连铸坯的凝固及其控制 ppt课件
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第三讲连铸坯宏观组织及控制
而在平行模壁方向散热能力较差，并且晶粒径 向仅能长大较短距离相邻晶粒就互相接触，停止生 长。因此在细晶区形成后，接着形成了一个柱状晶 区。
柱状晶区金属较致密，沿柱状晶轴向强度很高， 但近于平行的柱状晶晶粒之间的径向结合强度却较 低。柱状晶区有明显的各向异性。当对铸锭进行塑 性变形时柱状晶区易出现晶间开裂。
合层作用的结果。如果在凝固初期就
•使某得些内晶部粒产为生基等底轴向晶内的生晶长核，，发将展会 有效地抑制柱状晶的形成。
成
• •柱由状外向晶内生生长长过的程柱的状晶动区态。演枝晶
主
示
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第三讲连铸坯宏观组织及控制
•铸
•液 态
•型
金
属
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• 柱状晶生长过程的动态演示
第三讲连铸坯宏观组织及控制
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第三讲连铸坯宏观组织及控制
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第三讲连铸坯宏观组织及控制
•第二节 表面激冷区及柱状晶区的形 成
• 一、 表面激冷区的形成
• 二、 柱状晶区的形成
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第三讲连铸坯宏观组织及控制
•一、表面激冷区的形成
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第三讲连铸坯宏观组织及控制
•一、表面激冷区的形成
•
思路: 晶区的形成和转变乃是过冷熔体独立生核
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•1-激冷晶区的 细小等轴晶;
•2-晶粒垂直于 型壁排列的柱状 晶区，且平行于 热流方向.
•3-晶粒较为粗 大的内部等轴晶 区
第三讲连铸坯宏观组织及控制
•几种不同类型的铸件宏观组织示意图
•（a）只有柱状晶;（b）表面细等轴晶加柱状晶;（c）三个晶区都有;（d）只有等轴 晶
炼钢连铸工艺介绍PPT课件
2). 结晶器振动。铸坯表面薄弱点是弯月面坯壳形成 “振动痕迹”。易在波谷处形成横裂纹、气泡。采用高频 小振幅的结晶器振动机构，可以减少振痕深度。
.
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提高连铸坯表面质量的措施
3). 初生坯壳的均匀性。结晶器弯月面初生坯壳不均 匀会造成纵裂和凹陷，导致拉漏。坯壳生成的均匀性决 定于钢成分、结晶器冷却、钢液面稳定性和保护渣润滑 性能。
沿窄面向上流股动量太强或流股中含有沿窄面向上流股动量太强或流股中含有气泡降低了密度流股向上提升引起了弯月气泡降低了密度流股向上提升引起了弯月面区液面波动太大液渣渗入到坯壳与铜板的面区液面波动太大液渣渗入到坯壳与铜板的气隙困难导致弯月面的不均匀热流从而产气隙困难导致弯月面的不均匀热流从而产生纵裂纹
阳春新钢铁连铸工艺介绍
2.中间包：它的作用是减压、稳流、去渣、 贮钢、分流和中间包冶金等重要作用。
3.中包小车：它的作用是用来支撑、运输、 更换中间包的设备。
.
3
4.结晶器:它的作用是一个水冷的钢锭模，是 连铸机非常重要的部件，是连铸设备的心 脏。
5.结晶器振动装置：它的作用是固定结晶器、 铸坯脱模。
6.二次冷却系统装置：它的作用是冷却、支 撑、导向。
⑴钢中总氧法
钢中的氧以两种形式存在：溶解于钢中的 溶解氧和存在于氧化物的氧，钢中的总氧 含量是两者之和。钢中的总氧含量越低， 说明钢中氧化物夹杂越少，钢就越干净。
⑵钢中酸溶铝损失法
.
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定义：二次氧化是指钢水中的合金元素与空气中的 氧、炉渣、耐火材料中的氧化物发生化学反应，生 成新的氧化物相而污染钢水。 2.1：钢水与空气的二次氧化： 2.1.1：注流与空气接触吸氧 2.1.2：注流卷入空气吸氧 2.1.3：钢水裸露吸氧 2.2：钢水与耐火材料的二次氧化： 2.2.1：中间包衬 包衬材料中含有SiO2被钢水中的Al还原生成Al2O3， 使钢洁净度降低。因此，中间衬向碱性材质方向发 展。
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提高连铸坯表面质量的措施
3). 初生坯壳的均匀性。结晶器弯月面初生坯壳不均 匀会造成纵裂和凹陷，导致拉漏。坯壳生成的均匀性决 定于钢成分、结晶器冷却、钢液面稳定性和保护渣润滑 性能。
沿窄面向上流股动量太强或流股中含有沿窄面向上流股动量太强或流股中含有气泡降低了密度流股向上提升引起了弯月气泡降低了密度流股向上提升引起了弯月面区液面波动太大液渣渗入到坯壳与铜板的面区液面波动太大液渣渗入到坯壳与铜板的气隙困难导致弯月面的不均匀热流从而产气隙困难导致弯月面的不均匀热流从而产生纵裂纹
阳春新钢铁连铸工艺介绍
2.中间包：它的作用是减压、稳流、去渣、 贮钢、分流和中间包冶金等重要作用。
3.中包小车：它的作用是用来支撑、运输、 更换中间包的设备。
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4.结晶器:它的作用是一个水冷的钢锭模，是 连铸机非常重要的部件，是连铸设备的心 脏。
5.结晶器振动装置：它的作用是固定结晶器、 铸坯脱模。
6.二次冷却系统装置：它的作用是冷却、支 撑、导向。
⑴钢中总氧法
钢中的氧以两种形式存在：溶解于钢中的 溶解氧和存在于氧化物的氧，钢中的总氧 含量是两者之和。钢中的总氧含量越低， 说明钢中氧化物夹杂越少，钢就越干净。
⑵钢中酸溶铝损失法
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定义：二次氧化是指钢水中的合金元素与空气中的 氧、炉渣、耐火材料中的氧化物发生化学反应，生 成新的氧化物相而污染钢水。 2.1：钢水与空气的二次氧化： 2.1.1：注流与空气接触吸氧 2.1.2：注流卷入空气吸氧 2.1.3：钢水裸露吸氧 2.2：钢水与耐火材料的二次氧化： 2.2.1：中间包衬 包衬材料中含有SiO2被钢水中的Al还原生成Al2O3， 使钢洁净度降低。因此，中间衬向碱性材质方向发 展。
连铸坯质量及其控制基础知识培训(PowerPoint 69页)
1.钢水中常见元素及基本概念
• 硼(B)：钢中加入微量的硼就可改善钢的致 密性和热轧性能，提高强度。
• 氮(N):一般认为,钢中的氮是有害元素,但是 氮作为钢中合金元素的应用,已日益受到重 视。氮能提高钢的强度，低温韧性和焊接 性，增加时效敏感性。
1.钢水中常见元素及基本概念
• 稀土(Xt)：稀土元素是指元素周期表中原子 序数为57-71的15个镧系元素。这些元素都 是金属，但他们的氧化物很象“土”，所 以习惯上称稀土。钢中加入稀土，可以改 变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质， 从而改善了钢的各种性能，如韧性、焊接 性，冷加工性能。在犁铧钢中加入稀土， 可提高耐磨性。
1.钢水中常见元素及基本概念
铌(Nb)：铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回 火脆性，提高强度，但塑性和韧性有所下降。在普 通低合金钢中加铌，可提高抗大气腐蚀及高温下抗 氢、氮、氨腐蚀能力。铌可改善焊接性能。在奥氏 体不锈钢中加铌，可防止晶间腐蚀现象。
钴(Co)：钴是稀有的贵重金属，多用于特殊钢和合 金中，如热强钢和磁性材料。
结晶器与冷却水界面传热可能有三种情况： ①强制对流区：传热良好 ②核态沸腾区：当铜壁温度夜125—130℃时，水开始在表 面蒸发，水中凝聚有气泡。热流值增加很快，铜壁有过热现象。 ③膜态沸腾区：热流越过某一极限值，导致铜壁表面温度突然 升高，这对结晶器是不允许的，会使结品器永久变形
结晶器内凝固示意图
1.钢水中常见元素及基本概念
钒(V)：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可 细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳 化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。
钨(W)：钨熔点高，比重大，是贵生的合金元素。 钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。在工具 钢加钨，可显著提高红硬性和热强性，作切削工具 及锻模具用。
连铸工艺设备连铸坯凝固与传热培训ppt课件
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最大的热阻是来自于坯壳与结晶器 壁之间的气隙。
21
结晶器横向气隙的形成：
结晶器传热示意图：
21
2.影响结晶器传热的主要因素⑴结晶器设计参数对传热的影响 A.结晶器锥度的影响
合适的倒锥度，可以减小下部气隙厚 度，改善传热。
结晶器长度以不增加拉漏为原则。通常为700～900mm。对传热影响不大。
角部成了坯 壳最薄弱的部位。
21
结晶器内气隙的形成过程：
21
坯壳急剧收缩是导致结晶器最大热流减少的原因
21
减轻弯月面区坯壳过度收缩、减少凹陷的形成的措施
21
二．结晶器坯壳生长规律结晶器内坯壳的生长规律服从平方根定律：
21
铸坯表面组织的形成：
21
促进结晶器坯壳均匀生长的操作注意事项
21
三.结晶器传热与热阻
2．弯月面的形成
10
钢液与铜壁弯月面的形成：
10
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。带有夹渣的坯壳是薄弱部位，易发生漏钢。
10
10
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。周期 性的离合2～3次，坯壳达到一定厚度并完 全脱离铜壁，气隙稳定形成。
二冷区铸坯表面热量传递方式：
37
铸坯二冷传热方式：
37
二.影响二冷区传热的因素
54
表面温度与热流的关系：
54
54
54
三.二冷区凝固坯壳的生长
54
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四.铸坯的液相穴深度
54
§3—4 连铸坯凝固结构
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最大的热阻是来自于坯壳与结晶器 壁之间的气隙。
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结晶器横向气隙的形成：
结晶器传热示意图：
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2.影响结晶器传热的主要因素⑴结晶器设计参数对传热的影响 A.结晶器锥度的影响
合适的倒锥度，可以减小下部气隙厚 度，改善传热。
结晶器长度以不增加拉漏为原则。通常为700～900mm。对传热影响不大。
角部成了坯 壳最薄弱的部位。
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结晶器内气隙的形成过程：
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坯壳急剧收缩是导致结晶器最大热流减少的原因
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减轻弯月面区坯壳过度收缩、减少凹陷的形成的措施
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二．结晶器坯壳生长规律结晶器内坯壳的生长规律服从平方根定律：
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铸坯表面组织的形成：
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促进结晶器坯壳均匀生长的操作注意事项
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三.结晶器传热与热阻
2．弯月面的形成
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钢液与铜壁弯月面的形成：
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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。带有夹渣的坯壳是薄弱部位，易发生漏钢。
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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。周期 性的离合2～3次，坯壳达到一定厚度并完 全脱离铜壁，气隙稳定形成。
二冷区铸坯表面热量传递方式：
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铸坯二冷传热方式：
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二.影响二冷区传热的因素
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表面温度与热流的关系：
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三.二冷区凝固坯壳的生长
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四.铸坯的液相穴深度
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§3—4 连铸坯凝固结构
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连铸工艺设备09连铸坯质量控制PPT课件
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二．连铸坯夹杂物
1.连铸坯夹杂物的形成特征
一是连铸坯由于钢液凝固速度快，其夹杂物 聚集长大机会少，因而尺寸较小，不易从钢 液中上浮；
其二是多了一个中间包，钢液和大气、熔渣、 耐火材料接触时间长易被污染；同时在钢液 进入结晶器后，在钢液流股影响下，夹杂物 难以从钢液分离；
其三是连铸坯仅靠切头切尾难以解决夹杂物 问题。
对于带垂直段的立弯式连铸机，结晶器注流 冲击深度的影响区在直线部分，夹杂物在夜 相穴内容易上浮，铸坯中夹杂物分布均匀。
14
液相穴内夹杂物上浮示意图： ａ—带垂直段立弯式连铸机； ｂ—弧形连铸机
15
16
B.连铸操作对铸坯中夹杂物的影响
连铸操作有正常浇注和非正常浇注两种情况。
在正常浇注下，浇注过程比较稳定，铸坯中 夹杂物多少主要由钢液的纯净度决定。
符合规定要求。 铸坯的外观形状与结晶器内腔尺寸和表面
状态及冷却的均匀性有关。
5
连铸坯质量控制示意图：
6
§9—1 铸坯纯净度
一.铸坯纯净度与产品质量 连铸坯的纯净度是指钢中夹杂物的数量、
形态和分布。 1.连铸坯中夹杂物特点： ① 来源广泛，组成复杂； ② 结晶器液相穴内夹杂物上浮困难。
7
2.钢中夹杂物分类： ① 超显微夹杂，均匀分布在钢中； ② 显微夹杂，其尺寸小于50µm，它与钢中溶
17
C.在操作中，注温和拉速对铸坯中夹杂物也有 一定影响
当钢液温度降低时，夹杂物指数升高；随着 拉速的提高，铸坯中夹杂物有增多的趋势。
D.耐火材料质量对铸坯夹杂物的影响 注连铸过程中由于钢液和耐火材料接触，
钢液中的元素（锰和铝等）会与耐火材料中 的氧化物发生作用生成夹杂物，当其不能上 浮时就遗留在铸坯中。
二．连铸坯夹杂物
1.连铸坯夹杂物的形成特征
一是连铸坯由于钢液凝固速度快，其夹杂物 聚集长大机会少，因而尺寸较小，不易从钢 液中上浮；
其二是多了一个中间包，钢液和大气、熔渣、 耐火材料接触时间长易被污染；同时在钢液 进入结晶器后，在钢液流股影响下，夹杂物 难以从钢液分离；
其三是连铸坯仅靠切头切尾难以解决夹杂物 问题。
对于带垂直段的立弯式连铸机，结晶器注流 冲击深度的影响区在直线部分，夹杂物在夜 相穴内容易上浮，铸坯中夹杂物分布均匀。
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液相穴内夹杂物上浮示意图： ａ—带垂直段立弯式连铸机； ｂ—弧形连铸机
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B.连铸操作对铸坯中夹杂物的影响
连铸操作有正常浇注和非正常浇注两种情况。
在正常浇注下，浇注过程比较稳定，铸坯中 夹杂物多少主要由钢液的纯净度决定。
符合规定要求。 铸坯的外观形状与结晶器内腔尺寸和表面
状态及冷却的均匀性有关。
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连铸坯质量控制示意图：
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§9—1 铸坯纯净度
一.铸坯纯净度与产品质量 连铸坯的纯净度是指钢中夹杂物的数量、
形态和分布。 1.连铸坯中夹杂物特点： ① 来源广泛，组成复杂； ② 结晶器液相穴内夹杂物上浮困难。
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2.钢中夹杂物分类： ① 超显微夹杂，均匀分布在钢中； ② 显微夹杂，其尺寸小于50µm，它与钢中溶
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C.在操作中，注温和拉速对铸坯中夹杂物也有 一定影响
当钢液温度降低时，夹杂物指数升高；随着 拉速的提高，铸坯中夹杂物有增多的趋势。
D.耐火材料质量对铸坯夹杂物的影响 注连铸过程中由于钢液和耐火材料接触，
钢液中的元素（锰和铝等）会与耐火材料中 的氧化物发生作用生成夹杂物，当其不能上 浮时就遗留在铸坯中。
连铸ppt-6-7
图3.1.水结晶冷却曲线 水结晶冷却曲线 1—水理论结晶曲线； 水理论结晶曲线； 2—水实际结晶曲线 水理论结晶曲线 水实际结晶曲线
（2）形核、长大（动力学条件） ）形核、长大（动力学条件） 形核过程 A.均质形核，又称自发形核 液态金属中存在很多与固态金属结构相似、体积很小、 液态金属中存在很多与固态金属结构相似、体积很小、近程 有序排列的原子集团，在很大的过冷度(通常 通常∆T=(0.15～ 有序排列的原子集团，在很大的过冷度 通常 ～ 0.20)Tl, 实验室测定纯铁 实验室测定纯铁∆T=0.16Tl=295℃。)条件下，这些 条件下， ℃ 条件下 原子集团变成规则排列，并稳定下来而成为晶核，这一过程 原子集团变成规则排列，并稳定下来而成为晶核， 即为均质形核。 即为均质形核。 B.非均质形核，又称非自发形核，也称异质形核 又称非自发形核， 在金属液相中已存在的固相质点和表面不光滑的器壁均可作 为形成核心的“依托”而发展成初始晶核。 为形成核心的“依托”而发展成初始晶核。非均质形核需要 的过冷度则很小，只要过冷度到20℃就能形成晶核。 的过冷度则很小，只要过冷度到 ℃就能形成晶核。 钢液内部含有熔点不同的杂质， 钢液内部含有熔点不同的杂质，因此钢液的结晶主要为非均 质形核。
4．铸坯凝固冷却过程分为四个阶段： ．铸坯凝固冷却过程分为四个阶段： 1）钢液在结晶器中快速冷却，形成薄的坯壳，坯壳与结晶 ）钢液在结晶器中快速冷却，形成薄的坯壳， 器壁紧密接触，此时冷却较快，铸坯表面温度明显下降； 器壁紧密接触，此时冷却较快，铸坯表面温度明显下降； 2）随着凝固壳增厚，铸坯收缩，坯壳与结晶器壁间产生气 ）随着凝固壳增厚，铸坯收缩， 隙，铸坯冷却速度减慢； 铸坯冷却速度减慢； 3）铸坯从结晶器中拉出，在二冷区受到强烈的喷水冷却， ）铸坯从结晶器中拉出，在二冷区受到强烈的喷水冷却， 中心逐渐凝固； 中心逐渐凝固； 4）铸坯在空气中较缓慢的冷却，铸坯中心的热量传导给外 ）铸坯在空气中较缓慢的冷却， 层使铸坯外层变热，表面温度回升。 层使铸坯外形成的细小等轴晶的基础上， 在已形成的细小等轴晶的基础上， 一些在散热方向上具有优先成长 方位的晶体将继续长大。 方位的晶体将继续长大。如果在 结晶前沿液相中成分过冷很大， 结晶前沿液相中成分过冷很大， 则晶体呈树枝状发展， 则晶体呈树枝状发展，从而形成 了大体上平行于散热方向的树枝 晶集合组织（柱状晶）。 晶集合组织（柱状晶）。
连铸工艺、设备-连铸坯凝固与传热培训课件
下过程： ⑴钢水向坯壳的对流传热； ⑵凝固坯壳中的传导传热； ⑶凝固坯壳与结晶器壁传热； ⑷结晶器壁传导传热； ⑸冷却水与结晶器壁的强制对流传热，热量
被通过水缝中高速度流动的冷却水带走。
结晶器内钢水热量传给冷却水的总热阻可表示为：
1 1 em 1 eCu 1
式中 h h1 m h0 Cu hW h—总的传热系数； hl—钢水与坯壳的对流传热系数，估算hl＝ 1W∕cm2·℃； em—凝固坯壳厚度。坯壳内温度梯度可达 550℃∕cm； λm—钢的导热系数；
水垢沉积在铜壁外表形成绝热层，增加热阻， 热流下降，导致铜壁温度升高，加速了水 的沸腾。所以，结晶器必须使用软水。要 求其总盐含量≯400mg∕l，硫酸盐≯150 mg∕l，氯化物≯50mg∕l，硅酸盐 ≯40mg∕l，悬浮质点＜50mg∕l，质点尺 寸≯0.2mm，碳酸盐硬度≯1～2°Dh, pH 值为7～8。
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那 么；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
的热量，以LP表示； ⑶显热：从固相线温度TS冷却到环境温度TO放出的
热量，CS〔TS－TO〕。
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。 向铸坯外表喷水以加速铸坯内部热量的传递，
被通过水缝中高速度流动的冷却水带走。
结晶器内钢水热量传给冷却水的总热阻可表示为：
1 1 em 1 eCu 1
式中 h h1 m h0 Cu hW h—总的传热系数； hl—钢水与坯壳的对流传热系数，估算hl＝ 1W∕cm2·℃； em—凝固坯壳厚度。坯壳内温度梯度可达 550℃∕cm； λm—钢的导热系数；
水垢沉积在铜壁外表形成绝热层，增加热阻， 热流下降，导致铜壁温度升高，加速了水 的沸腾。所以，结晶器必须使用软水。要 求其总盐含量≯400mg∕l，硫酸盐≯150 mg∕l，氯化物≯50mg∕l，硅酸盐 ≯40mg∕l，悬浮质点＜50mg∕l，质点尺 寸≯0.2mm，碳酸盐硬度≯1～2°Dh, pH 值为7～8。
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那 么；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
的热量，以LP表示； ⑶显热：从固相线温度TS冷却到环境温度TO放出的
热量，CS〔TS－TO〕。
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。 向铸坯外表喷水以加速铸坯内部热量的传递，
连铸连轧原理课件4
3.3 结晶器传热与凝固
结晶器弯月面渣子行为 在结晶器钢液面上加入保护渣，吸收 钢水热量渣子熔化，在结晶器钢液面 上形成液渣层、烧渣层和粉渣层的三 层结构的渣层。由于液渣与水冷铜壁 接触的温度梯度高。在结晶器周边形 成了固体渣围并黏附在结晶器壁上。
3.3 结晶器传热与凝固
渣圈的作用： 在浇注过程中一旦形成渣圈，由于液 渣和钢水与铜壁润湿程度有差异，在 结晶器四周弯月面渣圈与初生坯壳会 形成一个垂直向下的毛细管通道，由 于结晶器振动和毛细现象的作用，把 弯月面上的液体渣源源不断地吸人坯 壳与铜壁的气隙中形成渣膜，从而起 到润滑作用，结晶器振动的一个周期 内，液渣的渗漏量除了与钢液面液渣 层厚度有关外，还与结晶器周边形成 的渣圈形状有关。如果渣圈不断长大 ，会阻碍液渣的渗漏。渣圈可能破裂 ，特别是浸入式水口壁与铜板之间渣 圈有的可以搭桥，严重时会导致板坏 裂纹和漏钢。
3.3 结晶器传热与凝固
凝固钩(Hook)，其形貌基本类似于弯月面形状，弧线自表面向钢液侧弯 曲深度达1.42mm，此时振痕深度0.26mm。
3.3 结晶器传热与凝固
在弯月面凝固形成的弧形凝固钩，其形状是由在弯月面区钢水表面张力和 钢水静压力的平衡决定的。凝固钩形成过程如图所示。
(a)弯月面钢水与铜板接触点是凝固钩 开始点，然后呈弧形线离开铜壁。凝 固沿弧形线横向生长，形成初生坯壳 厚度。 (b)结晶器向下运动处于负滑脱期间， 弯月面钢水溢出凝固钩弧线，此时流 体惯性力超过钢水表面张力，把弯月 面液渣泵入到坯壳与铜板气隙中作润 滑剂。同时溢过凝固钓弧线的钢水靠 近模壁迅速凝固。高温的钢水也把附 着铜壁的固体渣(0.16mm厚)再熔化， 使横向传热加快，坯壳增厚。
连铸ppt-9-10
气—水喷雾冷却的优点：
（1）气—水喷嘴的喷孔口径较大，喷嘴堵塞事故的发生率很 低，可降低对水质的要求。
（2）可改变压缩空气和水的压力以及气水比，有效扩大水流 量范围。
（3）水的雾化程度高，水滴直径小，冲击力大，冷却效率高。
（4）冷却覆盖面大，铸坯表面冷却均匀。
（5）单位耗水量下降，约为水喷雾冷却的一半左右。
❖ 保护渣的液渣形成渣膜起润滑作用，因此保护渣的熔化温度 应低于坯壳温度，出结晶器下口铸坯温度为1250 ℃左右， 所以保护渣的熔化温度应低于1200℃。
（2）熔化速度
❖ 通常用一定质量的试样在测定温度下完全熔化所需的时间来 表示熔化速度，也可用测定试样达到半球点所需要的时间来 确定。
❖ 分熔倾向：组成中熔点低的组分先熔化，熔点高的组分后熔 化，这种熔化顺序不同的现象称为分熔倾向。
❖ 连铸保护渣一般由三部分物料组成： （1）基础渣料：即提供CaO、SiO2、Al2O3的基本造渣材料。 （2）辅助材料，即助熔剂。是为调解熔渣的熔化温度及粘度
而提供Na2O、CaF2等成分或提供LiO2、K2O、BaO2、 NaF、AlF3、B2O3等成分的物料。 （3）熔速调节剂，为调剂熔化速度而配入能提供碳粒子的材 料。
（4）确定冷却强度时必须适应不同钢种的需要。通常波动在 0.5-1.5l/kg之间。
2 二冷强度的方案
（1）“热行”，也称软冷却。在整个二冷区内铸坯表面温度 缓慢下降，铸坯矫直以前表面温度达到900℃以上。冷却强 度一般为0.5-1.0l/kg。
（2）“冷行”，也称硬冷却。在较大的冷却条件下，整个二 冷区铸坯表面维持较低的温度，在650-700 ℃的范围内矫直， 从而避开脆性区。冷却强度一般为2-2.5l/kg。
器壁之间的传热。其渣膜的厚度通常在0.1-1.5mm之间 。随着
（1）气—水喷嘴的喷孔口径较大，喷嘴堵塞事故的发生率很 低，可降低对水质的要求。
（2）可改变压缩空气和水的压力以及气水比，有效扩大水流 量范围。
（3）水的雾化程度高，水滴直径小，冲击力大，冷却效率高。
（4）冷却覆盖面大，铸坯表面冷却均匀。
（5）单位耗水量下降，约为水喷雾冷却的一半左右。
❖ 保护渣的液渣形成渣膜起润滑作用，因此保护渣的熔化温度 应低于坯壳温度，出结晶器下口铸坯温度为1250 ℃左右， 所以保护渣的熔化温度应低于1200℃。
（2）熔化速度
❖ 通常用一定质量的试样在测定温度下完全熔化所需的时间来 表示熔化速度，也可用测定试样达到半球点所需要的时间来 确定。
❖ 分熔倾向：组成中熔点低的组分先熔化，熔点高的组分后熔 化，这种熔化顺序不同的现象称为分熔倾向。
❖ 连铸保护渣一般由三部分物料组成： （1）基础渣料：即提供CaO、SiO2、Al2O3的基本造渣材料。 （2）辅助材料，即助熔剂。是为调解熔渣的熔化温度及粘度
而提供Na2O、CaF2等成分或提供LiO2、K2O、BaO2、 NaF、AlF3、B2O3等成分的物料。 （3）熔速调节剂，为调剂熔化速度而配入能提供碳粒子的材 料。
（4）确定冷却强度时必须适应不同钢种的需要。通常波动在 0.5-1.5l/kg之间。
2 二冷强度的方案
（1）“热行”，也称软冷却。在整个二冷区内铸坯表面温度 缓慢下降，铸坯矫直以前表面温度达到900℃以上。冷却强 度一般为0.5-1.0l/kg。
（2）“冷行”，也称硬冷却。在较大的冷却条件下，整个二 冷区铸坯表面维持较低的温度，在650-700 ℃的范围内矫直， 从而避开脆性区。冷却强度一般为2-2.5l/kg。
器壁之间的传热。其渣膜的厚度通常在0.1-1.5mm之间 。随着
金属凝固及连铸连铸坯的凝固传热资料PPT课件
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仿真软件的参数输入界面
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选择钢种界面
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铸机参数界面
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二冷水量等参数输入界面
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水流密度、传热系数关系式输入界面
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感谢观看！
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变以及铸坯温度分布的不均匀性等。
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铸坯冷却冶金准则：
1）极限冶金长度 H<H0
2）出结晶器处最小坯壳厚度 e≥e0
3）铸坯鼓肚极限 Ti≤T0 4）铸坯表面回热限制 一般为100℃/m T2 T1 C
Z
5）避开脆性区温度区间 TS≥Tsup TS≤Tint
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二冷区： h（TS TW）
辐射区： （TS4 T04） 25
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2、离散化方程的建立（差分方程）
以板坯为例，由于板坯连铸冷却具有对称性的特点，模拟计算中 只取铸坯断面的二分之一。进行显式差分后可以化成九个差分方程 。
铸坯断面差分网格的划分
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e
Q
Lvm[cl (Tc Tl ) L f cs (Ts T0 )]
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影响结晶器传热因素
1）锥度的影响 2）结晶器润滑 3）结晶器材质 4）结晶器参数 5）冷却强度； 6）冷却水质 7）钢水成分。
连铸坯质量及其控制基础知识培训课件
合理设计浇注系统，确保钢 水在浇注过程中的流动稳定 性和均匀性。采用先进的浇 注技术和设备，如电磁搅拌、 保护浇注等，减少夹杂物和 气体的卷入，提高连铸坯的 致密性和均匀性。
精确控制连铸坯的冷却速度 和温度梯度，避免过快或过 慢的冷却导致裂纹、变形等 缺陷的产生。采用先进的温 度监测和控制系统，实现连 铸坯的精确温度控制，确保 坯料的质量稳定性。
03
优点
射线检测技术能够直观显示连铸坯内 部的缺陷，检测结果具有较高的可靠 性和精度，被广泛应用于连铸坯的内 部质量检测。
04
连铸坯常见缺陷与防止措施
裂纹缺陷与防止措施
横向裂纹：横向裂纹是指与连铸坯宽度方向垂直的裂纹。为防止横向裂纹，需要 • 严格控制钢水成分，避免硫、磷等有害元素的偏高。
• 确保结晶器冷却均匀，避免局部过热。
• 促进钢水充分除气，减少气体夹杂。
夹杂缺陷与防止措施
非金属夹杂：非金属夹杂物如氧化铝、硫化物等，常由 于钢水纯净度不够或耐火材料侵蚀导致。为减少非金属 夹杂，需要 • 使用优质耐火材料，并严格控制其侵蚀。
• 优化炼钢工艺，确保合金元素的准确加入。
• 加强钢水的预处理，提高钢水纯净度。
金属夹杂：金属夹杂如锰铝榴石等，主要由炼钢过程中 的合金加入不当或炉渣带入引起。为预防金属夹杂，应 • 控制炉渣的生成与带入，保持钢水的纯净。
气孔缺陷与防止措施
皮下气孔：皮下气孔主要位于连铸坯表皮以下，常由于钢 水脱氧不足或保护浇注不当导致。为预防皮下气孔，应
• 加强钢水脱氧，确保钢水中氧含量达标。
• 保证中间包到结晶器的钢流封闭，防止空气吸入。
内部气孔：内部气孔分布在连铸坯整个断面。为减少内部 气孔，可采取以下措施 • 控制钢水氢含量，避免氢致气孔。
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PPT课件
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2.5.3.2连铸板坯的形状缺陷及中心内裂
连铸生产的产品包括：圆钢坯、方坯、板坯以及 各种近终形产品（薄带、异型坯等）。采用连铸 坯取代模铸作轧材，从工艺角度来讲，明显提高 了钢材的收得率，因为连铸工艺完全消除了浇注 系统及冒口切损问题，使得成材率提高约 10%~15%。
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铸件宏观组织分布示意图
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一、拉速控制
在保证铸坯质量和安全生产的前提下，拉速主要 受铸坯凝固速度的制约。
500 500 315 约5500
Danieli Somitomo VAI 1)
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鞍钢第三炼钢连轧厂工艺流程
转炉 LF炉 RH炉
中包
结晶器
连铸机
步进梁式 加热炉
粗轧机
保温罩 飞 剪
精轧机组
层流冷却 卷取 机
除
除
鳞
鳞
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2.5.2 连铸坯的凝固
要获得性能优良的铸件，首先就要在工艺上进行 控制获得高质量的铸件，同样的道理，连铸坯质 量也是科技工作者研究的重要课题。
连续铸造
2.5 连铸坯的凝固
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2.5.1 连铸 (continuous casting)
连铸，使金属液由中间包经浸入式水口不断地通 过水冷结晶器，凝成硬壳后从结晶器下方出口连 续拉出，经喷水冷却，全部凝固后切成坯料的一 种铸造工艺。
连铸的设备以弧形连铸机钢坯连铸为例，主要有 钢包支承装置、盛钢桶(钢包)、中间罐、中间罐 车、结晶器(一次冷却装置)、结晶器振动装置、 铸坯导向和二次冷却装置、引锭杆、拉坯矫直装 置(拉矫机)、切割设备和铸坯运出装置(见辊道和 横向移送设备)等。
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2.5.3 连铸坯的形状缺陷
2.5.3.1连铸小方坯的脱方和角裂
脱方：小方坯横截面上两个对角线长度不 相等时称脱方。脱方将对铸坯质量产生影 响。
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a=b
a
b
a＜b
a
b
小方坯脱方前后铸坯截面示意图
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与脱方同时出现的现象
部位 热导 角部 出结晶器时 裂纹（角裂） 折痕深
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5 连铸保护渣的选用
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保护渣的冶金作用
（1）对结晶器钢液面绝热保温；
（2）使钢液面不受空气二次氧化；
（3）吸收钢液中上浮的夹杂物;
（4）润滑运动的铸坯，在结晶器与坯壳之间起着 良好的润滑作用，从而减少拉坯阻力，防止“粘 结”现象的发生。
（5）均匀和调节凝固坯壳向结晶器的传热，使坯 壳均匀生长，形成足够厚度的坯壳，防止裂纹的 产生。
出 温度 坯壳厚度 倾向
度
钝角 少 高 薄 锐角 多 低 厚
偏离角纵向凹 深 陷、内裂，对 角线内裂倾向 大
角部横裂倾向 浅 大
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脱方是角部冷却不均匀造成的，与结晶器壁厚、 钢水成分（含碳量）、冷却水流速、冷却水水质 及结晶器内腔形状有关。
漏钢：小方坯偏离角漏钢有两种类型。一种是单 独由鼓肚引起；另一种是鼓肚为主，脱方为辅引 起的。前一种产生在刚出结晶器时，后一种产生 在二冷区以后乃至拉矫辊以前的任何地点。
其关系式为:s＝K t1/2
式中s为钢凝固层厚度(毫米)，s为凝固时间（分）
一定的s值应保证硬壳不破裂和安全生产,K值为
23～32,视钢种、断面、钢水温度和拉速变化而定。
以普通碳钢为例，拉坯速度：板坯0.5～1.8米/分，
大方坯0.6～1.5米/分，小方坯1.5～3.5米/分，CSP
4.5~6米/分。
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普通连铸板坯的厚度为150~300mm，而连铸薄板 坯的厚度已经减薄至50~90mm，双辊薄带连铸铸 出的镁合金薄带厚度可达1.0～3.5mm。为保证板 带钢的性能和表面质量的要求，一般要求板带钢 压缩比4~6就可以满足，对于要求高性能和对表 面缺陷敏感的钢种，要求有更大的压缩比。但实 际表明因快速凝固对细化晶粒的影响，压缩比达 到2.5以上就可以满足要求。
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冷却水
Hale Waihona Puke 结晶器 壁气隙 保 坯壳 护渣
Tc Ti To
热流
Tf
Ts
Tg
Th
结晶器边界传热模型
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1 热面温度与平均热流密度与距结晶器上口 距离的关系
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2 拉速和碳含量对热流密度的影响
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3 拉速和碳含量对结晶器出口处坯壳厚度 的影响
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4 碳含量（钢种）对漏钢率的影响
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三、连铸结晶器内的传热与坯壳厚度
连铸过程中，熔融金属放出的总热量(Qsum)从结 晶器边界到冷却水的传输过程非常复杂，在熔融 金属与结晶器边界同时有几种传热方式，保护渣 和气隙形成边界热阻，阻碍熔融金属和结晶器边 界传热。
在稳定生产条件下，结晶器内部，熔融金属放出 的总热量Qsum 可以估算，这部分热量由冷却水带 走。
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目前全球已有包括生产和少数在建项目的薄板坯 连铸连轧生产线统计结果。
工艺 CSP
生产线 数/条
26
(其中ISP) (5)
铸机流 数/条 42
(7)
生产能力/ 万t﹒a-1 4200
(765)
技术供应 厂商
SMSDemag
FTSR
4
QSP
3
CONROLL 3
合计
36
5 4 3 54
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连续铸造简图
核心设备：结晶器，二冷设备
钢包 中间包
结晶器 二冷段
空冷段 矫直段 PPT课件
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一机四流、一机两流 连铸小方坯
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连续铸钢的发展
连续铸钢技术经历了20世纪40年代的试验开发， 50年代开始步入工业生产阶段，60年代出现弧形 连铸机，经过70年代的大发展，80年代日趋成熟 和90年代的一场新的变革，直到今天，经历了70 年的发展历程。众多专家学者致力于连铸技术及 连铸坯质量的研究。当前，连续铸钢已向薄板坯 连铸连轧、异形坯连铸和高速连铸等高效节能的 高附加值产品的方向发展。
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二、冷却控制
连续铸钢的冷却区集中在结晶器、二冷段和后部 工序冷却（空冷）等三个部分。一般认为结晶器 段占冷却量的14～20％，二冷段占23～30％。冷 却强度过大和拉速不适应时，会造成铸坯内裂和 外裂纹。冷却强度过小和不均匀则易产生铸坯鼓 肚、漏钢等现象。冷却强度必须随钢种、铸坯温 度和拉速快慢进行控制调节。每公斤钢的冷却水 消耗量约1～2公斤。要求各断面部位冷却均匀， 冷却水要过滤净化，使水质洁净，导热均匀。