发布时间 : 星期五 文章连铸坯产生质量问题的原因 - 图文更新完毕开始阅读8cb12d3267ec102de2bd89f1
T1=TC一TL
(2)凝固潜热。不同的钢种凝固潜热是不同的： T2=TL一TS
低碳钢的潜热为310KJ/kg，潜热放出的速率，直接关系到连铸生产率； (3)物理显热。钢从固相线温度冷却到室温所放出的热量。
显热的释放过程比较复杂，在冶金长度内，铸坯坯壳在很长一段时间是由喷水冷却的，而后一段空冷区是靠热辐射冷却的。外壳边冷却边接受坯芯传出的热量。铸坯完全凝固后，铸坯继续向空气中辐射热量，使铸坯表面温度上升并且均匀化。 41.钢液冷却的动力是什么?
首先，钢液在结晶器内通过传热消除过热，紧贴结晶器壁的那部分钢液由液相转变到固相，发生相变结晶，形成初生坯壳。
铸坯凝固过程的冷却动力就是温度梯度。液芯温度为TC，凝固前沿为TL，初生壳为TS，结晶器铜板外壳是冷却水温，外壳表面水温在沸点以下，因此绝不会接近或超过100℃，即在核态沸腾区以下。在很短的距离内，温度差值约1400℃，温度梯度很大。巨大的温度梯度，产生强烈的对流和传导。
42.在结晶器区段内，传热有几个渠道?
(1)浇铸和搅拌会引起钢液的运动，因而引起热的对流； (2)钢液与结晶器壁接触受冷凝固，形成初生坯壳； (3)弯月面以下坯壳与器壁之间有传导传热； (4)坯壳内部因温度梯度而从内向外的热传导； (5)钢液与凝固壳在两相区的传热；
(6)冷却水与结晶器外壁之间的传导和结晶器铜板很短距离内的强烈的传热。 43.结晶器壁传热过程是怎样的?
(1)在结晶器口下100～140mm处，称为弯月面，钢液与结晶器铜板有压力接触。此处是靠结晶器壁传热的，此处传热效率最高。不过在钢水和器壁之间，还有很薄的一层熔渣和润滑剂，对传热有些影响，初生坯壳就从弯月面开始生长。
结晶器壁具有良好的导热性，只需要结晶器壁很薄，热阻很小，相当于传热系数为2W/cm·℃，这是一种传导传热。
(2)凝固壳与结晶器壁之间的传热，钢水在弯月面处冷却速度高达100℃/s，据测定钢液弯月面处的结晶器热流密度高达1.5～2.0MW/m·℃。
(3)冷却水与结晶器壁的对流传热。冷却水通过强制对流，把结晶器壁的热量迅速带走，当水流达到6m/s时，传热系数Hw=4W/cm·℃，结晶器内冷却水不会产生沸腾现象。 44.凝固壳的传导传热是怎样进行的?
凝固壳的传导传热是在坯壳内进行的，是单方向的，坯壳内温度梯度可达550℃/m。 45.钢液与铸坯凝固壳界面的对流传热是怎样进行的?
钢液与铸坯凝固壳界面的对流传热。钢液由中间包水口向结晶器内不断注入，引起结晶器内钢液的对流运输，对流会把钢液的过热传给凝固的坯壳，对已凝固的坯壳产生冲刷作用，使其减薄，达到热交换行为。实践表明，当钢水过热度每增高10℃，凝壳就减薄2mm，可见过热度高的钢水既影响铸坯质量(中心偏析等)，又影响铸机效率(控制拉速，以防拉漏)。 46.二冷区传热有什么特点?
铸坯在二冷区有约60％的热量放出，二冷区铸坯表面热量传递方式有： (1)冷却水的蒸发和冷却水加热带走热量占58％；
(2)铸坯表面辐射占25％，辊子与铸机的接触传热占17％。 可用对流传热方程来描述这一过程：
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φ=h(TS—TW)
式中φ——热流，W/cm；
h——二冷区综合传热系数，W/cm·℃； TS——铸坯表面温度，℃； TW——冷却水温度，℃。 47.什么是二冷区传热效率?
二冷区喷水冷却是一个复杂的传热过程，一般采用铸坯表面与冷却水之间的传热系数h来表示二冷区冷却能力，h大则传热效率高。传热系数与单位时间、单位面积的冷却水量W(水流密度)的关系，以经验公式表示： h=AWn
式中A、n——常数，n=0.5～0.7； W一水流密度，t/(m·min)。 48.空冷区传热如何计算?
铸坯在空冷区传热主要是向空中辐射传热。故空冷区导出的热流由下式计算： φ=δ·ε·[(TS+273)一(T0+273)] 式中φ——空冷区平均热流，W/m； TS——铸坯表面温度，℃； T0——空气的温度，℃； δ——表面辐射系数；
ε——斯蒂芬-波耳兹曼常数，5.76×10,W/m·K 49.连铸二次冷却工艺控制与电磁搅拌有什么关系?
二冷区电磁搅拌和末端电磁搅拌效果与铸坯液芯直径有很大关系，而在线测量液芯直径是很困难的，一般通过了解二冷制度，并通过数学模型计算液芯，然后通过试验来检验。
一方面，搅拌器安装位置要与冷却相匹配；另一方面，搅拌器安装以后，可以适当调节二冷水量，来与搅拌器匹配，以求得最好的搅拌效果。 50.铸坯初生结晶形成有什么特性?
一般认为，钢液温度降低到1535℃时就有晶体析出。在冷却铜管，这种晶体会落脚于不平的管壁表面，形成基底；还有一部分自由悬浮，因重力作用下落或被钢液的流场卷起。
铜管受到冷却水的强烈冲刷，形成很大的温度梯度场，即产生冷却动力，结晶核心具有冷却优势，于是以晶核为基底就产生初生坯壳。
由于冷却的不均匀性，坯壳中的一部分柱状晶得到快速发展，并生成侧晶、一次侧晶、二次侧晶等，我们叫树枝状晶。而越是发达的柱状晶，越是具有冷却优势，生长会更快。而自由晶的一部分可能被凝固前沿粥状区所俘获，另一部分自由悬浮或下落到熔池底部。
坯壳在出结晶器口后，被二冷区喷淋水直接冷却，柱状晶的发展，可能会产生“搭桥”效果，形成所谓穿晶结构，这种现象对连铸坯是十分有害的。它的存在，会使铸坯产生一种“小钢锭”结构，会加重中心偏析和缩孔，见图2—2、图2—3。
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51.结晶还可能出现哪些缺陷?
(1)结晶器不同位置在正常凝固时，首先会在弯月面处形成初生壳，壳体紧贴结晶器铜管的四壁(图2—4a)，到结晶器中部时，因凝固壳收缩，坯壳与铜板平面之间会形成一个很小的空隙(图2—4b)。空隙的产生，会大大降低传热效果，缝隙可能会被熔融的保护渣或润滑剂所填充，以改善传热。在结晶器出口处，因凝固收缩空隙应当增大(图2—4c)，但由于结晶器的倒锥角关系，坯壳与铜板不能完全脱离。
在结晶器的中部，坯壳一方面受收缩力的作用，离开铜板；另一方面受到钢水静压力而向外扩张(靠近铜管壁)，这个过程是一种不稳定过程。如果有电磁搅拌力让钢水旋转起来，则离心力会给铸坯初生壳更大压力，使其紧贴铜管管壁。
电磁旋转力会使液芯内部过热钢水作强烈的热对流运动，会使初生壳重熔，一方面影响了坯壳的成长，这对柱晶生长是不利的；另一方面却使弯月面附近热传递加快4～6倍，因而最终会改善凝固结构。
(2)实际上没有电磁搅拌时，结晶器内初生壳生成是不理想的，一方面冷却存在不均匀问题；另一方面，注流从水口进入结晶器在结晶器这个方柱体内(等似)是不均匀的，即流场不对称，紊流的冲刷，使得坯壳生长不均匀，会出现如图2—5的情况，产生如下后果。
①初生壳不均匀，是表面和次表面裂纹的根源； ②初生壳不均匀，有拉漏的危险；
③冷却不均匀，使某些部位柱状晶得以快速发展，以致在二冷区“搭桥”。
为改善注流钢水的不良影响，要妥善地使用M—EMS，使旋转钢流成为主流场，控制由于注流紊流形成的冲刷。
结晶器段M—EMS的作用是：加快热交换，抑制初生柱状晶，增加等轴晶面积。可以改善铸坯中心的质量，也为F—EMS功能的发挥提供了很好的条件。
综上所述，铸坯表面质量和次表面质量取决于结晶器内凝固的环境和条件。一般从弯月面开始形成初生壳，到出结晶器口，铸坯厚度为：小方坯h=8～12mm，板坯h=12～15mm。表面的机械损伤(振痕)、气泡、夹杂、皮下夹杂，裂纹等都与结晶器的条件有关。
振痕是由机械来调整的，而夹渣与中间包衬、水口材料、保护渣有关；夹渣的严重程度，与水口浸入深度和液面稳定性有很大关系，如钢种对铸坯要求高，则必须加液面控制和恒拉速控制系统。
为了减轻夹杂并改善裂纹，控制铸坯表面质量，应当使用电磁搅拌器。
52.什么是连铸坯中心偏析?
连铸坯和模铸坯的区别就在于钢坯是直接轧制成材而不经开坯工序，因而产生了中心偏析，这在成品加工中是无法消除和补救的。
在某种连铸条件下，不同钢种出现客观偏析是由于溶质元素被连续地挤入液体内而导致连铸坯中心的凝固组织出现正偏析，这种中心线偏析或称轴向偏析，主要是在拉速高和中间罐内钢液过热度高且浇注高碳钢小方坯时比较严重。它的产生不难理解，溶质元素凝固温度低，因此它总是被先冷凝的坯壳往中心挤，以致富集起来。
溶质元素特别是碳，沿铸坯中心线的宏观偏析，在热加工或热处理后保留下来，并导致钢材最终产品机械性能不均匀。 53.如何分析偏析?
偏析的程度通常是在要求的区域内钻样分析后确定。取样方法有纵剖面中心取样和横剖面中心取样。钻头直径和钻孔深度对分析数据有重要影响，横剖面中心点偏析数据会偏大。 中心点是指几何对角线的中心点，有时取样在这点会碰到缩孔，而不得不偏移，这也对取样数据有影响。