结晶器锥度及其较好配合拉速的计算探讨

结晶器锥度及其较好配合拉速的计算探讨

周建安

(马鞍山钢铁设计研究院)

摘　要　文中提出了通过钢液在结晶器中的收缩量计算结晶器锥度及其较好配合拉速的方法。建立了更为明确的计算公式,简化了以往的经验公式。钢液因液态收缩和凝固收缩引起的体积缩减(可以

被认为是坯壳收缩量)应等于因结晶器外形尺寸缩小所造成的体积缩减。计算出的锥度与实际情况基本吻合。同时,也可通过给定的锥度计算出结晶器较好的配合拉速,应用效果较好

关键词　结晶器　锥度　拉速　质量　计算

Discussion on Calculation of Mould Taper and Its Appropriate Corresponding Casting Speed

Zhou Jianan

(M a Anshan Iron &Steel Desig n Research Institute )

Abstract T his paper introduces the approach to calculating mould taper and its ap-propriate cor respo nding casting speed accor ding to the co ntraction of molten steel in m ould ,w hich can establish m uch more specific calculatio n form ulae and breviate form er o nes .T he total contraction o f vo lum e o f mo lten steel in liquidation and solidification pro -cesses should be equal to the co ntraction o f volume produced by the reduction o f mould ex ternal sizes .Calculated taper should be m atched w ith the actual one M eanw hile ,the appro priate cor respo nding casting speed can be calculated by given taper,w hich can bring about g ood application effect.

Keywords mould taper casting speed quality calculation

联系人:周建安,马鞍山市(243005)马鞍山钢铁设计研究院炼钢科

1　前　言

结晶器锥度是结晶器的一个重要参数,对连铸操作和铸坯质量的影响很大。为适应钢液在结晶器内凝固时产生的热收缩,结晶器内腔应呈倒锥度,以减小气隙,改善冷却条件,增加坯壳厚度,以利于提高拉速和改善铸坯表面质量[1],同时还能消除或减小坯壳温度回升现象,有利于防止铸坯产生裂纹及变形[2]。锥度过小,气隙大,影响铸坯对结晶器的传热,制约拉速的提高;锥度过大,会增加拉坯阻力和结晶器壁的磨损,易引起铸坯抖动,甚至拉裂坯壳,造成漏钢。因此,确定一个合适的锥度至关重要。但迄今为止,除了个别经验公式[3]

外,尚未见到有关结晶器锥度的定量计算。实

践证明经验公式[3]

对生产合金钢的长结晶器适用性较差。本文试图通过钢液在结晶器中的收缩量

计算结晶器的锥度及其较好的配合拉速。

2　锥度及其较好的配合拉速计算模型

当过热钢液注入结晶器时,由于结晶器壁的强烈冷却,先是通过结晶器导出钢液的过热量及凝固潜热,凝成薄壳。初凝坯壳较薄,且温度很度,不能承受钢液的静压力,会产生静压膨胀,从而与结晶器内壁相接触,进而坯壳受到强烈冷却,其厚度得以增大,于是冷却收缩,使坯壳又脱离结晶器壁;但由于这时坯壳的强度和刚性还很低,在钢液静压力及坯壳温度回升的作用下又与结晶器壁重新接触,出现“反复接触”现象。当坯壳厚度增大到能承受钢液静压力时,坯壳开始与结晶器壁脱离而出现气隙。其坯壳在结晶器内形成示意图见图1。

铸坯凝固遵循均方根规律,因此结晶器锥度

1999年　4月第15卷第2期 炼　钢Steelm aking

Apr.　1999

Vo l.15　No.2

图1　结晶器内坯壳形成示意图

呈现抛物线形状[4]

。为便于加工,目前结晶器通常都采用单锥度。

钢液在结晶器中的收缩,实际上可以认为是凝成坯壳的那部分钢液的收缩。其收缩包括液态收缩、凝固收缩及坯壳固态收缩。由于坯壳较薄,且温度很高,一般平均在1400℃以上,因此坯壳由于温降产生的固态收缩量很小,计算时可以忽略[5]

。液态收缩即浇铸温度降至液相线的收缩,从铁—碳系平衡相图(见图2)便知,其收缩量随着含碳量与浇铸温度的提高而增加。由于连铸钢液过热度较小,一般约为15～30℃(合金钢过热

度一般比普碳钢过热度低一些),因此钢液液态收缩量较小。实际上对收缩起主导作用的是凝固收缩。所谓凝固收缩即从液相线温度起至固相线凝固终了时的体积收缩。凝固收缩大小主要取决于钢的化学成分,其中碳的影响很大,碳含量对凝固收缩的影响见表1。合金元素的影响见表3

。

图2　铁—碳系平衡相图表1　碳含量对凝固收缩的影响

碳含量%0.10.250.350.450.7凝固收缩率%

2

2.5

3

4.3

5.3

钢液液态收缩和凝固收缩的总体积收缩量E v

的确定[7](见表2)。

表2　钢液的体积收缩率

普碳钢的体积收缩率

E

v =E C

合金钢的体积收缩率

E v =E C +E x

浇注温度t 0/℃

E x =2K i X i

=K 1X 1+K 2X 2+K 3X 3+…式中　E x ——合金元素对体积收缩的影响; X i ——合金钢中各元素含量的百分数%

K i ——各种合金元素对体积收缩率的影响系数(见表3)

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