结晶器中的传热情况评述-正文..doc

结晶器中的传热情况评述 摘要：本文对连铸结晶器壁的热流量及结晶器和冷却水之间的传热进行了详细的分析，并对结晶器内的传热限制条件作出了简述。便于了解结晶器内的传热机制。 前言 冶金工业中结晶器的是，承接从中间罐注入的钢水并使之按规定断面形状凝固成坚固坯壳的连续铸钢设备。它是连铸机最关键的部件，其结构、材质和性能参数对铸坯质量和铸机生产能力起着决定性作用。 在连续铸钢过程中，结晶器使钢液逐渐凝固成所需要规格、形状的坯壳；通过结晶器的振动，使坯壳脱离结晶器壁而不被拉断和漏钢；通过调整结晶器的参数，使铸坯不产生脱方、鼓肚和裂纹等缺陷；保证坯壳均匀稳定的生成。 总之控制结晶器内钢液的凝固过对于稳定连续的操作和产品质量的提高都是十分重要的。 结晶器中的热量的散失 连铸过程中，钢水首先在结晶器内冷却，形成具有一定厚度的坯壳。坯壳厚度以铸坯出结晶器时不拉漏为原则，钢水把热量传递给结晶器铜板，再由冷却水带走。 连铸机结晶器凝固传热的研究，可以预测是否会出现漏钢、对各种缺陷（角裂、菱变、鼓肚、缩孔、裂纹等）的分析与预测，同时对连铸结晶器的设计以及最佳工艺参数的选择有着重要的意义。 结晶器中的传热包括，钢液的对流传热、凝固壳的传导传热、渣膜的导热、气隙的辐射和对流换热、铜板的导热和冷却水和铜板的对流换热等。这些散热占整个钢水散热量的16%~20%。所以研究结晶器的传热机制很重要。 结晶器内坯壳的形成-弯月面 当液体与固体接触时，在接触面不但要考虑液体分子间的作用及表面张力的影响。还应考虑液体分子与固体分子间的作用，如果，在接触液体分子间的作用力小于液体与固体分子间的相互作用，则液体分子就向固体壁密集，致使液体沿固体壁上升，在液体表面张力的作用下，接触液面呈现凹月面，相反，如果，液体分子间的作用力大于液体与固体分子间的相互作用力，则液体就离开固体壁。在解题表面张力的作用下，接触处页面成凸月面。这种液体与固体接触处液面发生弯曲，其弯曲部分就成为弯月面。 钢水浇到结晶器中，在钢水表面张力的作用下，钢水与铜壁接触形成一个半径很小的弯月面。 弯月面半径 πD2ρ=σm 式中 : σm——钢水表面张力， N/m； ρ——钢水密度，kg/m3。 弯月面附近的热流量 Q = - h2 ( T2 - T1 ) △y[1] 式中: h2 为钢渣界面热交换系数, 取5 × 106W /( m2 *K) 在半径为r的弯月面根部附近，冷却速度很快（100℃/s）。 结晶器的传热机构 结晶器的传热问题是指钢水的热量是如何传给冷却水的。 1.结晶器中心液体 经水口流入结晶器的钢流，会引起钢液在结晶器内做对流运动，这种对流运动把液体钢的过热传给已凝固的钢壳。 试验指出，在连铸结晶器内估计钢液沿凝固前沿的运动速度为30cm/s时，液体钢过热30℃，则热流?L≈25W/cm2与结晶器传走的热流（约200W/cm2）相比较，对流热流是很小的，这说明过热的消失是很快的。对连铸来说，可认为在结晶器高度内过热几乎消失。因此一般认为在一定限度内，可忽略钢水过热度对结晶器传热的影响。出结晶器时坯壳厚度基本相同，但注流对初生坯壳冲击点和铸坯角部坯壳厚度减薄了，故增加了拉漏、裂纹的危险，因此要把钢水的过热度限制在一个合适的范围内。 2.已凝固壳和铜壁传热 当钢液浇铸到结晶器时，钢水与结晶器铜壁接触形成了“钢液—凝固壳—铜壁”交界面，这种交界面分为以下三种情况： ⑴弯月面到坯壳开始形成点：钢水很快凝成坯壳。 ⑵凝固壳与铜壁紧密接触区：坯壳与铜壁紧密接触的高度约为200mm左右，此时钢壳靠传导方式传热给铜壁。 ⑶坯壳收缩与铜壁产生气隙区：坯壳表面与铜壁热交换是靠辐射和对流传热（或气体层导热）进行。 3.铜壁与水之间的传热 铜的导热好，λs＝3.7W/(cm·℃)，铜壁本身为传导传热。冷却水通过强制对流迅速地将铜壁的热量带走，保证铜壁在一定温度下，不致使结晶器发生永久变形。对传热有重要影响的是铜壁与冷却水界面的状态。 结晶器与冷却水界面传热可能有三种情况 强制对流区：传热良好。 核态沸腾区：当铜壁温度在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。 膜态沸腾区：热流超过某一极限值，导致铜壁表面温度突然升高，这对结晶器是不允许的，会使结晶器永久变形。 所以，应力求避免后两种传热而维持前一种传热状况，可采取如下措施： 结晶器水缝中水的流速是保证冷却能力的最重要的因素，理论计算和实践经验指出，若水缝中水的流速大于6m/s，就可以避免水的沸腾，保证良好的传热，如水的流速再增加对热流影响不大。 控制好结晶器进出水温度差，一般为5～6℃。 4.渣膜的传热 在连铸结晶器中，保护渣熔化后渗