连铸工艺、设备03连铸坯凝固与传热.pptx
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连铸基础理论课件
CHAPTER
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。
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。
连铸坯凝固与传热
连铸坯凝固与传热连铸过程中铸坯的凝固和传热是连铸设备设计工艺、工艺控制和质量控制的基础，是连铸工作必须掌握的知识。
第1节连铸坯凝固传热的特点钢液在连铸过程中的凝固是一个热量释放和传递的过程，有两个特点。
*在运动（动态）过程中凝固放热*在不同时期散热和传热的方式是不同的一、连铸坯的凝固过程实质上是一个传热的过程。
钢液在转变成固态过程中是分为几个过程。
热量Q包括：1．过热：从浇注温度T C冷却到液相线温度T L放出的热量，C1(T C-T L）;2．潜热：从液相线温度T L冷却至固相线温度T S放出的热量以L f表示；3．显热：从固相线温度T S冷却到环境温度To放出的热量C S(Y S-T O);大约有1/3的热量是从液态→固态放出的, 而其余热量是完全凝固后冷却放出的。
连铸过程中钢液凝固可分三个传热冷却区。
*一次冷却区：形成足够厚度的坯壳以保证铸坯出结晶器不漏钢。
*二次冷却区：使铸坯完全凝固。
*三次冷却区：空冷区。
从热平衡来看*钢水结晶器→二冷区→空冷区大约有60%的热量放出来，铸坯才能完全凝固。
这部分热量放出的速度决定了铸机的生产率和铸坯的质量。
*铸坯切割后还有40%热量要放出来，为了利用这部分热量，节约能源，采用热装直轧或连浇连轧工艺。
二钢热凝固过程是液体转变固体的加工过程凝固是发生在铸坯传热过程中的主要现象，铸坯在运动过程中凝固，实质是固——液交界面潜热的释放和传递过程。
1．凝固温度区间（T L-T S）将液体转变成固体加工过程。
这时在固——液交界面有个脆性区，其强度σ=0；收缩率ψ=0。
极易在此区产生裂纹，因此称裂纹敏感区。
固——液界面糊状区。
晶体强度和塑性都非低或称临界强度，如这时受到外力作用。
如热应力，鼓肚应力，矫直力等超上述临界值（ó为1-3N/mm2,由应变到断裂的临界应变为0.2-0.4%）产生裂纹和偏析裂纹。
2．在二冷区受喷水冷却时在这个区已凝固坯壳不断进行线收缩和坯壳温度分布不均匀性及坯壳鼓胀和夹辊不完全对中等原因，是坯壳受到机械和热应力的作用（有时是反复的）也易使铸坯产生裂纹。
第三章 连铸坯的凝固与传热
2、坯壳及气隙的形成
注入结晶器的钢液除受结晶器壁的强制冷却外，还通过钢 液面辐射传热及拉坯方向的传导传热，使钢液形成一定厚度的 坯壳。其传出热量的比值大约为30:0.15:0.03。因此，结晶器 内钢水可近似地看作向结晶器壁的单向传热，其散热量的波动
与坯壳表面和结晶器壁的接触状况有关。
钢水热量传出途径：钢水→坯壳→气隙→结晶器铜壁→铜 板与冷却水界面→冷却水。
取24~26 mm/min1/2 ； 板坯取17~22 mm/min1/2 ； 圆坯
取20~25 mm/min1/2 。 小方坯出结晶器下口坯壳厚度8~10 mm，板坯、大方坯大于 15mm。
5、影响结晶器凝固传热的因素
研究指出：气隙热阻占总热阻的 70~90% ，因此改善结 晶器传热最重要的是减小气隙热阻。气隙的形成与演变决定 于凝固壳的收缩、坯壳高温强度、结晶器润滑和结晶器几何 形状等因素。
喷水冷 却 凝固壳
辐射冷 却
铸坯热送热装和连铸连轧等工艺。
连铸机冷却区示意图
2、连铸坯的凝固是沿液相穴在凝固温度区间 将液体转变为固体的加工过程
连铸坯可看成是液相穴很长的钢锭（板坯可达30m)，以一定速度
在铸机内运动并凝固，也可看成是在凝固温度区间(TL → TS)把液体转
变为固体的加工过程。 在固—液交界面附近，存在一个凝固脆化区，此处强度、塑性接
从结晶器内凝固传热考虑，应避免高温钢水浇注。
6、确保坯壳出结晶器下口有足够厚度及均匀生 长的措施
① 浇注温度不能过高，保持低温浇注； ② 水口与结晶器严格对中； ③ 结晶器冷却水的水质、流速、水量达到要求，均匀冷却； ④ 合理的结晶器锥度；
⑤ 结晶器液面保持稳定；
⑥ 选择性能良好的结晶器保护渣，以形成均匀的保护渣膜等； ⑦ 合适的浇注速度。
(ppt版)连铸工艺技术培训课程
律调查的根底上，根据每个钢种所要经过的工艺路线
(lùxiàn)来确定。
第十六页，共七十页。
㈢ 钢水温度控制要点 1、出钢温度控制： ①提高终点温度命中率
②确保从出钢到二次精炼( jīngliàn)站，钢包钢水温度处于目 标范围之内
2、充分发挥钢包精炼的温度与时间的协调作用
3、控制和减少从钢包到中间包的温度损失
(0.5～1.2℃/min〕;
△T5 钢水从钢包注入中间包的温降。
第十页，共七十页。
• 1温、降△T1 钢水从炼钢炉的出钢口流入钢包(gāngbāo)这个过程的 分析：
• 热量损失形式：钢流辐射热损失、对流热损失、钢包吸热 。
• 影响因素：出钢时间、出钢温度及钢包的使用状况。 • 降低热量损失的措施：
③非金属夹杂不易上浮，影响铸坯内在质量。
第六页，共七十页。
第二节 中间包钢水温度(wēndù)的控制
一、浇铸温度(wēndù)确实定 〔浇铸温度也称目标浇铸温度〕：
T浇=TL+△T 式中： TL——液相线温度
△T ——钢水过热度
第七页，共七十页。
1、液相线温度TL
液相线温度，即开始凝固(nínggù)的温度， 就是确定浇铸温度的根底。推荐一个计算 公式：
第五节 连铸过程检测(jiǎn 与自动 cè) 控制
• 一、连铸过程(guòchéng)自动检测
〔一〕中间(zhōngjiān)包钢液温度测定
1、中间包钢液温度的点测
第二十九页，共七十页。
用快速测温头
及数字显示二次 仪测量(cèliáng)温 度。
第三十页，共七十页。
2、中间(zhōngjiān)包钢液温度的连续测定
第四十三页，共七十页。
连铸坯的凝固及其控制 ppt课件
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%。
PPT课件
9
铸件宏观组织分布示意图
PPT课件
10
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)
7
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
PPT课件
8
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
PPT课件
1
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。
《连铸工艺与设备》PPT课件
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2.2.9 结晶器
➢在连续铸造、真空吸铸、单向结晶等铸造方法中， 使铸件成形并迅速凝固结晶的特种金属铸型。结晶 器是连铸机的核心设备之一，直接关系到连铸坯的 质量。
31
2.2.10 事故保护装置
➢功能 收集和存放渣以及从中间包溢流出来的钢水。保护钢 包回转台，中间包车，结晶器。 ➢ 位置 在浇铸平台上。 ➢结构 溢流箱位置靠近浇铸时的中间包，收集从中间包溢流 槽中流出的钢水。两个渣箱位于中间包停放位置的下 面，收集渣和滴下来的钢液。溜槽放置在钢包事故旋 转的范围中，收集从钢包滑动水口流出的钢水。这三 个设备都由钢板焊接成，内衬耐火材料。
7
连铸工艺和设备
8
2.2.1 钢包回转台(数量1台)
➢钢包回转台：设在连铸机浇铸位置上方用于运载钢 包过跨和支承钢包进行浇铸的设备。由底座、回转臂、 驱动装置、回转支撑、事故驱动控制系统、润滑系统 和锚固件6部分组成(回转部分、固定部分、润滑系统 和电控系统)。 ➢回转部分由回转环、“H”型回转臂、钢包升降装置、 加保温盖装置以及回转驱动装置所组成。由于回转速 度较低～1r/min)，速比大，所以回转驱动的大齿轮广 泛采用柱销齿圈，它结构简单、维修方便、造价低廉。
6
2.2 连铸设备组成简介
连续铸钢设备必须适应高温钢水由液态变成液固态，又变成固态的全过程。其间进行着一系列比 较复杂的物理与化学变化。显然，连续铸钢具有连 续性强、工艺难度大和工作条件差等特点。因此生 产工艺对机械设备提出了较高的要求，主要有：设 备应具有抗高温、抗疲劳强度的性能和足够的刚度， 制造和安装精度要高，易于维修和快速更换，要有 充分的冷却和良好的润滑等。
2.2.2 中间包
4) 保护作用。通过中间包液面的覆盖剂，长水口以 及其他保护装置，减少中间包中的钢液受外界的污 染。 5) 清除杂质作用。中间包作为钢液凝固之前所经 过的最后一个耐火材料容器，对钢的质量有着重要 的影响，应该尽可能使钢中非金属夹杂物的颗粒在 处于液体状态时排除掉。 中间包烘烤上升下降，中包车右行，前后，上下
2.2.9 结晶器
➢在连续铸造、真空吸铸、单向结晶等铸造方法中， 使铸件成形并迅速凝固结晶的特种金属铸型。结晶 器是连铸机的核心设备之一，直接关系到连铸坯的 质量。
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2.2.10 事故保护装置
➢功能 收集和存放渣以及从中间包溢流出来的钢水。保护钢 包回转台，中间包车，结晶器。 ➢ 位置 在浇铸平台上。 ➢结构 溢流箱位置靠近浇铸时的中间包，收集从中间包溢流 槽中流出的钢水。两个渣箱位于中间包停放位置的下 面，收集渣和滴下来的钢液。溜槽放置在钢包事故旋 转的范围中，收集从钢包滑动水口流出的钢水。这三 个设备都由钢板焊接成，内衬耐火材料。
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连铸工艺和设备
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2.2.1 钢包回转台(数量1台)
➢钢包回转台：设在连铸机浇铸位置上方用于运载钢 包过跨和支承钢包进行浇铸的设备。由底座、回转臂、 驱动装置、回转支撑、事故驱动控制系统、润滑系统 和锚固件6部分组成(回转部分、固定部分、润滑系统 和电控系统)。 ➢回转部分由回转环、“H”型回转臂、钢包升降装置、 加保温盖装置以及回转驱动装置所组成。由于回转速 度较低～1r/min)，速比大，所以回转驱动的大齿轮广 泛采用柱销齿圈，它结构简单、维修方便、造价低廉。
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2.2 连铸设备组成简介
连续铸钢设备必须适应高温钢水由液态变成液固态，又变成固态的全过程。其间进行着一系列比 较复杂的物理与化学变化。显然，连续铸钢具有连 续性强、工艺难度大和工作条件差等特点。因此生 产工艺对机械设备提出了较高的要求，主要有：设 备应具有抗高温、抗疲劳强度的性能和足够的刚度， 制造和安装精度要高，易于维修和快速更换，要有 充分的冷却和良好的润滑等。
2.2.2 中间包
4) 保护作用。通过中间包液面的覆盖剂，长水口以 及其他保护装置，减少中间包中的钢液受外界的污 染。 5) 清除杂质作用。中间包作为钢液凝固之前所经 过的最后一个耐火材料容器，对钢的质量有着重要 的影响，应该尽可能使钢中非金属夹杂物的颗粒在 处于液体状态时排除掉。 中间包烘烤上升下降，中包车右行，前后，上下
连铸设备教学课件PPT
种允许范围内，并参照同类连铸机生产达 到的操作拉速，来选择适当的拉坯速度， 以保证铸机与前后工序能力相匹配。
拉坯速度
• 通常，连铸机冶金长度确定后，铸机可能
达到的最大拉速也就随之确定，拉速和冶
金长度是相互联系、相互制约的。
• 铸机可达到的最大拉速按下式计算：
式中
vmax
K 2Lm
2
vmax: 最大理论拉速，m/min K: 凝固系数，mm ·min-0.5 Lm: 冶金长度，m : 最小坯壳厚度，mm
• 在铸坯内钢水完全凝固之前，上部结构和立式 连铸机相同。
• 在铸坯完全凝固之后，用顶弯设备将铸坯顶弯， 使铸坯在水平方向进行切割和出坯，大大减小 设备总高度
• 小断面（100mm*100mm）铸坯完全凝 固时间短，大断面150mm*150mm以上） 铸坯完全凝固时间长。大断面不适合通过顶弯 降低设备高度。顶弯设备庞大。
• 内外弧冷却强度不一致。所以要合理布 置二冷强度。
设备高度的降低，使得弧形连铸机得到广 泛使用
多点矫直弧形连铸机基本特点
多点矫直弧形连铸机基本特点
• 原理和设备和单点矫直弧形连铸机一样。 • 拉速增加，使得钢水不能在四分之一圆弧内完
全凝固，因此在矫直时，铸坯中心还有钢液液 芯，形成所谓带液芯矫直。 • 单点矫直会导致带液芯矫直时的一次变形量大， 铸坯中心区产生裂纹缺陷。而将一次变形变成 多次变形，可解决这一问题。
• 铸机长度按冶金长度确定，取1.1倍冶金长度。
连铸机总体尺寸（长度）
• 连铸机总长度是指从结晶器外弧线（即 连铸机基准线）至冷床后固定挡板的距 离，与采用的引锭杆型式有关。
• 如图
连铸机总体尺寸（长度）
• L=R十L1十L2+ L3十L4十L5
拉坯速度
• 通常，连铸机冶金长度确定后，铸机可能
达到的最大拉速也就随之确定，拉速和冶
金长度是相互联系、相互制约的。
• 铸机可达到的最大拉速按下式计算：
式中
vmax
K 2Lm
2
vmax: 最大理论拉速，m/min K: 凝固系数，mm ·min-0.5 Lm: 冶金长度，m : 最小坯壳厚度，mm
• 在铸坯内钢水完全凝固之前，上部结构和立式 连铸机相同。
• 在铸坯完全凝固之后，用顶弯设备将铸坯顶弯， 使铸坯在水平方向进行切割和出坯，大大减小 设备总高度
• 小断面（100mm*100mm）铸坯完全凝 固时间短，大断面150mm*150mm以上） 铸坯完全凝固时间长。大断面不适合通过顶弯 降低设备高度。顶弯设备庞大。
• 内外弧冷却强度不一致。所以要合理布 置二冷强度。
设备高度的降低，使得弧形连铸机得到广 泛使用
多点矫直弧形连铸机基本特点
多点矫直弧形连铸机基本特点
• 原理和设备和单点矫直弧形连铸机一样。 • 拉速增加，使得钢水不能在四分之一圆弧内完
全凝固，因此在矫直时，铸坯中心还有钢液液 芯，形成所谓带液芯矫直。 • 单点矫直会导致带液芯矫直时的一次变形量大， 铸坯中心区产生裂纹缺陷。而将一次变形变成 多次变形，可解决这一问题。
• 铸机长度按冶金长度确定，取1.1倍冶金长度。
连铸机总体尺寸（长度）
• 连铸机总长度是指从结晶器外弧线（即 连铸机基准线）至冷床后固定挡板的距 离，与采用的引锭杆型式有关。
• 如图
连铸机总体尺寸（长度）
• L=R十L1十L2+ L3十L4十L5
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，
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④ 铸坯切割后大约还有40％热量放出来，为 了利用这部分热量，节约能源，成功地开 发了铸坯热装和连铸—连轧等工艺。
二.连铸坯凝固是沿液相穴在凝固温度区间把 液体转变为固体的加工过程
铸坯在运动中的凝固，实质上是沿液相穴 固—液交界面潜热的释放和传递过程。也 可看成是在凝固温度区间（TL→TS）把液体 转变为固体的加工过程。在固—液交界面 附近，存在一个凝固脆化区：
三.铸坯凝固是分阶段的凝固过程 在连铸机内铸坯的凝固经历三个阶段： 1.钢水在结晶器内形成初生坯壳，出结晶器下
口的铸坯安全厚度应足以抵抗钢液的静压 力的作用； 2.带有液芯的坯壳在二冷区稳定生长； 3.临近凝固末期的坯壳加速增长。
液相穴上部为强制对流循环区，循环区高 度决定于注流方式、浸入式水口类型和铸 坯断面。
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则； 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
由于坯壳温度的回升，其强度降低，在钢 水静压力作用下使其再次帖紧铜壁，传热 条件有所改善，坯壳增厚，于是又产生冷 凝收缩，牵引坯壳再次离开铜壁，这样周 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。
结晶器角部区域，由于是二维传热，最先 形成坯壳，收缩力大，随后形成的气隙也 最大。由于钢水的静压力无法将角部的坯 壳压向铜壁，因而角部一开始就形成了永 久性的气隙。所以初生坯壳形成后，角部 区域地方传热变得比边部更差，角部成了 坯壳最薄弱的部位。
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。 向铸坯表面喷水以加速铸坯内部热量的传
递，使铸坯完全凝固； ③ 三次冷却区。 铸坯向空气中辐射传热，使铸坯内外温度
在液相穴下部液体的流动主要是坯壳的收 缩和晶体下沉所引起的自然对流，或者是 由于铸坯鼓肚所引起的液体流动。
液相穴内液体流动对铸坯结构、夹杂物分 布、溶质元素的偏析和坯壳的生长有重要 作用。
四.在连铸机内运行的已凝固坯壳的冷却可看 成是经历“形变热处理”过程
1.从受力的方面看，铸坯承受热应力和机械应 力的作用，使坯壳发生不同程度的变形；
均匀化。
连铸坯冷凝示意图：
3．连铸机热平衡
① 钢水从结晶器→二冷区→辐射区大约有60 ％热量放出来铸坯才能完全凝固。这部分 热量的放出速度决定了铸机生产率和铸坯 质量
② 铸机范围内主要依靠结晶器和二次冷却系 统散热，其中二冷区散出热量最多。
③ 通过结晶器在一分钟内要散出的热量，最 高时可占总需散热量的20％左右。可见保证 结晶器有足够的冷却能力十分重要，它对 初期坯壳的形成具有决定性的影响。
3.紧密接触区
弯月面下部的初生坯壳由于不足以抵抗钢液 静压力的作用，与铜壁紧密接触。在该区域 坯壳以传导传热的方式将热量传输给铜壁， 愈往接触区的下部，坯壳也愈厚。
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。由于气隙的热阻很大，气隙的 形成使坯壳向铜壁的传热迅速减少，离开 铜壁的坯壳回热升温，甚至凝固前沿部分 初生坯壳重新熔化。
零强度温度TRN：强度σ＝0的温度。 零塑性温度TDN：断面收缩率φ＝0的温度。 在TRN和TDN温度区间是一个裂纹敏感区。
钢高温性能示意图：
TRN =TS+(20 ～30℃) TDN =TS-(30 ～50℃)
固—交界面的糊状区晶体强度和塑性 都非常小，（临界强度1～ 3N∕mm2，，由变形至断裂的临界应 变为0.2% ～0.4%）。当作用于凝固 坯壳的外部应力（如热应力、鼓肚力、 矫直力）使其变形超过上述临界值时， 铸坯就在固—交界面产生裂纹，形成 偏析线裂纹。
钢液与铜壁弯月面的形成：
在弯月面的根部，钢液与水冷铜壁接触， 立即受到铜壁的激冷作用，初生坯壳迅速 形成。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。当钢水中上 浮的夹杂物被保护渣吸附时，会降低钢液 表面张力，弯月面半径减小，从而破坏了 弯月面的薄膜性能，弯月面破裂，这时夹 杂物随同钢液在破裂处和铜壁形成新的凝 固层，夹杂物牢牢地粘附在这层凝固层上 而形成表面夹渣。带有夹渣的坯壳是薄弱 部位，易发生漏钢。
第三章 连铸坯凝固与传热 §3—1 连铸坯凝固与传热特点
一.连铸坯凝固过程实质上是热量传递过程，也是一 个强制快速冷凝的过程。
钢水从液态转变为固态放出的热量： 钢液→固体＋Q
1.单位重量钢水放出的热量Q包括： ⑴过热：从浇注温度TC冷却到液相线温度TL放出的热
量，Cl（TC － TL）； ⑵潜热：从液相线温度TL冷却到固相线温度TS放出的
2.从冶金方面看，随着温度的下降，坯壳发生 δ→γ→α的相变，特别是二冷区，坯壳温度 的反复下降和回升，使铸坯组织发生变化， 就相当于“热处理”过程。同时由于溶质 元素的偏析作用，可能发生硫化物、氮化 物质点在晶界沉淀，增加了钢的高温脆性， 对铸坯质量有重要影响。
§3—2 钢液在结晶器内的凝固与传热
一.结晶器内坯壳的形成 1.坯壳表面与铜壁之间的接触状况 ⑴钢液弯月面区； ⑵坯壳与铜壁紧密接触区； ⑶坯壳收缩与铜壁脱开产生的器铜壁的润湿作用，钢液与铜
壁接触形成了一个半径很小的弯月面。其半径：
r ＝5.43×10－2 m
m
式中 σm—钢液表面张力； ρm—钢水密度。
二.连铸坯凝固是沿液相穴在凝固温度区间把 液体转变为固体的加工过程
铸坯在运动中的凝固，实质上是沿液相穴 固—液交界面潜热的释放和传递过程。也 可看成是在凝固温度区间（TL→TS）把液体 转变为固体的加工过程。在固—液交界面 附近，存在一个凝固脆化区：
三.铸坯凝固是分阶段的凝固过程 在连铸机内铸坯的凝固经历三个阶段： 1.钢水在结晶器内形成初生坯壳，出结晶器下
口的铸坯安全厚度应足以抵抗钢液的静压 力的作用； 2.带有液芯的坯壳在二冷区稳定生长； 3.临近凝固末期的坯壳加速增长。
液相穴上部为强制对流循环区，循环区高 度决定于注流方式、浸入式水口类型和铸 坯断面。
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则； 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
由于坯壳温度的回升，其强度降低，在钢 水静压力作用下使其再次帖紧铜壁，传热 条件有所改善，坯壳增厚，于是又产生冷 凝收缩，牵引坯壳再次离开铜壁，这样周 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。
结晶器角部区域，由于是二维传热，最先 形成坯壳，收缩力大，随后形成的气隙也 最大。由于钢水的静压力无法将角部的坯 壳压向铜壁，因而角部一开始就形成了永 久性的气隙。所以初生坯壳形成后，角部 区域地方传热变得比边部更差，角部成了 坯壳最薄弱的部位。
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。 向铸坯表面喷水以加速铸坯内部热量的传
递，使铸坯完全凝固； ③ 三次冷却区。 铸坯向空气中辐射传热，使铸坯内外温度
在液相穴下部液体的流动主要是坯壳的收 缩和晶体下沉所引起的自然对流，或者是 由于铸坯鼓肚所引起的液体流动。
液相穴内液体流动对铸坯结构、夹杂物分 布、溶质元素的偏析和坯壳的生长有重要 作用。
四.在连铸机内运行的已凝固坯壳的冷却可看 成是经历“形变热处理”过程
1.从受力的方面看，铸坯承受热应力和机械应 力的作用，使坯壳发生不同程度的变形；
均匀化。
连铸坯冷凝示意图：
3．连铸机热平衡
① 钢水从结晶器→二冷区→辐射区大约有60 ％热量放出来铸坯才能完全凝固。这部分 热量的放出速度决定了铸机生产率和铸坯 质量
② 铸机范围内主要依靠结晶器和二次冷却系 统散热，其中二冷区散出热量最多。
③ 通过结晶器在一分钟内要散出的热量，最 高时可占总需散热量的20％左右。可见保证 结晶器有足够的冷却能力十分重要，它对 初期坯壳的形成具有决定性的影响。
3.紧密接触区
弯月面下部的初生坯壳由于不足以抵抗钢液 静压力的作用，与铜壁紧密接触。在该区域 坯壳以传导传热的方式将热量传输给铜壁， 愈往接触区的下部，坯壳也愈厚。
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。由于气隙的热阻很大，气隙的 形成使坯壳向铜壁的传热迅速减少，离开 铜壁的坯壳回热升温，甚至凝固前沿部分 初生坯壳重新熔化。
零强度温度TRN：强度σ＝0的温度。 零塑性温度TDN：断面收缩率φ＝0的温度。 在TRN和TDN温度区间是一个裂纹敏感区。
钢高温性能示意图：
TRN =TS+(20 ～30℃) TDN =TS-(30 ～50℃)
固—交界面的糊状区晶体强度和塑性 都非常小，（临界强度1～ 3N∕mm2，，由变形至断裂的临界应 变为0.2% ～0.4%）。当作用于凝固 坯壳的外部应力（如热应力、鼓肚力、 矫直力）使其变形超过上述临界值时， 铸坯就在固—交界面产生裂纹，形成 偏析线裂纹。
钢液与铜壁弯月面的形成：
在弯月面的根部，钢液与水冷铜壁接触， 立即受到铜壁的激冷作用，初生坯壳迅速 形成。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。当钢水中上 浮的夹杂物被保护渣吸附时，会降低钢液 表面张力，弯月面半径减小，从而破坏了 弯月面的薄膜性能，弯月面破裂，这时夹 杂物随同钢液在破裂处和铜壁形成新的凝 固层，夹杂物牢牢地粘附在这层凝固层上 而形成表面夹渣。带有夹渣的坯壳是薄弱 部位，易发生漏钢。
第三章 连铸坯凝固与传热 §3—1 连铸坯凝固与传热特点
一.连铸坯凝固过程实质上是热量传递过程，也是一 个强制快速冷凝的过程。
钢水从液态转变为固态放出的热量： 钢液→固体＋Q
1.单位重量钢水放出的热量Q包括： ⑴过热：从浇注温度TC冷却到液相线温度TL放出的热
量，Cl（TC － TL）； ⑵潜热：从液相线温度TL冷却到固相线温度TS放出的
2.从冶金方面看，随着温度的下降，坯壳发生 δ→γ→α的相变，特别是二冷区，坯壳温度 的反复下降和回升，使铸坯组织发生变化， 就相当于“热处理”过程。同时由于溶质 元素的偏析作用，可能发生硫化物、氮化 物质点在晶界沉淀，增加了钢的高温脆性， 对铸坯质量有重要影响。
§3—2 钢液在结晶器内的凝固与传热
一.结晶器内坯壳的形成 1.坯壳表面与铜壁之间的接触状况 ⑴钢液弯月面区； ⑵坯壳与铜壁紧密接触区； ⑶坯壳收缩与铜壁脱开产生的器铜壁的润湿作用，钢液与铜
壁接触形成了一个半径很小的弯月面。其半径：
r ＝5.43×10－2 m
m
式中 σm—钢液表面张力； ρm—钢水密度。