凝固原理与连铸技术01 导论
连铸工艺、设备 - 02钢液凝固的基本原理
2.晶体的长大 ⑴晶体的生长方式 A.平面生长（正温度梯度条件下） 固体表面在宏观上看起来是平滑的，即固、液界面
呈平面状向液相推进。 B.树枝晶生长（负温度梯度条件下）
固体表面上的偶然凸起便可深入到液体中过冷度较 大的地方生长，形成一些伸长的晶柱并在侧面产生 分枝，形成树枝状晶体。 C.胞状生长（过冷度较小） 固相表面某些偶然凸出的部分可能会伸入过冷区长 大，但不能向纵深发展，使生长的界面介于平面和 树枝状之间，形成一种凹凸不平的类似胞状的结构。
铸坯的凝固就是两相区由铸坯表面逐渐 向铸坯中心推移的过程。
3.两相区的宽度ΔX主要取决于钢液的结晶
温
1
dT
度范围（dΔxT结晶 ）和凝固前沿熔体中的
温度梯度（dT∕dX）。
• 结晶温度范围越宽、钢液过热度越低和
铸坯表面冷却强度越小，则两相区越宽。 当ΔX较大时，晶粒度较大，反之则小。 晶粒度大，意味着树枝晶发达，发达的 树枝晶使凝固组织疏松，易形成气孔， 偏析也较严重。若要减小ΔX，应从加强 冷却强度入手并落实到具体的工艺措施 之中。
A.在液相中形成晶核时引起体积自由能的降低；
B.形成晶核时产生固、液交界面导致表面自由能的 增加。
• 系统获得的过冷度
越大，临界半径rk 越小，液态金属就 越容易结晶。
② 异质形核
• 依靠液体金属中已经存在的固、液相质点
形成晶核的过程。
• 实际上金属中或多或少都含有异相杂质，
故金属结晶时大都为异质形核。
度会回升，直到结晶停止进行，甚至有 时局部区域还会发生重熔现象。
二.结晶的动力学条件
1.晶核的形成
① 均质形核
在液相中直接产生晶核。即在一定的过冷度下， 液态金属中一些体积很小的近程有序排列的“原 子集团”转变成规则排列并稳定下来的坯胎晶核， 这一过程称为均质形核。
连铸基础理论课件
裂纹与夹杂物问题
裂纹
夹杂物
鼓肚与弯曲问题
鼓肚
鼓肚是指连铸坯在厚度方向上鼓出的现 象，主要由于结晶器内钢水热膨胀和凝 固收缩所致。为解决这一问题，可以优 化结晶器设计和操作，如降低冷却强度等。
VS
弯曲
连铸坯弯曲是由于钢水凝固过程中不均匀 收缩所致。为解决这一问题，可以调整引 锭杆的位置和速度，以及加强拉坯过程中 的矫直措施等。
表面质量与内部质量的问题
表面质量
内部质量
连铸过程中的生产事故及其预防措施
生产事故
预防措施
06
未来连铸技术的发展趋 势与研究方向
CHAPTER
提高生产效率与节能减排的措施
高效化生产
节能减排
优化工艺流程
智能化与自动化技术的应用与发展
智能化控制 自动化生产 信息化管理
新材料与新工艺的应用与研究热点
电磁搅拌
电磁搅拌是利用电磁力作用，使钢水在结晶器内产生旋转运动，以增加坯壳的均匀性和减小坯壳的变形。电磁搅 拌分为在线搅拌和离线搅拌两种方式。
轻压下技术
轻压下技术是指在连铸过程中，通过施加一定的压力来控制铸坯的鼓肚和裂纹等缺陷。轻压下技术分为在线轻压 下和离线轻压下两种方式。
05
连铸技术中的常见问题 及解决方案
连铸基础理论课件
• 连铸技术概述 • 连铸机基本结构与工作原理 • 连铸坯凝固过程及控制要素 • 连铸工艺及控制要素 • 连铸技术中的常见问题及解决方案 • 未来连铸技术的发展趋势与研究方向 • 总结与展望
01
连铸技术概述
CHAPTER
连铸技术的定义
连铸技术的定义
连铸技术的特点
连铸技术具有高效、节能、环保等优 点，是金属材料制备和成型的重要手 段之一。
铸造金属凝固原理介绍课件
凝固缺陷
01 缩孔：金属凝固过程中，由 于体积收缩，导致内部出现 孔洞
02 疏松：金属凝固过程中，由 于气体析出，导致内部出现 疏松多孔的结构
03 偏析：金属凝固过程中，由 于成分不均匀，导致内部出 现成分分布不均匀的现象
04 裂纹：金属凝固过程中，由 于应力过大，导致内部出现 裂纹
铸造方法
01
砂型铸造：利用砂型制作铸 件，成本低，生产效率高
03
压力铸造：利用高压将熔融 金属压入模具，生产效率高， 适用于薄壁铸件
05
连续铸造：利用连续铸造机 将熔融金属连续铸造成铸件， 适用于大批量生产
02
熔模铸造：利用蜡模制作铸 件，精度高，适用于复杂铸 件
04
离心铸造：利用离心力将熔 融金属甩入模具，适用于管 状铸件
05
凝固原理在铸造工艺优 化中的实例分析
02
凝固原理对铸造工艺 的影响
04
凝固原理在铸造工艺优 化中的具体应用方法
06
凝固原理在铸造工艺优 化中的发展趋势
质量控制
01
凝固原理在铸造过 程中的应用
02
凝固原理在金属材料 质量控制中的作用
03
凝固原理在铸造缺 陷检测中的应用
04
凝固原理在铸造工 艺优化中的作用
新材料研究
01
纳米材料：具有高强度、高韧性、耐腐蚀等优良性能
02
复合材料：结合多种材料的优点，提高性能和降低成本
03
生物材料：利用生物技术制备新型材料，如生物陶瓷、生物高分子等
04
智能材料：具有感知、响应和自适应功能的材料，如形状记忆合金、压电材料等
绿色铸造技术
绿色铸造技术是指在铸造过程中减少环境污染、降低 能耗、提高材料利用率的技术。
连铸技术的基本原理
连铸技术的基本原理连铸技术是一种重要的金属材料制备工艺，它通过将熔融金属直接注入连续运动的铸型中，使金属在铸型中快速凝固并形成所需的形状和尺寸。
连铸技术的基本原理包括连续浇铸、快速凝固、均匀冷却和连续出料等过程。
连铸技术的基本原理之一是连续浇铸。
在连铸过程中，熔融金属通过特殊设计的浇口连续注入到连续铸型中，不断向前移动，使得铸造过程连续进行。
与传统的间歇铸造相比，连铸技术能够实现高效率、高质量的金属制备，提高生产效率。
另一个基本原理是快速凝固。
连铸技术通过将熔融金属注入到铸型中，并且通过铸型的外壁冷却，使金属在短时间内快速凝固。
在传统的铸造过程中，金属的凝固速度较慢，容易产生大的晶粒或偏析等缺陷。
而连铸技术通过快速凝固，能够获得较细小而均匀的晶粒结构，提高材料的力学性能和成形性能。
均匀冷却也是连铸技术的基本原理之一。
在连铸过程中，通过合理设计铸型和冷却系统，实现对铸态金属的均匀冷却。
冷却速度的均匀性对于金属的结构和性能有很大的影响，冷却速度过快或过慢都会导致不理想的组织和性能。
因此，在连铸技术中，通过合理设计浇口和冷却系统，控制铸态金属的冷却速率，实现均匀冷却，获得优良的金属组织和性能。
最后一个基本原理是连续出料。
在连铸过程中，通过特殊设计的出料装置，将快速凝固的金属连续地从连续铸型中取出。
连铸过程中，金属的凝固已经完成，但温度较高，通过连续出料并进行后续的热处理，可以获得所需的金属材料。
总的来说，连铸技术的基本原理包括连续浇铸、快速凝固、均匀冷却和连续出料。
这些原理相互作用，使得连铸技术成为一种高效、高质量的金属材料制备方法。
连铸技术的广泛应用，不仅能够提高金属材料的生产效率，提高材料的力学性能和成形性能，还能够减少金属材料的能源消耗和环境污染。
随着现代工业的发展，连铸技术在制造业中的地位和作用将越来越重要，对于推动金属材料制造业的发展具有重要的意义。
连铸坯的凝固原理
连铸坯的凝固原理
连铸坯的凝固原理是指在连续铸造过程中，将液态金属通过连铸机的直接接触传热，使其迅速凝固成为固态坯料。
其凝固原理主要包括以下几个方面：
1. 凝固传热：连铸坯的凝固过程是通过凝固传热实现的。
当液态金属与凝固器壁接触时，通过壁传导热量，将热量从液体中抽取，使其温度下降，从而引起凝固。
凝固过程中，液态金属中的热量逐渐转移到凝固器壁上，使液态金属凝固。
2. 菌晶凝固：连铸坯的凝固过程中形成的是菌晶结构。
在凝固过程中，凝固核的形成与扩展是菌晶凝固的核心。
凝固核的形成主要通过异质核形成机制，即固相杂质在液相中起到导向凝固核形成的作用。
在凝固核形成之后，扩展也是通过液态金属中的固相杂质扩散到凝固界面来实现的。
3. 凝固前区域形态演变：连铸坯凝固前区域是指离开凝固器壁距离较远的区域，此区域的凝固过程是从纯凝固到凝固核形成的过程。
在这个过程中，液态金属的温度逐渐下降，会引起结晶核的形成和繁殖。
在凝固前区域中，由于热量的传导和质量的迁移，形成了柱状晶区。
4. 凝固后区域形态演变：连铸坯凝固后区域是指靠近凝固器壁边界附近的区域，此区域的凝固过程是进一步形成坯料的过程。
在凝固后区域中，凝固核逐渐形成，晶核之间相互连结，最终形成了连续的晶体结构。
连铸坯的凝固原理是液态金属通过传导传热和纯凝固形成晶核，然后通过晶核的繁殖和晶体的连结形成连续的晶体结构，最终实现连铸坯的凝固。
连铸工艺、设备-钢液凝固的基本原理
2020年4月18日星期六
§2—1 金属的结晶条件
当温度降到凝固点以下时，金属便由液态转变为 晶体状态，这一过程称为结晶，也叫凝固。从金 属内部结构看，发生了金属原子从近程有序排列 过渡到远程有序排列并固定下来的变化。 一.结晶的热力学条件 过冷度（ΔT）： 理论结晶温度与实际结晶温度之差值。 金属结晶的热力学条件： 必须具有一定的过冷度。 ΔT＝T0－Tn
Hale Waihona Puke 树枝晶生长示意图：⑶结晶后的晶粒大小
取决于晶核的生成速率（成核数目∕m3﹒s） 和长大速率V（cm∕s）。成核率N愈大，长 大速率V愈小，则晶粒愈细。
N、V与ΔT的关系：
§2—2 钢液的结晶
钢是以铁为基础的合金，含有多种元素。钢的凝 固属于非平衡结晶。其特点如下：
A.结晶过程必须在一个温度范围内进行并完成； B.结晶过程为选分结晶，最初结晶出的晶体比较纯
3.两相区的宽度ΔX主要取决于钢液的结晶温
度范围（ΔT结晶 ）和凝固前沿熔体中的温 度梯度（dT∕dX）。
ΔX＝
·ΔT结晶
结晶温度范围越宽、钢液过热度越低和铸 坯表面冷却强度越小，则两相区越宽。当 ΔX较大时，晶粒度较大，反之则小。晶粒 度大，意味着树枝晶发达，发达的树枝晶 使凝固组织疏松，易形成气孔，偏析也较 严重。若要减小ΔX，应从加强冷却强度入 手并落实到具体的工艺措施之中。
二．成分过冷
1.选分结晶
由于合金元素在固相中的溶解度小于在液 相中的溶解度，因此合金元素在固相钢中 分配的浓度要小，而在液相钢（母液）中 分配的浓度要大。所以在钢水结晶过程中 ，结晶前沿会有溶质大量析出并积聚，围 绕凝固着的晶体积累了一层溶质富集层， 使固相中溶质浓度低于原始浓度。这种现 象即选分结晶。
凝固原理讲义-第一课绪论
涉及凝固过程的重要生产环节
8
铸造：
锭模铸造 连续铸造 精密铸造
熔模铸造 金属型铸造 陶瓷铸造 压力铸造 消失模铸造 挤压铸造
焊接
2020/3/25
快速凝固过程：
甩带 平面流铸造 雾化 深过冷 表面重熔
定向凝固：
布里奇曼法 直拉法 区熔 电渣重熔法
本门课程设计的意义
由一个晶核长成的晶体就 是一个晶粒。
若整个结晶过程只有一个 晶核形成并长大，即形成 单晶体金属。
常用金属多为多晶体金属 。
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纯金属结晶过程示意
31
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凝固过程中的热力学和动力学
重要的基础概念 金属凝固的现象 金属凝固的热力学条件 金属凝固的结构条件
形核过程 长大过程 铸锭的组织与缺陷
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形核过程
42
一.均匀形核 当液态金属非常纯净、不含任何杂质
时，在相当大的过冷度下，固态晶核依靠 液相内部的结构起伏直接从液相中自发形 成。
也即：新相晶核是在均一的母相内均 匀地形成称为均匀形核。
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形核过程
43
在过冷的条件下，金属液体 中晶胚的形成和增大，将引起系 统自由能变化：一方面，转变为 固态的那部分体积会引起自由能 下降；另一方面，晶胚与液相之 间增加的界面会造成自由能（表 面能）增大。设单位体积自由能 的下降为 ΔGv (ΔGv < 0)， 单 位面积的表面能为σ；假设晶胚 为球体，半径为r, 则过冷条件下 形成一个晶胚时，系统自由能的 变化为（见动画演示）
ii
)
iL
p
p
（2-15)
纯溶质元素在液态时的标准化学位
活度系数
金属凝固及连铸连铸发展概况优秀课件
主题（topics） 什么是凝固和连铸？学习目的；主要内容；课程大纲；课程要求。 液态金属结构；二元合金的稳定相平衡；溶质平衡分配系数；液-固相界面成分及界 面溶质分配系数。 自发形核；非自发形核；固-液相界面结构；晶体生长方式。 凝固过程的溶质再分配；金属凝固过程中的“成分过冷”；界面稳定性与晶体形态； 胞晶组织与树枝晶；微观偏析；固-液界面非线性动力学理论。 概述；共晶合金的凝固；偏晶合金的凝固；包晶合金的凝固。
液态金属的对流；枝晶间液态金属的流动；宏观偏析；微重力场下的金属凝固特点。
铸件凝固组织的形成； 等轴晶的晶粒细化；凝固组织中偏析及控制；凝固收缩及其 控制。 金属凝固成形方式概述；连铸与模铸的比较；连续铸钢工艺流程简述；国外连铸发 展过程和现状；我国连铸发展概况。 连铸机型及特点；连铸机的主体设备。 钢液的流动特点；浇注过程流动水力学；流动的物理模拟；流动的数学模拟。 连铸坯的凝固冷却过程；结晶器内坯壳的形成；连铸坯凝固过程的热平衡；结晶器 传热；二冷区的传热；连铸坯的凝固传热的数学模型。 钢水准备；中间包钢水温度控制；拉速确定和控制；铸坯冷却控制；提高连铸机作 业率。 保护渣的功能；保护渣分类、如何正确使用保护渣；保护渣与铸坯质量的关系。
水平式
结晶器水平安装，铸坯无弯曲矫直变形，适合特殊钢和高合金的浇注； 以间歇式拉坯代替结晶器振动，铸坯容易生产深振痕、润滑困难，仅适合浇注200mm下方、园坯； 不需要修建特殊厂房，设备费用低，投资小，但产量低、不适合大规模。
推荐的板坯铸机机型： 直结晶器带液芯弯曲和矫直机型
•同步移动结晶器类
铸坯由拉坯机拉出结晶器完全凝固后，被顶弯装置弯成弧形，然后在水平位置上矫直； 保持了立式连铸机在垂直方向上进行浇注和凝固的特点； 设备总高度有所降低，但变化不大，是连铸设备从立式向弧形发展中的一种过度机型。
凝固技术-绪论剖析
凝固过程理论的研究进展
凝固过程的理论研究大体上经历了三个阶段： • 50~60年代为经典凝固理论诞生期。在Chalmers指导下，Tiller, Jackson, Rutter等于50年代初期在对凝固界面附近溶质分布求解的基础上 提出了著名的成分过冷理论，首次将传质和传热因素耦合起来分析凝固过 程的组织形态问题。
自然界中的凝固现象
• 凝固是一种物质由液态向固态转变的相变过程。在自然界 是一种常见的现象。
• 凝固现象广泛存在于自然界和工程技术领域。从水的结冰 到火山熔岩的固化，从钢铁生产过程中铸锭的形成到机械 工业领域各种构件的铸造成型，以及非晶、微晶材料的快 速凝固，半导体及各种功能晶体的液相生长，所有这些过 程无不伴随有凝固现象。几乎一切金属制品在其生产流程 中都要经历一次或者一次以上的凝固过程。
前，通过液相中的原子团
簇聚集而必须形成的最小
固相晶体尺寸。但此时，
晶胚不会长大，它倾向于
重溶，以降低体系自由能。
因此，这时大部分材料处于液态，只有一小部分处于晶相。
金属的一般凝固过程 • 在凝固温度下，晶胚在热力学上是不稳定的。那么，晶胚如何长大呢？ 晶胚的形成是一个随机过程，许多晶胚形成，然后重溶。如果偶尔一个形成
捷克籍俄裔铸造工程师Chvorinov通过对大量铸件凝固冷却曲线的分 析，巧妙地引入了铸件模数的概念，得出了著名的平方根定律，至今仍 是铸造工艺设计的理论依据之一。
凝固过程理论的研究进展
• 60年代后，人们把研究重点放在经典凝固理论的应用上。 以经典凝固理论为指导，通过大量的实验研究，实现了凝
固组织和凝固过程的优化和控制，使得大型铸钢锭及铸件的 冶金质量得到极大提高。
金属的一般凝固过程
固相形成的同时会形成固-液界面，如图9-2。与界面相关的是表面自由能
钢液凝固原理(连铸技师培训)
科目钢液凝固原理基本课题第一讲金属结晶的条件授课日期07年9月7日，9月8日课时 4授课方式讲解法授课班级连铸技师班选用教具无教学目的掌握金属结晶的热力学条件，动力学条件，金属的结晶过程，晶核的形成方式及条件，晶体的长大方式，晶粒大小对金属性能的影响，结晶过程中晶粒的控制教学重点金属结晶的动力学条件，结晶过程中晶粒的控制教学难点晶核的形成方式及长大方式授课内容金属结晶的条件新课引入钢液的凝固是一个复杂的物理化学变化过程，伴随有形态、体积、组织结构、性能、成分的变化。
一、液态金属的冷却曲线（三种不同冷却曲线）结晶过程中的热：结晶潜热（相变热）和逸散热（向周围环境的散热）1、结晶潜热=散热冷却速度很慢的平衡冷却结晶在恒温下进行冷却曲线出现水平台阶2、晶潜热＞散热冷却速度较快结晶过程中出现温度回升3、晶潜热＜散热冷却速度很快结晶过程温度在不断下降（小体积或局部区域）附：说明相变热和结晶潜热、理论结晶温度T m和实际结晶温度T n 过冷度△T的概念二、结晶的热力学条件热力学第二定律：在等温等压过程中，体系的自发过程沿着自由能减少的方向进行自由能G=H-TS （H—热焓S—熵T—绝对温度）即△G＜0对于固体其G固= H固-TS固与温度的关系见下图对于液体其G液= H液-TS液与温度的关系见下图G L，Gs随T↑而↓但G L↓>Gs. ↓相交点对应的温度为Tm。
讨论：1) T=Tm时，G L=Gs △G=0 动态平衡，不熔化也不结晶；相交点对应的温度为Tm。
2) T<Tm时，G L<Gs △G＜0 L→S 结晶3) T>Tm时，G L>Gs △G＞0 S→L 熔化可见，结晶的热力学条件是：G L<Gs 或ΔG = Gs—G L<0结晶满足了热力学条件只是说明结晶具备了可能性，但能不能实现还依赖于动力学条件三、结晶的动力学条件1、金属的结晶过程结晶的一般过程是由形核和长大两个过程交错从叠组合而成的过程。
12-金属凝固及连铸-连铸坯的凝固传热
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2、方程的边界条件 1）初始条件： t 0, x 0, z 0, T Tc 2）铸坯中心：对称传热（绝热）
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模型输入输出量的关系：
各钢种的热物性参数及计算条件 液、固相线温度TL、TS 导热系数λ，热容c，密度ρ 凝固潜热Lf对流作用系数m 空间步长△x，△y，时间步长△t 初始条件和 边界条件方 程式 凝固传热微分 方程式及其差 分方程组
工艺及介质参数 钢种 浇注温度TC 二冷各段水量Qi 冷却水温TW 空气温度T0 空气传热系数h0 辐射系数σ 表面黑度ε
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m m
9
2.结晶器钢水热量导出
1）结晶器热流
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2012.1定凝固坯壳厚度的方法有： 1）试验测定 利用拉漏的坯壳，沿不同高度锯开，测定坯壳的平均厚度
坯壳厚度e和停留时间t的曲线
Wolf对小方坯的统计经验式
e K t C
金属凝固及连铸—连铸部分
第4讲：连铸坯的凝固传热
文光华
内容：
1、连铸坯凝固传热特点； 2、结晶器凝固传热； 3、二冷区的传热； 4、连铸坯的凝固传热的数学模型。
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一、连铸坯凝固传热特点
特点: 1)一热； 2)二迁； 3)三传（物理化学）。
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1、连铸坯的凝固过程就是一个传热过程 钢液固体+Q 单位重量钢水放出的热量Q包括：
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连铸工艺设备连铸坯凝固与传热
连铸工艺设备连铸坯凝固与传热引言连铸工艺是一种将熔融金属直接浇铸成坯料的生产工艺，它在金属压延生产中起着至关重要的作用。
连铸工艺设备包括连铸机、结晶器、辊道、切割机等，其中连铸机是连铸工艺设备的核心部件。
连铸坯在连铸过程中涉及到坯料的凝固与传热问题，本文将重点探讨连铸坯的凝固与传热机理以及影响因素。
连铸坯的凝固过程连铸坯在从熔融态到凝固态的过程中，经历了凝固壳形成、凝固壳增厚和坯心凝固三个阶段。
凝固壳形成当熔融金属从连铸机中流出，并接触到结晶器内壁时，由于结晶器内壁温度较低，熔融金属迅速冷却并凝固。
这一过程称为凝固壳形成阶段。
在凝固壳形成阶段，连铸坯在结晶器中逐渐形成一个厚度较小的凝固壳，凝固壳内部为固态金属，外部为未凝固的熔融金属。
凝固壳增厚凝固壳形成后，熔融金属继续从连铸机中流出，并沿着凝固壳的外表面凝固。
这一过程称为凝固壳增厚阶段。
在凝固壳增厚阶段，连铸坯的凝固壳逐渐增厚，同时熔融金属逐渐减少。
坯心凝固当凝固壳增厚到一定程度时，熔融金属在连铸坯内部逐渐凝固，形成坯心。
这一过程称为坯心凝固阶段。
在坯心凝固阶段，凝固壳继续增厚，坯心逐渐凝固，直到整个连铸坯全部凝固为止。
连铸坯的传热机理连铸坯的凝固过程涉及到传热问题，主要有自由传热和辐射传热两种机制。
自由传热自由传热是指连铸坯的凝固过程中，熔融金属与连铸坯表面之间的传热。
自由传热主要通过导热的方式进行，即熔融金属中的热量通过凝固壳传导到连铸坯的表面，并与外界环境进行热交换。
辐射传热辐射传热是指连铸坯的凝固过程中，凝固壳和周围环境之间的传热。
凝固壳表面向外辐射热量，同时从外界环境也会接收到辐射热量，形成辐射传热。
辐射传热是由于凝固壳和周围环境的温度差异而产生的，它的大小与温度差、发射率等因素有关。
影响连铸坯凝固与传热的因素连铸坯的凝固与传热过程受到多种因素的影响，主要包括以下几个方面：温度金属熔融温度和结晶器内壁的温度是影响连铸坯凝固与传热的重要因素。
凝固原理 第一章 概论
凝固过程研究方法(数学解析法)
从科学研究的角度讲，如果能够用数学语言精确地进行描述始终是人们梦 寐以求的目标，也是一门学科成熟的标志。数学解析包括数学模型的建立和数 理方程的求解。数学模型的建立首先要是找出所研究问题中的所有影响因素(参 量)，然后通过具体的数量级的估计，忽略次要因素，保留主要因素。试图把所 有因素都归纳在一个统一的理论模型中的可能性是非常小的。数学模型的建立 过程就是寻找这些参量之间逻辑关系的过程。寻找各种影响因素和数学模型的 建立往往需要借鉴本门学科的已有知识和其他学科的理论，并进行数学逻辑的 思维。凝固理论如同其他科学理论一样，其理论模型在不断发展和完善。认识 的不断深入和数学方法的发展，使人们有可能考虑更多的因素，并找出合适的 模型。随着凝固条件的变化，主要矛盾可能发生转变，随之也需要对数学模型 进行修正。 在数学模型建立之后，人们首先想到的是求出解析解。为此需要寻找定解 条件。这些定解条件包括几何形状条件，边界条件和初始条件。然而，在凝固 过程中遇到的问题中，能够找到解析解的非常有限。因此，其他研究方法是必 不可少的。
与组织设计新思路的重要手段。
3) 对液态金属结构的进一步揭示，可能通过新的物理或化学方法对合金液进行预处理， 达到控制凝固组织的目的。 4) 采用新的加热和制冷方法对凝固过程的热平衡条件进行更有效的控制。
造、连铸连轧、半固态铸造、铸造法复合材料制备技术、电磁铸造、微重力凝固等。这
些凝固技术不仅使得传统材料性能得到超常的发挥，还推动了各种新材料的研制和发展。
随着科学技术的不断进步和交叉学科研究的进展，凝固技术也将不断产生新的生长 点。在不远的将来可望取得较大进展并获得工程应用的凝固技术可能来自以下几个方面： 1) 从节能、节约材料和加工工时的角度出发，发展直接获得近终形产品(铸件、型材等)的 凝固技术。这些产品在凝固过程完成后将不需加工或仅通过简单的处理或裁剪即可使用。 2) 利用凝固技术制备具有复杂组织和相变过程的新材料。凝固技术将成为实现材料成分
连铸连轧原理课件1
连铸机类型
厚板坯 薄板坯
断面形状 大方坯 小方坯 圆坯 异型坯 运行轨迹
立式 立弯式 多点弯曲 弧形
椭圆形
连铸机类型
按铸坯断面分类
连铸机类型
连铸机示意图
机型的特点
（1）立式连铸机：
结晶器、二冷段、拉坯和剪切沿垂直方向排列
优点： － 无弯曲变形、冷却均匀，裂纹少。 － 夹杂物容易上浮。 缺点： ·设备高，建设费用大。 ·钢液静压大，容易产生鼓肚。
1.2 连铸的发展史
世界上第一台工业生产性连铸机是1951年在原苏联 红十月钢厂投产的立式半连续式装置。它是双流机， 断面尺寸180mm×600mm。 作为连续式浇铸的铸机是1952年建在英国巴路钢厂 的双 流立弯式铸机，其生产断面尺寸为 50mm×50mm 和90mm× 90 mm的小方坯。 宽板坯铸机于1959年建在原苏联的新列别茨克厂。 日本住友和罗西为新日铁光厂提供的世界上第一台不 锈钢宽板坯连铸机在1960年12月投产，宽度为 1050mm。 在整个50年代，连续铸钢技术尽管开始步入工业生 产，但产量很少，1960年的产量仅为115万吨，连铸 比仅为0.34﹪。
1.2 连铸的发展史
连续浇铸思想的启蒙阶段 (1840～1930年) 1840年美国 人塞勒斯(Sellers)获得了连续 铸铅的专利。
图1
图2
1856年英国人贝塞麦(Henry Bessemer) 采用双辊连铸机 浇铸出了金属锡箔、铅板和 玻璃板，并获专利。
1.2 连铸的发展史
1.2.1 早期尝试 美国亚瑟（B.Atha）（1866年）和德国工程师戴伦 （R.M.Daelen）(1877年)最早提出以水冷、底部敞口 固定结晶器为特征的常规连铸概念。前者采用一个底 部敞开、垂直固定的厚壁铁结晶器并与中间包相连， 施行间歇式拉坯；后者采用固定式水冷薄壁铜结晶器、 施行连续拉坯、二次冷却，并带飞剪切割、引锭杆垂 直存放装置。 1920～1935年间，连铸过程主要用于有色金属，尤其 是铜和铝的领域。
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凝固原理与连铸技术—凝固原理与连铸工艺、设备及质量控制
北京科技大学天津学院
材料科学与工程系
王洪涛
Email：teacherwang126@
学习内容：
一. 导论
二. 连铸技术特征与发展历史
三. 连铸机关键部件的功能、结构与设计
四. 凝固原理与凝固方式
五. 铸坯结构与缺陷控制
六. 连铸新技术
教材与参考书
•教材：
•《连续铸钢原理与工艺》，蔡开科、程士富主编，
冶金工业出版社，1994年，第1版
•参考书：
• 1. 《Fundamentals of Solidification》W.Kurz, D.J.Fisher著，，高等教育出版社，2010年，第1版• 2. 《金属凝固原理及技术》，马幼平，许云华主编，冶金工业出版社，2008年，第1版
• 3. 《新编连续铸钢工艺及设备》，王雅贞, 张岩主编，冶金工业出版社，2007年，第1版
学习要求及考核
•学习要求：
•1. 2000字技术评述: 电子版、纸质版（cnki论文格式，文件名“学号姓名题目”）•2. 10张工艺、设备图片：电子版
•（做成ppt，少量文字说明）
•考核：
•1. 平时成绩40％（评述、ppt、出勤）•2. 考试60％（开卷或闭卷）
一. 导论
•1. 1 材料与人类文明
•1. 2 金属材料
•1. 3 钢铁材料
•1. 4 铸造
•为什么材料科学与工程以钢铁材料为研究对象？
中国
中东
欧美
沧州铁狮子Intel 双核处理器石器时代青铜器时代铁器时代新材料时代
833千克。
高133cm、长110cm、宽79cm 现藏中国国家历史博物馆。
西汉中晚期制作的透光镜
铸于公元953年，采用“泥范明浇法”铸成，重40t 长6.30m，宽5.35m，高6.6m
1. 2 金属材料
黑色金属（Ferrous Metal)
☐铁和铁基合金（钢和铸铁），包括锰、铬；占工业用材的95％，主要用作结构材料(Structural Material)，（力学性能）。
有色金属（Non-ferrous Metal）
☐除黑色金属以外的所有金属及其合金；
☐仅占工业用材的5％, 但其重要性并不逊色。
主要用作功能材料(Functional Material)，也可用作结构材料。
1.3 钢铁材料
“钢铁”常是对各种钢材的统称。
钢是铁与碳和其他的合金元素所组成的合金，含碳 量<2.11%, 具有较好的力学性能和塑性加工性能！ 碳素钢：以铁和碳元素为主的钢 合金钢：人为加入合金元素，具有特殊性能的钢 “铁”的概念，可以指元素铁（纯铁） 也可以指含碳量>2.11%的生铁或铸铁
1.4 铸造
将熔熔金属浇注到模具里，冷却、凝固成所 需形状的铸件，该生产过程称为铸造。
分类：模铸、连铸 据考古实物： 铸造青铜件的历史在3000年以上； 铸造铸铁件的历史不到2000年； 铸钢件的历史更短，因为对钢的认识较晚， 钢的熔点很高，生产技术复杂。
1.4.1 模铸
模铸(foundry)的技术由来已久：3000多年前 的青铜器时代，是人类文明进步的重要标志， 是大型钢锭和复杂铸件的重要成形方法。
1.4.2 连铸
连铸(continuous casting) 是近代金属大规模初级加 工的代表性技术。
是现代化钢铁生产技术的 标志性技术。
发展历史：1858年，英国 人Bessemer 发明的对辊 薄带连铸（twin roll strip casting)。
现代社会需要 大规模钢材坯料，连续生 产是重要手段。
我国目前钢材生产中，连 铸比已达98%以上。
1.4.3 钢铁生产与连铸
连铸坯通过再加热、热轧/冷轧 制成各种钢材（管棒型线、板带箔饼）
。