　钢水过热度

　　相比之下, 钢水过热度对传热系数的影响不如拉坯速度明显, 但仍表现出传热系数随钢水过热度增加而增大的趋势(见图4)

。由于钢水温度是人工

图4　钢水过热度对传热系数的影响

Fig . 4　Eff ect of superheat on heat transfer coef ficient

间歇测定的, 故不能连续采集, 图中示出了各测温时刻钢水的过热度值。生产工艺决定了钢水过热度一般维持在20～30℃, 过热度太高, 不但能耗增加, 炉衬寿命缩短, 而且给连铸结晶器冷却带来很大压力; 过热度太低则易造成钢水结瘤, 不利于夹杂物上浮, 恶化甚至中止连铸的进行。因此钢水温度不可能有太大的波动, 即抑制了过热度对传热系数的影响。2. 4　保护渣

　　经上述分析可知, 在可变因素中对传热系数影响最大的工艺参数是拉坯速度。虽然控制拉坯速度可保证结晶器内适宜的散热, 但更希望通过其他手

2000年　　　　　　　　　　　　　　　　　钢　铁　研　究　学　报　　　　　　　　　　　　　　　　　第12卷

段来控制结晶器的传热, 实现减少铸坯缺陷、提高拉坯速度的目的。由图1可知, 在结晶器散热过程中, 器壁和坯壳间形成的渣膜对传热系数的控制起着重要作用。液渣在弯月面流入过程中, 靠近结晶器一侧因温降大形成固渣层, 而坯壳一侧因温度较高仍为液态。液渣层与坯壳间接触较好, 界面热阻相对较小。而固渣层与结晶器壁间却存在接触气隙, 通常厚达20～50 m 。该界面热阻约占总热阻的70%。此外, 固渣层内部形态结构也对传热有着不可忽视的作用。固渣层内部大体分为两层:结晶器一侧为玻璃态, 坯壳一侧为结晶态。玻璃态渣的辐射传热率明显高于结晶态渣, 一般后者热阻为2(m 2・℃) /kW , 而前者仅为0. 5(m 2・℃) /kW [4]。因此, 不同冶金性能的保护渣其控制结晶器内传热的能力不同。　　作者对宝钢炼钢厂2号连铸机进行了连续98炉生产数据的采集。统计结果表明, 在连铸过程中, 多数情况下铸坯两个宽面的传热系数基本上保持一致。两个窄面也是如此, 但有时略有偏差, 这与现场操作水平(如水口定位、添加保护渣的均匀性) 有关。

[2]

[3]

然而铸坯宽面与窄面的传热系数却因钢种不同而异。如图3所示, 200min 前为低碳钢, 之后改为中碳钢。中碳钢铸坯的宽面传热系数总是大于窄面, 通常相差200W/(m ・℃) 左右。而低碳钢或超低碳钢铸

坯宽窄两面的传热系数却始终相差不大。这是因为中碳钢的线收缩量较大, 在拉坯过程中铸坯窄面逐渐脱离了结晶器壁面, 而宽面却在钢水静压力的作用下继续与结晶器壁保持良好的接触, 因此出现两面传热系数差值增大的现象。而低碳钢或超低碳钢因线收缩量较小, 铸坯四面始终与结晶器壁保持良好的接触, 故传热系数基本上无差别。铸坯宽窄面传热系数的差异除与钢种的凝固收缩量有关外, 还与保护渣的冶金性能有关。在表2的3种渣中, C 渣能有效控制传热系数, 缩小铸坯宽窄面的传热差异。生产实践表明, 用A 渣时铸坯纵裂的发生率远高于用

可见保护渣对控制传热、抑制纵裂起着重要的C 渣。

作用。但铸坯宽窄面传热系数的差别与铸坯纵裂是否存在某种关系还需进一步研究。

2

表2　保护渣的成分和冶金性能

Table 2　Composition and met allurgical perf ormance of mould powder

成　　分/%

渣型

CaO 39. 7037. 0137. 76

S iO 231. 1231. 0528. 76

Al 2O 36. 065. 354. 81

Na 2O 7. 999. 9312. 10

F 8. 287. 539. 01

TC 3. 13. 24. 6

碱度1. 281. 191. 31

半球点温度/℃[1**********]4

粘度/Pa ・s (1300℃) 0. 080. 160. 10

冶　金　性　能

平均传热系数 /W ・m -2・℃-1宽面[1**********]

窄面900850800

差值200150100

A B C

　　　　　　 在整个观察时间内传热系数的平均值。

39-44.

[2]　Yamau chi A, Sorimach i K, S ak uraya T , et al. Heat Tr ans fer

between M old and Strand th rough M old Flux Film in Continu-ous Cas ting of Steel [J ]. IS IJ International, 1993, 33(1) :140-147.

[3]　反町健一, 由内章. 　　　造　型 ! 近傍 ! ∀

! ∀#介 　　　・　　　　[J]. 川崎　　技　, 1996, 28(1) :59-65.

[4]　Jenkins M S. Ch aracterisation of Heat Tr ans fer in a Continu-ous Cas ting M old [A]. Iron and Steel Society. Steelmak ing Conference Proceedings [C ]. Nash ville :the Iron and Steel So-ciety Publishers, 1995. 315-320.

3　结　论

　　(1) 铸坯断面尺寸对结晶器传热行为没有影响, 钢水过热度对其影响也不大, 但拉坯速度对其影响

却很明显。

　　(2) 保护渣对控制传热、抑制中碳钢铸坯的纵裂起着重要作用。它不但可以改变综合传热系数的大小, 而且也决定了铸坯宽窄面传热量的均匀性。

参考文献:

[1]　蔡开科. 连铸坯凝固过程中裂纹的成因[J ]. 连铸, 1994, (2) :