连铸二冷段工艺原理研究
目录
一、摘要 ............................................................................................................ 3 二、关键词 ................................................................................................... 3 三、课题应解决的问题 ................................................... 3 四、研究课题正文 .................................................................. 3
1、连铸二冷段的传热现象 .................................................................... 3
⑴ AB空冷段 .................................................................................. 3 ⑵ BC水冷区 .................................................................................. 4 ⑶ CD空冷语水冷混冷区 ............................................................... 4 ⑷ DA滚冷区 .................................................................................. 4 2、二冷段的几种传热形式 .................................................................... 4 3、各种传热方式的影响因素 ................................................................ 6 ⑴ 喷嘴结构和布置 .......................................................................... 6
①压力喷嘴 ................................................................................. 6 ②气水喷嘴 ................................................................................. 8 ⑵ 喷水密度和坯表面温度............................................................... 9 ⑶ 喷淋水滴速度和喷嘴压力 ......................................................... 10 ⑷ 喷嘴的堵塞 ............................................................................... 10 ⑸ 比水量 ....................................................................................... 11 4、连铸二冷段各段的冷却强度如何控制 ............................................ 11 5、拉速的控制与哪些因素有关 ........................................................... 12 6、相关知识补充 ................................................................................. 14 ⑴二次冷却的主要作用 .................................................................. 14
⑵二冷的原则 ................................................................................. 14 ⑶二冷区传热系数 .......................................................................... 14 ⑷二冷配水的优化 .......................................................................... 14 ⑸拉速的确定 ................................................................................. 15
五、参考文献 ............................................................................... 16
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连铸二冷段工艺原理研究
【摘要】 连铸二冷段是将高温钢水连续不断地浇到一个或几个用强制水冷带带有“活底”（引锭头）的铜模内（结晶管），钢水很快与引锭头凝结在一起，待钢水凝固成一定厚度的坯壳后，就从结晶管的下端拉出引锭头，这样已凝固成一定厚度的铸坯就会连续地从水冷结晶管内被拉出来，在二次冷却区继续喷水冷却。带有液芯的铸坯一边走一边凝固，直到完全凝固。待铸坯完全凝固后，用氧气切割机或剪切机把铸坯切成一定尺寸的钢坯的工艺。二冷段是将从结晶器拉出的带有薄壳的钢水连接继续凝固的过程。 【关键词】 连铸 二冷段 热量传输 冷却强度 拉速控制
本次我们组研究目的是为了利用现有知识并结合文献书籍等资料说明连铸二冷段的传热现象，运用所学的热量传输基础理论分析： （1）有几种传热形式？
（2）各种传热方式的影响因素
（3）连铸二冷段各段的冷却强度如何控制？为什么？ （4）拉速的控制与哪些因素有关？
之后再对连铸二冷段的相关知识进行补充。以下内容为我们的研究成果。 一、连铸二冷段的传热现象
铸坯从结晶器开始到完全凝固的过程为二次冷却。而在二冷区，铸坯中心的热量是通过坯壳传到铸坯表面的，当喷雾水滴打到铸坯表面时，就会带走一定的热量，而铸坯表面温度突然降低，使中心与表面形成很大的温度梯度，而这也成为了铸坯冷却的动力。相反，突然停止水滴的喷射，铸坯表面的温度就会回升。
而且二冷区内铸坯的冷却情况与结晶器内有很大的不同。在二冷区，铸坯除了向周围辐射和向支撑辊导热之外，主要的散热方式是表面喷水强制冷却。铸坯在二冷区每一个辊距之内都要周期性地通过四种不同的冷却区域，如图1所示的AB、BC、CD、DA段。
（图1）
⑴ AB空冷段
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喷淋水不能直接覆盖的区域。在该区内坯壳主要以辐射形式向外散热，另外还与空气和喷溅过来的小水滴或水汽进行对流换热。在该区的热流密度可按式1计算：
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q=εC0[(TW/100)-(Tg/100)]+h（TW-Tg） （1）
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式中 q——坯壳表面热流密度，W/m;
ε——坯壳表面黑度，0.7——0.8；
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C0——黑体辐射系数，W/(m?K),约为5.675W/(m?K)； TW——坯壳表面温度，K； Tg——周围空气温度，K；
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h——对流换热系数，W/(m?K)，若邻接铸坯表面的空气流速不大于2——3m/s时，
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h=20——23W/（m?K）。
⑵ BC水冷区
被喷淋水直接覆盖的区域。在该区内一部分冷却水被汽化，由于汽化吸热量很大，每1kg水可吸收2200kJ左右的热量，从而使铸坯表面大量散热。实测结果表明铸坯表面喷水
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冷却，铸坯表面温度保持在1050℃时，若耗水量在0.56～1.94L/(m?s)内变化，则汽化水相对量为8％～10％。铸坯消耗于冷却水的热流密度可按式2计算：
qv=ηCeρwW （2）
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式中 qv——消耗于冷却水的热流密度，W/m； η——变为蒸汽的水的比例，％； Ce——水的汽化热，J/kg；
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ρw——水的密度，kg/m；
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W——单位坯表面积耗水量，也称喷水密度，m/(m?s)。
未被汽化的水还要沿坯壳表面流动，与坯壳进行着强制对流换热。若坯壳为水平放置而喷嘴进行纵向冲洗时。对流换热系数可由式3确定：
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h=C（λ/d）（vd/γ）（3）
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式中 h——对流换热系数，W/（m?℃）； C——经验常数（紊流下C=0.032）；
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λ——喷淋水导热系数，W/（m?℃）； d——坯壳特征尺寸，m；
v——喷淋水沿坯壳表面流速，m/s；
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γ——喷淋水粘度，m/s； n——经验常数（紊流下n=0.8）；
事实上，二冷区铸坯表面热交换不完全符合式Φ=h（
）的应用条件，因为水
的沸腾以及气膜的形成破坏了铸坯表面的边界层，而且喷流水流速度场不均匀等许多因素都使对流换热系数的确定变得十分困难和复杂。目前工程计算中多采用式q=（Ts-Tw）/R计算。
⑶ CD空冷语水冷混冷区
该区虽不能被喷淋水直接覆盖，但有一部分水在重力作用下从BC段沿坯表面流入该区。因此该区兼AB段和BC段的传热形式，究竟空冷辐射与水冷蒸发、对流各占多大的比例，还要根据坯的空间位置、喷嘴形式和辊列布置等影响因素而定。
⑷ DA滚冷区
由于坯壳的鼓肚变形，夹棍与坯壳表面不是线接触而是面接触，DA弧即为该接触面的截线，在该区内坯壳以接触导热的形式向辊散热。 二、 二冷段的几种传热形式
图2表示了二冷区铸坯表面热量传递的方式，物化水滴以一定的速度喷射到铸坯表面，
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大约有20％的水滴被汽化，带走的热量约占55％；铸坯辐射散热占25％左右；铸坯与夹辊间的传到散热约占17％；空气对流传热约占3％。
（图2）二冷区铸坯传热方式
在设备和工艺条件一定时，板坯辐射传热和支承辊的传热基本变化不大，而喷淋水的传热占主导地位，因此，要提高二冷区的冷却效率就必须研究喷雾水滴与高温铸坯之间的热交换。它是一个复杂的传热过程，可用对流传热方程来表示：
Φ=h（
）
（4）
式中 Φ——热流密度；
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h——传热系数，最大可达4kW/（m?K）； ——铸坯表面温度；
——冷却水温度。
Jacobi等人总结了高温金属表面气水冷却和喷水冷却的热交换系数，喷水冷却的热交换系数可用下式表示： αws=0.69lg（
）[1.4(λρc)?exp(0.32*
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0.5
)+αv]+α
rad
（5）
式中 αws——喷水热交换系数，W/（m?K）；
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W ——喷水密度，m/（m?s）；
λ——被冷却材质导热系数，W/（m?K）；
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ρ——被冷却材质密度，kg/m；
c ——被冷却材质比热容，J/（kg?K）； αv ——层沸腾状态热交换系数； αrad——热辐射交换系数；
Te，Ts，Tb——分别为水蒸气、铸坯表面、冷却水的温度，K。
综合考虑以上纯气雾冷却和辊子导热的影响，就能对铸坯尤其是铸坯表面温度的分布
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