连铸坯的凝固与传热过程研究

    摘要：凝固过程实质是传热过程，钢水的凝固实际上是一个强制冷却、加速钢液传热的过
程。钢水从结晶器开始凝固，使铸坯形成均匀且具有一定厚度的坯壳，保证足够的强度。凝
固过程是在凝固温度区间液体转变为固体的加工过程，已凝固坯壳的冷却是经历形变

“热处

理

”过程。

　　关键词：凝固；结晶器；二冷系统；传热

　　二、结晶器冷却
　　

1 结晶器的热交换

　　结晶器是一个非常强的热交换器，结晶器

 内坯壳厚度的生长取决于钢水向结晶器冷却

水的传热速率，而传热速率又受到整个过程所需克服的热阻影响，热阻包括：
　　（

1）钢水与坯壳界面的对流传热；

　　（

2）凝固壳本身的传导传热；

　　（

3）坯壳与铜管界面的热阻，坯壳 26%、气隙 71%、铜管壁 1%。气隙起到决定性作用。

坯壳厚度与凝固时间成平方根关系

 ；

　　（

4）结晶器铜壁的热传导；

　　（

5）冷却水与结晶器铜管壁的热传导。

　　

2 铸坯在结晶器内的凝固可用平方根公式计算

　　

3 结晶器长度的确定

　　确定结晶器长度的主要依据是铸坯出结晶器下口时的坯壳最小厚度。若坯壳过薄，铸坯
就会出现鼓肚变形，甚至拉漏。对于大断面铸坯，要求坯壳厚度大于

15mm；小断面铸坯为

8～10mm。结晶器长度一般在 700～900 比较合适；但也有 1200mm 长的；现在大多数倾向
于把结晶器长度增加到

900mm，以适应高拉速的需要。理论计算表明，结晶器热量的 50%

是从上部导出的，结晶器下部只起到支持作用；因而过长的结晶器无益于坯壳的增厚，所
以没有必要选用过长的结晶器。
　　

4 结晶器的倒锥度

　　

5 影响结晶器传热的因素

　　（

1）坯壳、坯壳与结晶器壁之间气隙、结晶器壁、结晶器与冷却水间界面。

　　（

2）设计参数对结晶器传热的影响

　　结晶器锥度、结晶器长度、结晶器内表面形状、结晶器材质、结晶器壁厚度。
　　（

3）操作工艺对结晶器传热的影响：

　　拉速、过热度、结晶器润滑剂、结晶器冷却
　　水流速和温度

.

　　三、二冷区冷却
　　

1 在二冷区内铸坯的冷却情况与在结晶器内有很大的不同

　　在二冷区，主要的散热方式是表面喷水强制冷却。特别是铸坯在二冷区每一个辊距（即
两个相邻夹辊与坯壳表面切点之间的距离）之内，都要周期性地通过四种不同的冷却区域
分别是段为空冷区、水冷区、空水混冷区、辊冷区。
　　

2 二冷的设计原则