铸坯表面缺陷成因及对策课件

铸坯表面缺陷成因及对策在排水管线转弯、交汇、高程变化、管径改变及直线距离一定处，都需要设置检查井。检查井采用圆形混凝土井，一般间距不大于30m。铸坯表面缺陷成因及对策铸坯表面缺陷成因及对策在排水管线转弯、交汇、高程变化、管径改变及直线距离一定处，都需要设置检查井。检查井采用圆形混凝土井，一般间距不大于30m。2铸坯表面缺陷成因及对策在排水管线转弯、交汇、高程变化、管径改铸坯表面缺陷成因及对策课件33弯月面：4弯月面：4纵裂纹铸坯热轧钢板连铸板坯表面中心部发生最多；长度30mm～10m；深度2～70mm；铸坯“黑皮”状态即容易发现。5纵裂纹铸坯热轧钢板连铸板坯表面中心部发生最多；5横裂纹(振痕裂纹)铸坯热轧钢板主要发生在铸坯内弧；主要发生在振痕底部；长度50～200mm；深度2～3mm；铸坯“黑皮”状态不易发现。6横裂纹(振痕裂纹)铸坯热轧钢板主要发生在铸坯内弧；6角横裂纹发生在铸坯角部振痕底部；长度5～20mm；深度5mm；铸坯“黑皮”状态不易发现。7角横裂纹发生在铸坯角部振痕底部；7“星”形裂纹铸坯热轧钢板分散在铸坯表面；5～10mm龟甲状；深度2～4mm；铸坯“黑皮”状态不易发现。8“星”形裂纹铸坯热轧钢板分散在铸坯表面；8针孔铸坯热轧钢板铸坯全幅均会出现；直径2mm；铸坯“黑皮”状态不易发现。9针孔铸坯热轧钢板铸坯全幅均会出现；9表面夹渣铸坯热轧钢板多发生在铸坯表面中部；直径2～15mm之间；深度5mm；铸坯“黑皮”状态较容易发现。10表面夹渣铸坯热轧钢板多发生在铸坯表面中部；10横裂、角横裂的成因：

振痕(缺口效应、杂质富集)；

钢中Al、Nb、V等碳、氮化物析出，增加了钢的脆性；

二冷温度控制模式不当，铸坯表面温度进入脆性温度区；

矫直应力。11横裂、角横裂的成因：振痕(缺口效应、杂质富集)；11防止横裂、角横裂的对策减小振痕深度、增大振痕曲率半径；减小结晶器钢水液面波动；减小结晶器铸坯摩擦力；提高铸机对弧、对中精度；减少钢中氮含量，控制碳、氮化物析出；采用合适的二冷温度模式；矫直温度避开钢的脆性温度区。12防止横裂、角横裂的对策减小振痕深度、增大振痕曲率半径；12星形裂纹的成因：结晶器铜板镀Cr、Mo等；控制钢中Al、N含量。防止星形裂纹的措施：Cu由结晶器向坯壳表面侵入，优先沿晶界扩散，降低晶界高温强度，造成开裂；AlN、网状硫化物等在晶界的析出。13星形裂纹的成因：结晶器铜板镀Cr、Mo等；防止星形裂纹的措针孔的成因：钢液充分脱氧、脱气、防止二次氧化；减少水口、塞棒吹氩量；控制钢浇铸流量；浸入式水口深度、夹角、直径优化。防止针孔措施：凝固中生成的CO、H2气体被坯壳捕捉；吹入的Ar气泡被坯壳捕捉。14针孔的成因：钢液充分脱氧、脱气、防止二次氧化；防止针孔措施表面夹渣的成因：钢的洁净化；浇铸过程结晶器保护渣Al2O3

含量低于20％；控制结晶器钢水表面波动。防止夹渣措施：浇铸过程结晶器保护渣流动性恶化；保护渣吸收浮渣和夹杂物能力降低结晶器钢水表面波动大。江见俊彦，铁と钢，60(1974)，98115表面夹渣的成因：钢的洁净化；防止夹渣措施：浇铸过程结晶器连铸坯表面纵裂纹生成机理及防止对策含碳0.09～0.17%亚包晶钢

连铸板坯纵裂纹发生率显著

高于其他碳含量钢铸坯。日本钢管技报，1982，No.9316连铸坯表面纵裂纹生成机理及防止对策含碳0.09～0.17%亚宝钢连铸板坯表面纵裂纹与钢碳含量关系17宝钢连铸板坯表面纵裂纹与钢碳含量关系171818纵裂纹的形成：结晶器内初生坯壳表层所经受的张应力超过晶界破坏强度。结晶器内坯壳主要经受：坯壳两侧温差引起的热应力t；钢水静压力p；钢水静压力和坯壳收缩应力产生的动摩擦应力f；中部坯壳向结晶器壁凸进，而长边两端被短边牵制，由此产生的弯曲应力b。19纵裂纹的形成：结晶器内初生坯壳表层所经受结晶器内坯壳主1)结晶器内壁平滑，坯壳与结晶器壁之间保护渣膜厚度均匀，则p和f沿板坯宽度方向相等；2)在板坯宽度1/2处t和b最大；3)1/2宽度处b与板坯宽度的平方成正比(b＝3l2/(4dh2)；4)根据研究[1～3]，t最大，b次之，p和f的影响不大。[1]伊藤裕雄，铁と钢，59(1973)，2，73，A13[2]A.A.Skvortsov,Izvest.VUZ.Chern.Met.,July(1961),7,p78[3]有吉敏彦，铁と钢，54(1968)，S434201)结晶器内壁平滑，坯壳与结晶器壁之间保护渣膜厚度均[1]纵裂纹特征粗大纵裂纹较细小的纵裂纹21纵裂纹特征粗大纵裂纹较细小的纵裂纹21连铸坯表面存在的粗大纵裂纹22连铸坯表面存在的粗大纵裂纹22纵裂纹在铸坯表面凹陷处形成漏钢遗留坯壳厚度沿宽度方向的变化23纵裂纹在铸坯表面凹陷处形成漏钢遗留坯壳厚度沿宽度方向的变化铸坯纵裂纹长度与深度的对应关系24铸坯纵裂纹长度与深度的对应关系24铸坯表层缺陷示意图25铸坯表层缺陷示意图25纵裂纹开口表面光滑，呈沿柱状晶低熔点晶界开裂迹象。裂纹开口表面覆盖有液态保护渣膜。粗大纵裂纹表面附近断口照片纵裂纹是在结晶器内产生的26纵裂纹开口表面光滑，裂纹开口表面覆盖有粗大纵裂纹表面附近断口粗大纵裂纹距表面一定距离处断口裂纹表面覆盖的保护渣量减少。27粗大纵裂纹距表面一定距离处断口裂纹表面覆盖的保护渣量27粗大纵裂纹末端断口表面照片裂纹深处表面覆盖的保护渣量很少。28粗大纵裂纹末端断口表面照片裂纹深处表面覆盖的保护渣28连铸坯表面微细纵裂纹29连铸坯表面微细纵裂纹29微小纵裂纹内存在的保护渣膜30微小纵裂纹内存在的保护渣膜30纵裂纹是在结晶器弯月面附近产生的新日铁佐伯毅等[1]的研究[1]铁と钢，68(1982)，177331纵裂纹是在结晶器弯月面附近产生的新日铁佐伯毅等[1]的研究[试验中变动钢水液面高度以改变结晶器铜板人工槽与弯月面之间的相对位置：32试验中变动钢水液面高度以改变结晶器铜板人工32纵裂纹总是发生于厚薄不均匀坯壳中较薄坯壳表面，这是因为初生坯壳如厚薄不均匀，在较薄的坯壳处便形成应力集中，应力超过坯壳强度时，即导致纵裂纹的产生。33纵裂纹总是发生于厚薄不均匀坯壳中较薄坯壳33佐伯毅，铁と钢，68(1982)，1773正常坯壳与裂纹坯壳厚度的比较采用加入FeS示踪剂法：裂纹坯壳：S＝0.074t0.867正常坯壳：S＝0.092t0.86734佐伯毅，铁と钢，68(1982)，1773正常坯壳与裂纹坯壳凝固迟缓程度的影响凝固迟缓程度超过10％，纵裂纹显著增加。35凝固迟缓程度的影响凝固迟缓程度超过10％，纵裂纹显著增加。亚包晶成分钢铸坯表面裂纹敏感的原因铃木干雄等研究方法示意图亚包晶钢铸坯纵裂发生率高不是其本身延塑性的问题.36亚包晶成分钢铸坯表面裂纹敏感的原因铃木干雄等研究方法示铃木等得出的产生裂纹的临界应变与碳含量的关系37铃木等得出的产生裂纹的临界应变与碳含量的关系37不同碳含量钢铸坯试样的高温延塑性38不同碳含量钢铸坯试样的高温延塑性38亚包晶铸坯纵裂纹发生率高主要是凝固过程或凝固后＋L相变引起的体积收缩所导致的不均匀传热和不均匀凝固造成的。亚包晶钢凝固过程发生＋L

相变时，产生0.38％的体积收缩，铸坯与结晶器壁之间产生空隙，空隙处传热速率降低，局部凝固迟缓，造成坯壳厚度不均匀，应力下裂纹在凝固壳薄弱处产生。39亚包晶铸坯纵裂纹发生率高主要是凝固过程亚包晶钢凝固过程发生低、中、高碳钢结晶器内坯壳示意图40低、中、高碳钢结晶器内坯壳示意图40不同碳含量钢坯壳与模壁之间的空隙41不同碳含量钢坯壳与模壁之间的空隙41不同碳含量钢铸坯传热速率的变化42不同碳含量钢铸坯传热速率的变化42凝固坯壳厚度的不均匀性与碳含量的关系43凝固坯壳厚度的不均匀性与碳含量的关系43不均匀凝固随冷却速率的增加而提高住友金属杉谷泰夫等的实验：铁と钢，67(1981)，150844不均匀凝固随冷却速率的增加而提高住友金属杉谷泰夫等的实验：铁杉谷实验得到的不同冷却速率下坯壳形貌45杉谷实验得到的不同冷却速率下坯壳形貌45不同厚度钢板侧凝固坯壳的照片46不同厚度钢板侧凝固坯壳的照片46坯壳不均匀与凝固速率的关系凝固定律：d＝kt1/2综合凝固系数大于12后，坯壳厚薄不均匀。47坯壳不均匀与凝固速率的关系凝固定律：d＝kt1/2综合凝均匀－不均匀凝固临界传热速率推导：0tt1，坯壳与模壁完全接触；t1t，坯壳与模壁完全脱离。钢液与模壁间传热式：(1)(2)下标：s：坯壳p：模壁48均匀－不均匀凝固临界传热速率推导：0tt1，坯壳与模方程求解的初始条件与边界条件：t＝0，0xx1，Tp＝Tp0

(3)t＝0，x1

xx2，Ts＝Ts0

(4)

t0，x＝0，Tp＝f(t)(5)

0tt1，x＝x1，Ts=Tp

ks(s/x)＝kp(p/x)(6)t1t，x＝x1，

ks(s/x)＝kp(p/x)＝((Ts/100)4－Tp/100)4)＋h(Ts－Tp)(7)0<t，x＝x2，s/x＝0(8)49方程求解的初始条件与边界条件：t＝0，0xx1，T对于(5)式：Tp＝f(t)，模壁埋入热电偶，得出Tp随t的变化，右图模壁为3.2mm厚钢板的一例。将模型计算得出的坯壳厚度与实测厚度比较，得出t1为1～2s。将模型计算得出的坯壳表面热流在0～t2(大约20s)之间积分，求出此时间段坯壳表面平均热流Qavg：50对于(5)式：Tp＝f(t)，模壁埋入将模型计算得出的坯壳当传热速率减少到0.81×106kcal/m2/h(约0.94MW/m2)以下，便可以基本消除不均匀凝固，得到良好的坯壳。将计算得出的不同模壁条件下坯壳表面平均热流与实测的坯壳不均匀度作图：51当传热速率减少到0.81×106kcal/m2/h(约0产生纵裂纹的最大临界热流弯月面下45mm处热流q超过2.5MW/m2时，低碳钢铸坯表面会产生纵裂纹。而对于中碳亚包晶钢，当热流q超过1.7MW/m2时，铸坯表面产生纵裂纹52产生纵裂纹的最大临界热流弯月面下45mm处热流q超过2.5两点测温法：

沿结晶器壁不同高度上埋设多支铜－康铜热电偶，热电偶埋入深度不同。因此，结晶器壁的热流量为：＝(T测点1－T测点2)/S： 铜的导热系数，J/s/℃/cmT测点1：测点1的温度，℃T测点2：测点2的温度，℃S： 测点1到测点2的距离，cm测定结晶器热流方法：53两点测温法：＝(T测点1－T测点2)/S： 铜的沿结晶器壁不同高度埋设多支热电偶，热电偶埋入深度相同，根据结晶器铜板测温结果，利用数学模型，计算结晶器壁的瞬时热流量水槽冷却水传热微分方程：铜板的传热微分方程：一点测温法：54沿结晶器壁不同高度埋水槽冷却水传热微分方程：铜板的传宝钢板坯连铸结晶器宽面热流变化55宝钢板坯连铸结晶器宽面热流变化55均匀传热对防止纵裂纹十分重要56均匀传热对防止纵裂纹十分重要56冷却均匀性对纵裂纹的影响结晶器铜板温度与铸坯表面纵裂纹的关系57冷却均匀性对纵裂纹的影响结晶器铜板温度与铸坯表面纵裂纹的关系连铸结晶器传热q＝hT（TS－TW）＝1/RT（TS－TW） 式中：q：热流，W/cm2;hT：总换热系数，W/cm2/℃;TS：结晶器内钢水温度，℃；TW：结晶器冷却水温度，℃；RT：总热阻，cm2℃/W热流：58连铸结晶器传热q＝hT（TS－TW）＝1/RT（TS－TW

总热阻RT可表示为：RT＝R1＋R2＋R3＋R4＋R5＋R6

R1：钢水－坯壳间的热阻，cm2℃/W。R2：通过坯壳的热阻，cm2℃/W；R3：通过保护渣膜的热阻，cm2℃/W；R4：通过气隙的热阻，cm2℃/W；R5：通过结晶器铜板的热阻，cm2℃/W；R6：结晶器壁－冷却水间的热阻，cm2℃/W；热流包括：■钢水向坯壳的对流传热；■凝固坯壳的传导传热；■保护渣膜传导传热；■气隙间的传导和辐射传热；■结晶器铜板传导传热；■冷却水与铜板间对流传热。59总热阻RT可表示为：RT＝R1＋R2＋R3＋R4＋R5＋R6钢液与凝固坯壳间热阻R6R1＝1/h1

h1为钢液与坯壳间对流换热系数(W/cm2/℃)，可由平行平板紊流换热系数计算式算出：D1：传热处的结晶器高度，cm;λ1：钢的导热系数，W/cm/℃；u1：钢液流速，cm/s；ρ1：钢液密度，g/cm3；Cp1：钢的比热，J/g/C。60钢液与凝固坯壳间热阻R6R1＝1/h1 h1凝固坯壳传热热阻R2R2＝δ2/λ2

式中，δ2：凝固坯壳厚度，cm；λ2：坯壳导热系数，W/cm/℃；保护渣膜热阻R3R3＝δ3/λ3

式中，δ3：保护渣膜厚度，cm；λ3：保护渣膜导热系数，W/cm/℃；61凝固坯壳传热热阻R2R2＝δ2/λ2 式中，δ结晶器壁与保护渣膜之间气隙的热阻R4由于气隙空间小，只考虑传导和辐射两种传热方式： R4＝1/(hc＋hr) hc＝λ4/δ4

hc：传导传热换热系数，W/cm2/℃；hr：辐射传热换热系数，W/cm2/℃；λ4：传导传热导热系数，W/cm/℃；δ4：气隙厚度，cm；εp：保护渣膜发射率；εm：结晶器壁发射率；Tp：保护渣膜温度，K；Tm：结晶器壁温度，K。62结晶器壁与保护渣膜之间气隙的热阻R4由于气隙空间小，只考虑结晶器铜板热阻R5式中，δ5：铜板厚度，cm；λ5：铜板导热系数，W/cm/℃。R5＝δ5/λ5

结晶器铜板－冷却水之间的热阻R6热阻R6主要为与结晶器铜板接触的冷却水边界层的热阻，可由下式算出： R6＝1/h6

式中h6为结晶器铜板与冷却水间的换热系数（W/cm2/℃）63结晶器铜板热阻R5式中，δ5：铜板厚度，cm；R5＝δ5D6：结晶器冷却水槽当量直径，cm；λ6：冷却水导热系数，W/cm/℃;u6：冷却水流速，cm/s；ρ6：冷却水密度，g/cm2；μ6：冷却水粘度，g/cm/s；CP6：冷却水比热，J/g/℃。如将结晶器铜板与冷却水边界层之间的传热看作圆管内强制对流传热，h6可由下式算出：64D6：结晶器冷却水槽当量直径，cm；如将结晶器铜板与冷却水边保护渣膜与结晶器壁之间气隙的热阻R4和坯壳热阻R2最大，其次是保护渣膜传热热阻R3。由图中还可以看到，当结晶器冷却水流速低于7m/min后，结晶器铜板－冷却水间的热阻R6会显著增大。65保护渣膜与结晶器壁之65采取的对策：防止铸坯表面纵裂纹的要点:坯壳迟缓凝固造成的凹陷伴随的粗大纵裂纹；结晶器均匀缓冷减少坯壳不均匀性；二冷均匀缓冷防止裂纹扩展。保护渣均匀流入；采用较高凝固温度、结晶温度保护渣；液面波动控制；适当控制拉速；Mn/S比；气水二冷；二冷自动控制。66采取的对策：防止铸坯表面纵裂纹的要点:坯壳迟缓凝固造成的6767一、保护渣对防止纵裂纹具有的重要作用

保护渣的作用：防止钢液氧化；钢液表面保温；吸收夹杂物；润滑；铸坯与结晶器之间均匀传热。液态保护渣膜：0.1～0.2mm厚，在固态渣膜与铸坯之间起润滑作用;结晶相保护渣膜：0.5～1.5mm厚，随结晶器运动；玻璃相保护渣膜：0.5～0.6mm厚，开浇渣成分，与结晶器壁结合紧密，随结晶器运动。68一、保护渣对防止纵裂纹具有的重要作用保护渣的作用：防止钢保护渣化学组成范围：CaO 25～45％ Na2O 1～20％ BaO 0～10％SiO2 20～50％ K2O 0～5％ LiO2 0～4％Al2O3 0～10％ FeO 0～6％ B2O3 0～10％TiO2 0～5％ MgO 0～10％ F 4～10％C 1～25％ MnO 0～10％69保护渣化学组成范围：CaO 25～45％ Na2O 1～川崎制铁70年代浇铸中碳钢使用的保护渣成分见：江见俊彦，中户参，铃木康治等，铁と钢，60(1974)，90170川崎制铁70年代浇铸中碳钢使用的保护渣成分见：江见俊彦，中川崎制铁80年代初年代浇铸中碳钢用保护渣成分、性能见：樱谷敏和，江见俊彦，今井卓雄等，铁と钢，67(1981)，122071川崎制铁80年代初年代浇铸中碳钢用保护渣成分、性能见：樱谷敏粘度

粘度是连铸保护渣的重要物性参数

粘度高，摩擦力大，保护渣不易流入坯壳与结晶器壁间的间隙。粘度低、保护渣流动性好、传热速率高。72粘度

粘度是连铸保护渣的重要物性参数粘度低、保护渣流动性好随温度的降低，粘度不再遵从阿累尼乌斯定律时的温度为凝固温度。粘度温度＝AEXP(E/RT)凝固温度73随温度的降低，粘度不再遵从阿累尼乌斯定律时的温度为凝固温度。凝固温度过高，降低保护渣的液体润滑效果，并减少保护渣的流入量，拉漏的可能性增加；另一方面，凝固温度过低，坯壳与结晶器之间液体保护渣发达，传热速率过强；保护渣的凝固温度存在一最佳温度区间，在此温度范围内，既能够保证润滑，又能控制传热速率。74凝固温度过高，降低保护渣的液体润滑效果，并减少保护渣的流入量不同类钢适用的保护渣凝固温度示意图75不同类钢适用的保护渣凝固温度示意图75结晶温度结晶析出会降低保护渣的润滑效果，拉漏可能性增加；结晶温度高可以减弱液体保护渣的发达程度，减缓传热；固体保护渣层中结晶相析出，渣膜中易产生微裂纹和晶界均会增大传热热阻；降低玻璃相辐射传热的效果。76结晶温度结晶析出会降低保护渣的润滑效果，拉漏可能性增加；7不同类保护渣示差热DTA曲线示意图77不同类保护渣示差热DTA曲线示意图77熔化温度和熔化速度保护渣熔化温度和熔化速度对保护渣液渣层高度及坯壳与结晶器壁之间的流入有重要影响。影响保护渣熔化速率的因素：自由碳含量；碳颗粒的粒度；保护渣熔化温度；保护渣原料粒度；拉速。MeltingRateas%freeC,rC,mp,q78熔化温度和熔化速度保护渣熔化温度和熔化速度对保护渣液渣层高 粘度 凝固温度熔化温度CaO SiO2 CaO/SiO2 Al2O3 Na2O F Fe2O3 79 粘度 凝固温度熔化温度CaO MnO MgO B2O3 BaO Li2O TiO2 K2O 粘度 凝固温度熔化温度80MnO 粘度1991SteelmakingConferenceProceedings,p617811991SteelmakingConferencePr采用添加Na2O、Li2O来降低保护渣粘度82采用添加Na2O、Li2O来降低保护渣粘度82F、B2O3、Al2O3对保护渣粘度的影响83F、B2O3、Al2O3对保护渣粘度的影响831991SteelmakingConferenceProceedings,p617841991SteelmakingConferencePr通过Li2O、B2O3、F等调整凝固温度85通过Li2O、B2O3、F等调整凝固温度85F、B2O3、Al2O3对保护渣凝固温度的影响86F、B2O3、Al2O3对保护渣凝固温度的影响86Li2O、MgO、MnO对保护渣熔点的影响87Li2O、MgO、MnO对保护渣熔点的影响87Li2O、MgO、MnO对保护渣熔化时间的影响88Li2O、MgO、MnO对保护渣熔化时间的影响88在减少纵裂纹方面对保护渣操作的要求：铸坯－结晶器壁间的均匀流入；铸坯－结晶器壁间保护渣膜的合理物性来控制传热。铸坯－结晶器壁间的均匀流入保护渣物性(粘度、熔化温度、熔速)；钢水表面液渣层高度；拉速、振动参数等。89在减少纵裂纹方面对保护渣操作的要求：铸坯－结晶器壁间的均匀流入不足或流入过剩，均会造成坯壳不均匀，引发纵裂纹产生。流入过剩引起的纵裂纹流入不足引起的纵裂纹90流入不足或流入过剩，均会造成坯壳不均匀，流入过剩引起的纵裂纹造成流入过剩的原因：保护渣粘度偏低；钢水表面液渣层过厚；拉速偏低。91造成流入过剩的原因：保护渣粘度偏低；91造成流入不足的原因：保护渣粘度偏高；钢水表面液渣层过薄；拉速偏低；钢水表面供热不足。宝钢浇铸含碳0.07～0.11％钢板坯纵裂纹与液渣层关系92造成流入不足的原因：保护渣粘度偏宝钢浇铸含碳0.07～0钢水表面保护渣液渣层厚度：式中，a：液态保护渣的热扩散系数， Cp：保护渣比热；

Hfus：保护渣熔化焓； f：保护渣挥发份比率， Vl：保护渣消耗速率； Tm：钢液温度； Tliq：保护渣熔化温度； Tamb：周围环境温度； s：固相保护渣； l：液相保护渣。93钢水表面保护渣液渣层厚度：式中，a：液态保护渣的热扩散系数，粘度，熔化温度,熔速－－液渣层拉速

,保护渣耗量,钢水温度－－液渣层94粘度，熔化温度,熔速－－液渣调整铸坯－结晶器壁间保护渣膜的性质来控制传热，减少纵裂纹。坯壳与结晶器壁之间的保护渣膜实际上是由液相层、玻璃相固相渣层和结晶相固相渣层组成的，其间热的传递主要以传导和辐射两种方式进行，热阻表示为：95调整铸坯－结晶器壁间保护渣坯壳与结晶器壁之间的保护渣膜实95中碳亚包晶钢保护渣的要点在于合理地调配三个渣层的物性:通过控制液渣层的粘度来保证润滑同时防止过低粘度造成过强传热；使保护渣具有较高的凝固温度以增加固相层比率来减缓传热；通过增加结晶相比率增加晶界热阻和减弱玻璃相的辐射传热，以抑制铸坯表面裂纹的产生。96中碳亚包晶钢保护渣的要点在于合理地调配三通过控制液渣层的粘中碳钢用保护渣为了减弱初生坯壳与结晶器壁之间的传热速率，防止纵裂纹的发生，中碳钢采用较高凝固温度、较高结晶温度的保护渣。适当高的粘度提高凝固温度－增加保护渣固相层厚度；提高结晶温度－增加保护渣固相层厚度； －减少保护渣固相层中的玻璃相比例，减少辐射传热。97中碳钢用保护渣为了减弱初生坯壳与结晶器壁之间的传热速率，防止采用较高凝固温度保护渣后中碳钢板坯纵裂纹的改变98采用较高凝固温度保护渣后中碳钢板坯981982年新日铁大分厂得出的坯壳不均匀度与保护渣粘度的关系991982年新日铁大分厂得出的坯壳不均匀度与99传热速率与保护渣结晶温度的关系100传热速率与保护渣结晶温度的关系10080年代中、后期以来，板坯连铸的拉速较前有了较大的提高，目前日本各主要钢铁厂板坯连铸浇铸低碳铝镇静钢时的正常工作拉速已可达2.0m/min，浇铸中碳钢时的拉速可达1.5m/min左右。拉速提高后铸坯冷却强度提高，中碳钢铸坯表面易产生纵裂纹缺陷，这也是目前日本浇铸中碳钢的拉速不及浇铸低碳铝镇静钢拉速的主要原因。为了减少高拉速后中碳钢铸坯表面纵裂纹的发生率，日本的钢铁厂使用的中碳钢保护渣碱度较以前明显增加，其作用主要有两个：

■降低粘度适应高拉速对保护渣流动性的要求；

■通过提高碱度提高保护渣的结晶温度，使保护渣固相层中结晶相增多，增加保护渣热阻减少热流，以防止由于冷却过强造成纵裂纹发生。10180年代中、后期以来，板坯连铸的拉速较前有了较大的提101中碳钢高拉速化保护渣的开发：低粘度化渣化速度提高提高碱度，减少Al2O3保证保护渣耗量高熔点化结晶化添加ZrO2、CeO2缓冷却化中碳钢高拉速改进振动高拉速化防止纵裂纹发生102中碳钢高拉速化保护渣的开发：低粘度化渣化速度提高提高碱住友金属亚包晶钢连铸保护渣化学成分，％日本板坯连铸浇铸中碳钢采用较高碱度的保护渣NKK福山厂为高拉速浇铸中碳钢设计的保护渣103住友金属亚包晶钢连铸保护渣化学成分，％日本板坯连铸浇铸中碳钢二、减少结晶器钢水液面波动T.Ueda,etal.,铁と钢,67(1981),P1236104二、减少结晶器钢水液面波动T.Ueda,etal.,S.L.Kang,etal.,SteelmakingConferenceProceedings,1994,p347105S.L.Kang,etal.,SteelmakingS。L。Kang,etal.,SteelmakingConferenceProceedings,1994,p347106S。L。Kang,etal.,Steelmaking107107三、浸入式水口尺寸、夹角、埋入深度108三、浸入式水口尺寸、夹角、埋入深度108当x/d0<4.8时， Vm

V0当x/d0=4.8～8.2时 Vm=2.2V0/(x/d0)1/2当x/d0=8.2～36.5时 Vm=6.3V0/(x/d0)当x/d0>36.5时 Vm=230V0/(x/d0)2H.NAKATO,etal.,Trans.ISIJ,24(1984),p957109当x/d0<4.8时，H.NAKATO,etaH.NAKATO,etal.,Trans.ISIJ,24(1984),p957110H.NAKATO,etal.,Trans.ISIJ浸入式水口流出的钢水如向上分流过强，会造成表面波动过大引起的卷渣等。浸入式水口流出的钢水如向上分流过小，表面供热不足，会造成保护渣熔化不良、保护渣流入不均匀，容易产生纵裂纹缺陷。111浸入式水口流出的钢111浸入式水口流出的钢流对钢水表面波动带来的影响可用钢水表面波动指数－F指数加以描述。112浸入式水口流出的钢流对钢水表面波动带来的112日本钢管公司的手岛俊雄等通过水模型对浸入式水口工艺参数对液面波动的影响进行了试验研究，得到了计算F指数的经验公式，y＝(a1+b1+c1S+d1S)G1x2-(a2+b2+c2S+d2)G2x

Ve＝AWlQLmdp(1/cos)nexp(BQg)113日本钢管公司的手岛俊雄等通过水模型对浸入式y＝(a1+b1F指数计算所选用的系数NKK研究结果川崎制铁研究结果114F指数计算所选用的系数NKK研究结果宝钢一炼钢厂连铸采用的浸入式水口内径为65mm，出口内径为60mm，水平夹角为15，水口吹氩总流量为15l/min，拉速为1.2m/min。115宝钢一炼钢厂连铸采用的浸入式水口内径为65mm，出口115宝钢浇铸[C]：0.07～0.11％集装箱钢板坯纵裂纹指数与拉速的关系拉速过低时，结晶器弯月面处钢水供热不足，处于低温状态，初生坯壳较厚且不均匀，同时保护渣也因温度低而熔融不好，因此容易产生纵裂纹。116宝钢浇铸[C]：0.07～0.11％集装箱钢板坯拉速过低时宝钢浇铸[C]：0.07～0.11％集装箱钢板坯纵裂纹指数与钢水过热度的关系117宝钢浇铸[C]：0.07～0.11％集装箱钢板坯117宝钢浇铸[C]：0.07～0.11％钢板坯纵裂纹指数与结晶器平均热流的关系118宝钢浇铸[C]：0.07～0.11％钢板坯118119119结晶器窄面平均热流与宽面平均热流比的合适范围120结晶器窄面平均热流与宽面平均热流比的合适范围120二冷采用弱冷，防止纵裂纹扩展合理的温度控制模式，避开脆性温度区；

采用气水冷却；减少比水量。121二冷采用弱冷，防止纵裂纹扩展合理的温度控制模式，避开脆性温钢在凝固温度～600℃间存在三个脆性

温度区122钢在凝固温度～600℃间存在三个脆性

温度区122第I脆性温度域：■在凝固温度附近；■柱状晶间富集杂质的液相是脆化的主要原因；■与变形速率无关。第II脆性温度域：■在1200℃附近；■奥氏体晶粒间硫化物析出是脆化的主要原因；■脆化随变形速率提高而加剧；■主要发生在应变速率大于10-2/s。123第I脆性温度域：■在凝固温度附近；第II脆性温度域：■在12第III脆性温度域：■在950～700℃之间；■可以进一步分为奥氏体低温域和＋两相区高温域的脆化；■碳、氮化物析出是奥氏体低温域脆化的主要原因；■奥氏体晶界处网膜状铁素体析出是＋两相区高温域脆化的主要原因；■钢的脆化随变形速率减小而增加。124第III脆性温度域：■在950～700℃之间；124AlN等在奥氏体晶界析出降低钢延塑性的原因：微细析出物粒子促进晶界滑移，造成晶界破坏析出物粒子促进晶界滑移造成晶界破坏示意图125AlN等在奥氏体晶界析出降低钢延塑性的原因：微细析出物粒子825℃800℃725℃700℃中碳钢铸坯高温变形试样断口组织照片奥氏体晶界处网膜状铁素体析出是＋两相区高温域脆化的主要原因126825℃800℃碳钢的脆性温度域试样的化学成分，％127碳钢的脆性温度域试样的化学成分，％127不同碳含量钢铸坯试样面缩率随温度的变化128不同碳含量钢铸坯试样面缩率随温度的变化128含铌、钒、钛微合金化钢高温脆性温度域试样的化学成分，％129含铌、钒、钛微合金化钢高温脆性温度域试样的化学成分，％12含铌、钒、钛微合金化钢高温脆性温度域130含铌、钒、钛微合金化钢高温脆性温度域130铸坯表面温度应避开脆性温度区河野拓夫，铁と钢，68(1982)，1792131铸坯表面温度应避开脆性温度区河野拓夫，铁と钢，68(1982二冷喷水或气水喷雾冷却喷水冷却气雾冷却132二冷喷水或气水喷雾冷却喷水冷却气雾冷却132喷水冷却的优缺点：■喷水覆盖区冷却强度大；■喷嘴节流部分(颈缩)直径小，容易堵塞；■流量调节范围不大(Q＝KP1/2)；■冷却不均匀(内弧辊积水、外弧冷却效果差)；■覆盖面积小。133喷水冷却的优缺点：■喷水覆盖区冷却强133气水喷雾冷却■喷嘴直径大，不易堵；■通过改变气水比，可有效地扩大水流量调节范围；■水的雾化程度高，水滴小，冲击力大，冷却效率高；■覆盖面大、冷却均匀，单位水耗量低■噪音大。134气水喷雾冷却■喷嘴直径大，不易堵；134135135气水喷雾冷却水量的分布136气水喷雾冷却水量的分布136气水喷雾与喷水冷却水滴尺寸的分布频率137气水喷雾与喷水冷却水滴尺寸的分布频率137二冷降低比水量138二冷降低比水量138连铸二冷铸坯表面温度目标控制：139连铸二冷铸坯表面温度目标控制：139连铸坯凝固传热数学模型为使问题简化，做以下假设：■忽略拉坯方向的传热；■对于板坯，忽略宽度方向的传热；■忽略液相穴对流传热；■凝固壳以传导传热占统治地位；■钢的热物理性能均为常数。140连铸坯凝固传热数学模型为使问题简化，做以下假设：■忽略拉从弯月面处，沿铸坯中心，取一个与铸坯一起向下运动的微元体，高度、厚度、宽度分别为dz、dx、dy，微元体的热平衡为：微元体热量变化＝接受热量－支出热量141从弯月面处，沿铸坯中心，取一个与铸坯一起向下运动微元体热量1)微元体左侧边(dydz面)传出的热量：3)微元体内储存热量变化2)铸坯中心传给微元体热量(dydz面)1421)微元体左侧边(dydz面)传出的热量：3)微元体内储将以上各项热量带入能量平衡方程：化简：143将以上各项热量带入能量平衡方程：化简：143对方坯的凝固有：对圆坯的凝固有：初始条件：t＝0(z＝0)T＝T浇铸144对方坯的凝固有：对圆坯的凝固有：初始条件：t＝0(z＝0)边界条件：1)铸坯中心(x＝D/2)铸坯中心线两边为对称传热，2)铸坯表面(x=0)结晶器： ＝A－Kt1/2二冷区： ＝h(Ts－Tw)辐射区： ＝(Ts4－T04)式中，：热流；t：铸坯在结晶器内滞留时间；h：传热系数；Ts、Tw、T0：铸坯表面、冷却水和环境温度；：辐射系数；：波兹曼常数。145边界条件：1)铸坯中心(x＝D/2)铸坯中心线两边为对称146146有限差分法原理对于二元函数f＝f(x，y)(1)在点(x，y)处的一阶偏导数(或偏微商)定义为：(2)假设自变量x的增量x足够小，则差商近似等于微商：(3)(3)式称为向前差商。147有限差分法原理对于二元函数f＝f(x，y)同理可定义y方向上的向前偏差商：(4)将所研究区域(x1,x2)和(y1,y2)分别等分为N和M份，其相应的间隔x和y分别称为在x和y方向上的步长。每个分点分别顺序编号，记作i＝0,1,2,…,N和j＝0,1,2,…,M。矩形网格：x和y分别为空间步长和时间步长，每个格子的中心温度代表整个格子温度，对中心和边界的格子分法应使格子中心温度恰好位于铸坯中心和表面。148同理可定义y方向上的向前偏差商：(4)将所研究区域(x1向前差商因此可写为：(5)(6)同样可以有向后差商：(7)(8)149向前差商因此可写为：(5)(6)同样可以有向后差商：(7)(类似可得到二阶偏微商的差商形式，常写成二阶中心差商：(9)和(10)150类似可得到二阶偏微商的差商形式，常写成二阶中心差商：(9)和对于铸坯传热凝固方程：改写为：差分方程为：(11)(12)(13)151对于铸坯传热凝固方程：改写为：差分方程为：(11)(12)(通常写成：(14)上式表明根据第k个时刻三个点上的温度可求出第k+1时刻各点的温度：(15)当初始条件(k=0)和边界条件(i＝0和i=N)已知时，可递推求出所有点上的温度值(i＝0,1,2,…,N，k＝0,1,2,…,M)。152通常写成：(14)上式表明根据第k个时刻三个点上的温度可求铸坯表面处：代入(15)式，得：153铸坯表面处：代入(15)式，得：153铸坯厚度中心处：,154铸坯厚度中心处：,154物性参数的选定：■钢的液、固相线温度；■凝固潜热；■导热系数；■比热；■密度；■二冷区传热系数；

计算框图：155物性参数的选定：■钢的液、固相线温度；计算框图：155静态控制(预设定控制):Q＝aV2＋bV＋c式中，Q：冷却水量，l/min；V：拉速，m/min； a、b、c：常数。常数a、b、c通常由铸坯凝固传热模型离线算出。静态控制的不足：二冷静态和动态控制156静态控制(预设定控制):Q＝aV2＋bV＋c式中，Q：冷动态控制1、确定各控制点铸坯表面目标温度Taim；2、根据Q＝aV2＋bV＋c确定各区水量；3、根据铸坯传热凝固模型计算出各控制点铸坯表面温度Tr；4、根据Taim－Tr，修正水量。157动态控制1、确定各控制点铸坯表面157动态控制的效果：158动态控制的效果：158某厂采用静态控制拉速改变时铸坯表面温度的变化159某厂采用静态控制拉速改变时铸坯表面温度的变化159某厂采用动态控制拉速改变时铸坯表面温度的变化160某厂采用动态控制拉速改变时铸坯表面温度的变化160二冷对防止纵裂纹具有非常重要的作用某厂板坯连铸浇铸集装箱钢二冷区铸坯温度161二冷对防止纵裂纹具有非常重要的作用某厂板坯连铸浇铸集装箱钢二某厂集装箱钢高温延塑性变化RA小于40％的温度域：825℃～775℃162某厂集装箱钢高温延塑性变化RA小于40％的温度域：825℃～采用稍弱的二冷模式，铸坯纵裂纹发生率由15％显著降低到1％左右。163采用稍弱的二冷模式，铸坯纵裂纹发生率由163铸坯表面缺陷成因及对策课件铸坯表面缺陷成因及对策在排水管线转弯、交汇、高程变化、管径改变及直线距离一定处，都需要设置检查井。检查井采用圆形混凝土井，一般间距不大于30m。铸坯表面缺陷成因及对策铸坯表面缺陷成因及对策在排水管线转弯、交汇、高程变化、管径改变及直线距离一定处，都需要设置检查井。检查井采用圆形混凝土井，一般间距不大于30m。2铸坯表面缺陷成因及对策在排水管线转弯、交汇、高程变化、管径改铸坯表面缺陷成因及对策课件1673弯月面：168弯月面：4纵裂纹铸坯热轧钢板连铸板坯表面中心部发生最多；长度30mm～10m；深度2～70mm；铸坯“黑皮”状态即容易发现。169纵裂纹铸坯热轧钢板连铸板坯表面中心部发生最多；5横裂纹(振痕裂纹)铸坯热轧钢板主要发生在铸坯内弧；主要发生在振痕底部；长度50～200mm；深度2～3mm；铸坯“黑皮”状态不易发现。170横裂纹(振痕裂纹)铸坯热轧钢板主要发生在铸坯内弧；6角横裂纹发生在铸坯角部振痕底部；长度5～20mm；深度5mm；铸坯“黑皮”状态不易发现。171角横裂纹发生在铸坯角部振痕底部；7“星”形裂纹铸坯热轧钢板分散在铸坯表面；5～10mm龟甲状；深度2～4mm；铸坯“黑皮”状态不易发现。172“星”形裂纹铸坯热轧钢板分散在铸坯表面；8针孔铸坯热轧钢板铸坯全幅均会出现；直径2mm；铸坯“黑皮”状态不易发现。173针孔铸坯热轧钢板铸坯全幅均会出现；9表面夹渣铸坯热轧钢板多发生在铸坯表面中部；直径2～15mm之间；深度5mm；铸坯“黑皮”状态较容易发现。174表面夹渣铸坯热轧钢板多发生在铸坯表面中部；10横裂、角横裂的成因：

振痕(缺口效应、杂质富集)；

钢中Al、Nb、V等碳、氮化物析出，增加了钢的脆性；

二冷温度控制模式不当，铸坯表面温度进入脆性温度区；

矫直应力。175横裂、角横裂的成因：振痕(缺口效应、杂质富集)；11防止横裂、角横裂的对策减小振痕深度、增大振痕曲率半径；减小结晶器钢水液面波动；减小结晶器铸坯摩擦力；提高铸机对弧、对中精度；减少钢中氮含量，控制碳、氮化物析出；采用合适的二冷温度模式；矫直温度避开钢的脆性温度区。176防止横裂、角横裂的对策减小振痕深度、增大振痕曲率半径；12星形裂纹的成因：结晶器铜板镀Cr、Mo等；控制钢中Al、N含量。防止星形裂纹的措施：Cu由结晶器向坯壳表面侵入，优先沿晶界扩散，降低晶界高温强度，造成开裂；AlN、网状硫化物等在晶界的析出。177星形裂纹的成因：结晶器铜板镀Cr、Mo等；防止星形裂纹的措针孔的成因：钢液充分脱氧、脱气、防止二次氧化；减少水口、塞棒吹氩量；控制钢浇铸流量；浸入式水口深度、夹角、直径优化。防止针孔措施：凝固中生成的CO、H2气体被坯壳捕捉；吹入的Ar气泡被坯壳捕捉。178针孔的成因：钢液充分脱氧、脱气、防止二次氧化；防止针孔措施表面夹渣的成因：钢的洁净化；浇铸过程结晶器保护渣Al2O3

含量低于20％；控制结晶器钢水表面波动。防止夹渣措施：浇铸过程结晶器保护渣流动性恶化；保护渣吸收浮渣和夹杂物能力降低结晶器钢水表面波动大。江见俊彦，铁と钢，60(1974)，981179表面夹渣的成因：钢的洁净化；防止夹渣措施：浇铸过程结晶器连铸坯表面纵裂纹生成机理及防止对策含碳0.09～0.17%亚包晶钢

连铸板坯纵裂纹发生率显著

高于其他碳含量钢铸坯。日本钢管技报，1982，No.93180连铸坯表面纵裂纹生成机理及防止对策含碳0.09～0.17%亚宝钢连铸板坯表面纵裂纹与钢碳含量关系181宝钢连铸板坯表面纵裂纹与钢碳含量关系1718218纵裂纹的形成：结晶器内初生坯壳表层所经受的张应力超过晶界破坏强度。结晶器内坯壳主要经受：坯壳两侧温差引起的热应力t；钢水静压力p；钢水静压力和坯壳收缩应力产生的动摩擦应力f；中部坯壳向结晶器壁凸进，而长边两端被短边牵制，由此产生的弯曲应力b。183纵裂纹的形成：结晶器内初生坯壳表层所经受结晶器内坯壳主1)结晶器内壁平滑，坯壳与结晶器壁之间保护渣膜厚度均匀，则p和f沿板坯宽度方向相等；2)在板坯宽度1/2处t和b最大；3)1/2宽度处b与板坯宽度的平方成正比(b＝3l2/(4dh2)；4)根据研究[1～3]，t最大，b次之，p和f的影响不大。[1]伊藤裕雄，铁と钢，59(1973)，2，73，A13[2]A.A.Skvortsov,Izvest.VUZ.Chern.Met.,July(1961),7,p78[3]有吉敏彦，铁と钢，54(1968)，S4341841)结晶器内壁平滑，坯壳与结晶器壁之间保护渣膜厚度均[1]纵裂纹特征粗大纵裂纹较细小的纵裂纹185纵裂纹特征粗大纵裂纹较细小的纵裂纹21连铸坯表面存在的粗大纵裂纹186连铸坯表面存在的粗大纵裂纹22纵裂纹在铸坯表面凹陷处形成漏钢遗留坯壳厚度沿宽度方向的变化187纵裂纹在铸坯表面凹陷处形成漏钢遗留坯壳厚度沿宽度方向的变化铸坯纵裂纹长度与深度的对应关系188铸坯纵裂纹长度与深度的对应关系24铸坯表层缺陷示意图189铸坯表层缺陷示意图25纵裂纹开口表面光滑，呈沿柱状晶低熔点晶界开裂迹象。裂纹开口表面覆盖有液态保护渣膜。粗大纵裂纹表面附近断口照片纵裂纹是在结晶器内产生的190纵裂纹开口表面光滑，裂纹开口表面覆盖有粗大纵裂纹表面附近断口粗大纵裂纹距表面一定距离处断口裂纹表面覆盖的保护渣量减少。191粗大纵裂纹距表面一定距离处断口裂纹表面覆盖的保护渣量27粗大纵裂纹末端断口表面照片裂纹深处表面覆盖的保护渣量很少。192粗大纵裂纹末端断口表面照片裂纹深处表面覆盖的保护渣28连铸坯表面微细纵裂纹193连铸坯表面微细纵裂纹29微小纵裂纹内存在的保护渣膜194微小纵裂纹内存在的保护渣膜30纵裂纹是在结晶器弯月面附近产生的新日铁佐伯毅等[1]的研究[1]铁と钢，68(1982)，1773195纵裂纹是在结晶器弯月面附近产生的新日铁佐伯毅等[1]的研究[试验中变动钢水液面高度以改变结晶器铜板人工槽与弯月面之间的相对位置：196试验中变动钢水液面高度以改变结晶器铜板人工32纵裂纹总是发生于厚薄不均匀坯壳中较薄坯壳表面，这是因为初生坯壳如厚薄不均匀，在较薄的坯壳处便形成应力集中，应力超过坯壳强度时，即导致纵裂纹的产生。197纵裂纹总是发生于厚薄不均匀坯壳中较薄坯壳33佐伯毅，铁と钢，68(1982)，1773正常坯壳与裂纹坯壳厚度的比较采用加入FeS示踪剂法：裂纹坯壳：S＝0.074t0.867正常坯壳：S＝0.092t0.867198佐伯毅，铁と钢，68(1982)，1773正常坯壳与裂纹坯壳凝固迟缓程度的影响凝固迟缓程度超过10％，纵裂纹显著增加。199凝固迟缓程度的影响凝固迟缓程度超过10％，纵裂纹显著增加。亚包晶成分钢铸坯表面裂纹敏感的原因铃木干雄等研究方法示意图亚包晶钢铸坯纵裂发生率高不是其本身延塑性的问题.200亚包晶成分钢铸坯表面裂纹敏感的原因铃木干雄等研究方法示铃木等得出的产生裂纹的临界应变与碳含量的关系201铃木等得出的产生裂纹的临界应变与碳含量的关系37不同碳含量钢铸坯试样的高温延塑性202不同碳含量钢铸坯试样的高温延塑性38亚包晶铸坯纵裂纹发生率高主要是凝固过程或凝固后＋L相变引起的体积收缩所导致的不均匀传热和不均匀凝固造成的。亚包晶钢凝固过程发生＋L

相变时，产生0.38％的体积收缩，铸坯与结晶器壁之间产生空隙，空隙处传热速率降低，局部凝固迟缓，造成坯壳厚度不均匀，应力下裂纹在凝固壳薄弱处产生。203亚包晶铸坯纵裂纹发生率高主要是凝固过程亚包晶钢凝固过程发生低、中、高碳钢结晶器内坯壳示意图204低、中、高碳钢结晶器内坯壳示意图40不同碳含量钢坯壳与模壁之间的空隙205不同碳含量钢坯壳与模壁之间的空隙41不同碳含量钢铸坯传热速率的变化206不同碳含量钢铸坯传热速率的变化42凝固坯壳厚度的不均匀性与碳含量的关系207凝固坯壳厚度的不均匀性与碳含量的关系43不均匀凝固随冷却速率的增加而提高住友金属杉谷泰夫等的实验：铁と钢，67(1981)，1508208不均匀凝固随冷却速率的增加而提高住友金属杉谷泰夫等的实验：铁杉谷实验得到的不同冷却速率下坯壳形貌209杉谷实验得到的不同冷却速率下坯壳形貌45不同厚度钢板侧凝固坯壳的照片210不同厚度钢板侧凝固坯壳的照片46坯壳不均匀与凝固速率的关系凝固定律：d＝kt1/2综合凝固系数大于12后，坯壳厚薄不均匀。211坯壳不均匀与凝固速率的关系凝固定律：d＝kt1/2综合凝均匀－不均匀凝固临界传热速率推导：0tt1，坯壳与模壁完全接触；t1t，坯壳与模壁完全脱离。钢液与模壁间传热式：(1)(2)下标：s：坯壳p：模壁212均匀－不均匀凝固临界传热速率推导：0tt1，坯壳与模方程求解的初始条件与边界条件：t＝0，0xx1，Tp＝Tp0

(3)t＝0，x1

xx2，Ts＝Ts0

(4)

t0，x＝0，Tp＝f(t)(5)

0tt1，x＝x1，Ts=Tp

ks(s/x)＝kp(p/x)(6)t1t，x＝x1，

ks(s/x)＝kp(p/x)＝((Ts/100)4－Tp/100)4)＋h(Ts－Tp)(7)0<t，x＝x2，s/x＝0(8)213方程求解的初始条件与边界条件：t＝0，0xx1，T对于(5)式：Tp＝f(t)，模壁埋入热电偶，得出Tp随t的变化，右图模壁为3.2mm厚钢板的一例。将模型计算得出的坯壳厚度与实测厚度比较，得出t1为1～2s。将模型计算得出的坯壳表面热流在0～t2(大约20s)之间积分，求出此时间段坯壳表面平均热流Qavg：214对于(5)式：Tp＝f(t)，模壁埋入将模型计算得出的坯壳当传热速率减少到0.81×106kcal/m2/h(约0.94MW/m2)以下，便可以基本消除不均匀凝固，得到良好的坯壳。将计算得出的不同模壁条件下坯壳表面平均热流与实测的坯壳不均匀度作图：215当传热速率减少到0.81×106kcal/m2/h(约0产生纵裂纹的最大临界热流弯月面下45mm处热流q超过2.5MW/m2时，低碳钢铸坯表面会产生纵裂纹。而对于中碳亚包晶钢，当热流q超过1.7MW/m2时，铸坯表面产生纵裂纹216产生纵裂纹的最大临界热流弯月面下45mm处热流q超过2.5两点测温法：

沿结晶器壁不同高度上埋设多支铜－康铜热电偶，热电偶埋入深度不同。因此，结晶器壁的热流量为：＝(T测点1－T测点2)/S： 铜的导热系数，J/s/℃/cmT测点1：测点1的温度，℃T测点2：测点2的温度，℃S： 测点1到测点2的距离，cm测定结晶器热流方法：217两点测温法：＝(T测点1－T测点2)/S： 铜的沿结晶器壁不同高度埋设多支热电偶，热电偶埋入深度相同，根据结晶器铜板测温结果，利用数学模型，计算结晶器壁的瞬时热流量水槽冷却水传热微分方程：铜板的传热微分方程：一点测温法：218沿结晶器壁不同高度埋水槽冷却水传热微分方程：铜板的传宝钢板坯连铸结晶器宽面热流变化219宝钢板坯连铸结晶器宽面热流变化55均匀传热对防止纵裂纹十分重要220均匀传热对防止纵裂纹十分重要56冷却均匀性对纵裂纹的影响结晶器铜板温度与铸坯表面纵裂纹的关系221冷却均匀性对纵裂纹的影响结晶器铜板温度与铸坯表面纵裂纹的关系连铸结晶器传热q＝hT（TS－TW）＝1/RT（TS－TW） 式中：q：热流，W/cm2;hT：总换热系数，W/cm2/℃;TS：结晶器内钢水温度，℃；TW：结晶器冷却水温度，℃；RT：总热阻，cm2℃/W热流：222连铸结晶器传热q＝hT（TS－TW）＝1/RT（TS－TW

总热阻RT可表示为：RT＝R1＋R2＋R3＋R4＋R5＋R6

R1：钢水－坯壳间的热阻，cm2℃/W。R2：通过坯壳的热阻，cm2℃/W；R3：通过保护渣膜的热阻，cm2℃/W；R4：通过气隙的热阻，cm2℃/W；R5：通过结晶器铜板的热阻，cm2℃/W；R6：结晶器壁－冷却水间的热阻，cm2℃/W；热流包括：■钢水向坯壳的对流传热；■凝固坯壳的传导传热；■保护渣膜传导传热；■气隙间的传导和辐射传热；■结晶器铜板传导传热；■冷却水与铜板间对流传热。223总热阻RT可表示为：RT＝R1＋R2＋R3＋R4＋R5＋R6钢液与凝固坯壳间热阻R6R1＝1/h1

h1为钢液与坯壳间对流换热系数(W/cm2/℃)，可由平行平板紊流换热系数计算式算出：D1：传热处的结晶器高度，cm;λ1：钢的导热系数，W/cm/℃；u1：钢液流速，cm/s；ρ1：钢液密度，g/cm3；Cp1：钢的比热，J/g/C。224钢液与凝固坯壳间热阻R6R1＝1/h1 h1凝固坯壳传热热阻R2R2＝δ2/λ2

式中，δ2：凝固坯壳厚度，cm；λ2：坯壳导热系数，W/cm/℃；保护渣膜热阻R3R3＝δ3/λ3

式中，δ3：保护渣膜厚度，cm；λ3：保护渣膜导热系数，W/cm/℃；225凝固坯壳传热热阻R2R2＝δ2/λ2 式中，δ结晶器壁与保护渣膜之间气隙的热阻R4由于气隙空间小，只考虑传导和辐射两种传热方式： R4＝1/(hc＋hr) hc＝λ4/δ4

hc：传导传热换热系数，W/cm2/℃；hr：辐射传热换热系数，W/cm2/℃；λ4：传导传热导热系数，W/cm/℃；δ4：气隙厚度，cm；εp：保护渣膜发射率；εm：结晶器壁发射率；Tp：保护渣膜温度，K；Tm：结晶器壁温度，K。226结晶器壁与保护渣膜之间气隙的热阻R4由于气隙空间小，只考虑结晶器铜板热阻R5式中，δ5：铜板厚度，cm；λ5：铜板导热系数，W/cm/℃。R5＝δ5/λ5

结晶器铜板－冷却水之间的热阻R6热阻R6主要为与结晶器铜板接触的冷却水边界层的热阻，可由下式算出： R6＝1/h6

式中h6为结晶器铜板与冷却水间的换热系数（W/cm2/℃）227结晶器铜板热阻R5式中，δ5：铜板厚度，cm；R5＝δ5D6：结晶器冷却水槽当量直径，cm；λ6：冷却水导热系数，W/cm/℃;u6：冷却水流速，cm/s；ρ6：冷却水密度，g/cm2；μ6：冷却水粘度，g/cm/s；CP6：冷却水比热，J/g/℃。如将结晶器铜板与冷却水边界层之间的传热看作圆管内强制对流传热，h6可由下式算出：228D6：结晶器冷却水槽当量直径，cm；如将结晶器铜板与冷却水边保护渣膜与结晶器壁之间气隙的热阻R4和坯壳热阻R2最大，其次是保护渣膜传热热阻R3。由图中还可以看到，当结晶器冷却水流速低于7m/min后，结晶器铜板－冷却水间的热阻R6会显著增大。229保护渣膜与结晶器壁之65采取的对策：防止铸坯表面纵裂纹的要点:坯壳迟缓凝固造成的凹陷伴随的粗大纵裂纹；结晶器均匀缓冷减少坯壳不均匀性；二冷均匀缓冷防止裂纹扩展。保护渣均匀流入；采用较高凝固温度、结晶温度保护渣；液面波动控制；适当控制拉速；Mn/S比；气水二冷；二冷自动控制。230采取的对策：防止铸坯表面纵裂纹的要点:坯壳迟缓凝固造成的23167一、保护渣对防止纵裂纹具有的重要作用

保护渣的作用：防止钢液氧化；钢液表面保温；吸收夹杂物；润滑；铸坯与结晶器之间均匀传热。液态保护渣膜：0.1～0.2mm厚，在固态渣膜与铸坯之间起润滑作用;结晶相保护渣膜：0.5～1.5mm厚，随结晶器运动；玻璃相保护渣膜：0.5～0.6mm厚，开浇渣成分，与结晶器壁结合紧密，随结晶器运动。232一、保护渣对防止纵裂纹具有的重要作用保护渣的作用：防止钢保护渣化学组成范围：CaO 25～45％ Na2O 1～20％ BaO 0～10％SiO2 20～50％ K2O 0～5％ LiO2 0～4％Al2O3 0～10％ FeO 0～6％ B2O3 0～10％TiO2 0～5％ MgO 0～10％ F 4～10％C 1～25％ MnO 0～10％233保护渣化学组成范围：CaO 25～45％ Na2O 1～川崎制铁70年代浇铸中碳钢使用的保护渣成分见：江见俊彦，中户参，铃木康治等，铁と钢，60(1974)，901234川崎制铁70年代浇铸中碳钢使用的保护渣成分见：江见俊彦，中川崎制铁80年代初年代浇铸中碳钢用保护渣成分、性能见：樱谷敏和，江见俊彦，今井卓雄等，铁と钢，67(1981)，1220235川崎制铁80年代初年代浇铸中碳钢用保护渣成分、性能见：樱谷敏粘度

粘度是连铸保护渣的重要物性参数

粘度高，摩擦力大，保护渣不易流入坯壳与结晶器壁间的间隙。粘度低、保护渣流动性好、传热速率高。236粘度

粘度是连铸保护渣的重要物性参数粘度低、保护渣流动性好随温度的降低，粘度不再遵从阿累尼乌斯定律时的温度为凝固温度。粘度温度＝AEXP(E/RT)凝固温度237随温度的降低，粘度不再遵从阿累尼乌斯定律时的温度为凝固温度。凝固温度过高，降低保护渣的液体润滑效果，并减少保护渣的流入量，拉漏的可能性增加；另一方面，凝固温度过低，坯壳与结晶器之间液体保护渣发达，传热速率过强；保护渣的凝固温度存在一最佳温度区间，在此温度范围内，既能够保证润滑，又能控制传热速率。238凝固温度过高，降低保护渣的液体润滑效果，并减少保护渣的流入量不同类钢适用的保护渣凝固温度示意图239不同类钢适用的保护渣凝固温度示意图75结晶温度结晶析出会降低保护渣的润滑效果，拉漏可能性增加；结晶温度高可以减弱液体保护渣的发达程度，减缓传热；固体保护渣层中结晶相析出，渣膜中易产生微裂纹和晶界均会增大传热热阻；降低玻璃相辐射传热的效果。240结晶温度结晶析出会降低保护渣的润滑效果，拉漏可能性增加；7不同类保护渣示差热DTA曲线示意图241不同类保护渣示差热DTA曲线示意图77熔化温度和熔化速度保护渣熔化温度和熔化速度对保护渣液渣层高度及坯壳与结晶器壁之间的流入有重要影响。影响保护渣熔化速率的因素：自由碳含量；碳颗粒的粒度；保护渣熔化温度；保护渣原料粒度；拉速。MeltingRateas%freeC,rC,mp,q242熔化温度和熔化速度保护渣熔化温度和熔化速度对保护渣液渣层高 粘度 凝固温度熔化温度CaO SiO2 CaO/SiO2 Al2O3 Na2O F Fe2O3