結晶器中的傳熱情況評述摘要：本文對連鑄結晶器壁的熱流量及結晶器和冷卻水之間的傳熱進行了詳細的分析，并對結晶器內的傳熱限制條件作出了簡述。便于了解結晶器內的傳熱機制。前言冶金工業中結晶器的是，承接從中間罐注入的鋼水并使之按規定斷面形狀凝固成堅固坯殼的連續鑄鋼設備。它是連鑄機最關鍵的部件，其結構、材質和性能參數對鑄坯質量和鑄機生產能力起著決定性作用。在連續鑄鋼過程中，結晶器使鋼液逐漸凝固成所需要規格、形狀的坯殼；通過結晶器的振動，使坯殼脫離結晶器壁而不被拉斷和漏鋼；通過調整結晶器的參數，使鑄坯不產生脫方、鼓肚和裂紋等缺陷；保證坯殼均勻穩定的生成。總之控制結晶器內鋼液的凝固過對于穩定連續的操作和產品質量的提高都是十分重要的。結晶器中的熱量的散失連鑄過程中，鋼水首先在結晶器內冷卻，形成具有一定厚度的坯殼。坯殼厚度以鑄坯出結晶器時不拉漏為原則，鋼水把熱量傳遞給結晶器銅板，再由冷卻水帶走。連鑄機結晶器凝固傳熱的研究，可以預測是否會出現漏鋼、對各種缺陷（角裂、菱變、鼓肚、縮孔、裂紋等）的分析與預測，同時對連鑄結晶器的設計以及最佳工藝參數的選擇有著重要的意義。結晶器中的傳熱包括，鋼液的對流傳熱、凝固殼的傳導傳熱、渣膜的導熱、氣隙的輻射和對流換熱、銅板的導熱和冷卻水和銅板的對流換熱等。這些散熱占整個鋼水散熱量的16%~20%。所以研究結晶器的傳熱機制很重要。結晶器內坯殼的形成-彎月面當液體與固體接觸時，在接觸面不但要考慮液體分子間的作用及表面張力的影響。還應考慮液體分子與固體分子間的作用，如果，在接觸液體分子間的作用力小于液體與固體分子間的相互作用，則液體分子就向固體壁密集，致使液體沿固體壁上升，在液體表面張力的作用下，接觸液面呈現凹月面，相反，如果，液體分子間的作用力大于液體與固體分子間的相互作用力，則液體就離開固體壁。在解題表面張力的作用下，接觸處頁面成凸月面。這種液體與固體接觸處液面發生彎曲，其彎曲部分就成為彎月面。鋼水澆到結晶器中，在鋼水表面張力的作用下，鋼水與銅壁接觸形成一個半徑很小的彎月面。彎月面半徑πD2ρ=σm式中:σm——鋼水表面張力，N/m；ρ——鋼水密度，kg/m3。彎月面附近的熱流量Q=-h2(T2-T1)△y[1]式中:h2為鋼渣界面熱交換系數,取5×106W/(m2*K)在半徑為r的彎月面根部附近，冷卻速度很快（100℃/s）。結晶器的傳熱機構結晶器的傳熱問題是指鋼水的熱量是如何傳給冷卻水的。1.結晶器中心液體經水口流入結晶器的鋼流，會引起鋼液在結晶器內做對流運動，這種對流運動把液體鋼的過熱傳給已凝固的鋼殼。試驗指出，在連鑄結晶器內估計鋼液沿凝固前沿的運動速度為30cm/s時，液體鋼過熱30℃，則熱流?L≈25W/cm2與結晶器傳走的熱流（約200W/cm2）相比較，對流熱流是很小的，這說明過熱的消失是很快的。對連鑄來說，可認為在結晶器高度內過熱幾乎消失。因此一般認為在一定限度內，可忽略鋼水過熱度對結晶器傳熱的影響。出結晶器時坯殼厚度基本相同，但注流對初生坯殼沖擊點和鑄坯角部坯殼厚度減薄了，故增加了拉漏、裂紋的危險，因此要把鋼水的過熱度限制在一個合適的范圍內。2.已凝固殼和銅壁傳熱當鋼液澆鑄到結晶器時，鋼水與結晶器銅壁接觸形成了“鋼液—凝固殼—銅壁”交界面，這種交界面分為以下三種情況：⑴彎月面到坯殼開始形成點：鋼水很快凝成坯殼。⑵凝固殼與銅壁緊密接觸區：坯殼與銅壁緊密接觸的高度約為200mm左右，此時鋼殼靠傳導方式傳熱給銅壁。⑶坯殼收縮與銅壁產生氣隙區：坯殼表面與銅壁熱交換是靠輻射和對流傳熱（或氣體層導熱）進行。3.銅壁與水之間的傳熱銅的導熱好，λs＝3.7W/(cm·℃)，銅壁本身為傳導傳熱。冷卻水通過強制對流迅速地將銅壁的熱量帶走，保證銅壁在一定溫度下，不致使結晶器發生永久變形。對傳熱有重要影響的是銅壁與冷卻水界面的狀態。結晶器與冷卻水界面傳熱可能有三種情況強制對流區：傳熱良好。核態沸騰區：當銅壁溫度在125～130℃時，水開始在表面蒸發，水中凝聚有氣泡。熱流值增加很快，銅壁有過熱現象。膜態沸騰區：熱流超過某一極限值，導致銅壁表面溫度突然升高，這對結晶器是不允許的，會使結晶器永久變形。所以，應力求避免后兩種傳熱而維持前一種傳熱狀況，可采取如下措施：結晶器水縫中水的流速是保證冷卻能力的最重要的因素，理論計算和實踐經驗指出，若水縫中水的流速大于6m/s，就可以避免水的沸騰，保證良好的傳熱，如水的流速再增加對熱流影響不大。控制好結晶器進出水溫度差，一般為5～6℃。4.渣膜的傳熱在連鑄結晶器中，保護渣熔化后滲入結晶器壁與凝固坯殼之間的空隙形成液態和固態渣膜，液態渣膜控制著鑄坯的潤滑，而固態渣膜則控制著傳往結晶器的熱流，在很大程度上影響著連鑄坯的表面質量。結晶器內通過保護渣渣膜的傳熱是非常復雜的。這種傳熱一般涉及兩大機理：晶格傳熱和輻射傳熱。有的研究者認為保護渣晶體層的存在會顯著減少輻射傳熱[2]。Cho[3]等人認為，晶體層的存在對結晶器/渣膜界面熱阻(RCu/sl)的影響要大于對輻射傳熱的影響。其中最重要的部分是結晶器/渣膜界面熱阻RCu/sl及受到渣膜厚度影響的晶格傳熱系數。渣膜厚度在很大程度上受到凝固溫度的影響。渣膜中可能存在的氣孔會減小傳熱。各種傳熱阻力的大小表示在圖2．3．2中。好幾位研究者研究得出的值大約為5×10-4m2Kw-l。Cho指出RCu/sl隨渣膜厚度的增加，澆鑄中碳鋼時的姐面熱阻RCu/sl比低碳鋼要大（圖2．3．2），并隨結晶度的增加而增加，占總熱阻的50％左右。中碳鋼：RCu/sl=16.4dcrys(10-4m2kW-1)式中，dcrys=0.4~0.9mm低碳鋼：RCu/sl=2.964dcrys+3.5(10-4m2kW-1)式中，dcrys=0.3~1.0mm研究得出輻射傳熱系數kR可用下式表示(當ad>3，a為吸收系數，d為渣膜厚度)[4]式中：σ為波爾茲曼常數，n為折射指數(一般為1．6)，T為溫度(K)，E為消光系數或體渣膜及玻璃態渣膜的吸收系數。對于通過渣膜的水平傳熱來講，消光系數是一個非常關鍵的參數，通常受到渣膜的結晶率的控制。結晶率非常高的渣膜的輻射傳熱系數將會降到傳導傳熱系數的10～20％zE右。但如果晶體層不存在的話，輻射傳熱系數還會大于傳導傳熱系數。因而，在目前的研究條件和應用條件下，渣膜中存在部分結晶層是控制輻射傳熱的有效手段。因影響通過渣膜水平傳熱的主要因素有：渣膜厚度(決定于渣膜的結晶率、導熱率、凝固溫度、轉折溫度)和結晶器/渣膜界面熱阻(取決于結晶率和渣膜厚度)不少研究工作者得到了結晶器膻膜的界面熱阻：Watanabe[.]等人得到的數據4.1～5.6×10-4Wm2K-1，Shibat[8]等人的數據是5～10×1010-4Wm2K-1，Yamauchi[9]等人的數據為4～8×10-4Wm2K-1，Cho等人的數據為5～25×10-4Wm2K-1。這些數據構成了凝固坯殼與結晶器問總熱阻的重要部分。一般的條件下，固相渣膜的熱阻大于總熱阻的50％。在模擬實驗中，Cho等人將水冷銅管浸入鋼板上1350℃的液渣中，記錄銅管中的兩個已知點的溫度，精確測量渣膜的厚度及表面粗糙度，通過數據分析確定界面電阻RCu/sl，以此來確定界面熱阻。在王藝慈[6]的實驗中穿過堿度為0.9的1#玻璃質渣膜的熱流密度比堿度渣膜導熱系數則越小。為1.4的2#晶體質渣膜要低,傳熱較緩慢。為其說明原因王藝慈認為當固態渣膜中存在氣相時，由于氣體的導熱系數比任何固體都小，固態渣膜中的氣孔會顯著降低其導熱率，氣孔率越高，渣膜導熱系數則越小。玻璃相本身的導熱系數比晶體要低。玻璃屬于非晶態物質,由于非晶質的結構無序,原子間撞擊機率大,散射作用大,與晶體相比,其導熱系數較低。故結晶器壁固態渣膜中玻璃相所占的比例越大(即:結晶率越低),渣膜導熱性越差。渣膜厚度對其控制傳熱有很大影響,由下圖【圖1】的分析可知,晶體質渣膜的成長速度比玻璃質渣膜要快得多,在液渣滲入結晶器壁與凝固坯殼縫隙后較短時間內,晶體質渣膜厚度迅速增加,其導熱熱阻也迅速增加,使結晶器內彎月面下方凝固坯殼較薄處傳往結晶器的熱流大大降低,這也是通常認為在連鑄過程中提高結晶率能有效控制渣膜傳熱的重要原因固態渣膜端面掃描電鏡照片[6]氣隙的傳熱氣隙的形成：在凝固初期,固相所占比例很小,大多數以游離態存在,形不成完整的凝殼。凝固繼續進行,與結晶器壁接觸的金屬液開始凝成坯殼;當凝殼外表面固相率達到某一臨界值時,凝殼開始表現出向中心收縮的趨勢,但其溫度仍然很高,不能承受金屬液的靜壓力(由于中間包中的金屬液具有相當高的壓頭而產生靜壓力),產生的靜壓擴張使薄殼緊貼結晶器壁;隨著溫度的繼續下降,坯殼逐漸變厚并產生收縮,企圖離開結晶器壁;當坯殼達到一定厚度,足以抵抗金屬液靜壓力時[14],由于鑄坯的凝固收縮和固態相變收縮,坯殼就會與結晶器壁之間產生一定的間隙,即形成了宏觀氣隙。例如：包晶鋼在1495℃時發生包晶反應:δFe+L→γFe其中體心立方的δ轉變為面心立方的γ，因晶格致密度的增大，使得坯殼生較大收縮。結晶器的基本作用是從金屬液中取走熱量和形成坯殼形狀并保持它,氣隙的存在將會影響結晶器傳熱效率和坯殼的凝固速度,使結晶器的基本作用減弱。經研究,結晶器傳熱最大的熱阻是來自于坯殼與結晶器之間的氣隙,氣隙的熱阻占總熱阻的71%～90%[11]。氣隙發生微小的變化都會對鑄坯凝固的整個溫度場產生很大的影響[12],減慢了鑄坯的凝固速度,制約著整個水平連鑄的拉坯速度,為了滿足現代高效生產的要求,同時保證結晶器出口區鑄坯表面溫度相對穩定,鑄坯凝殼厚度和液芯大小也相對穩定[13],連鑄生產可穩定連續進行,因此研究氣隙有很大實際意義。結晶器橫斷面氣隙的形成是不均勻的，由于角部是二維傳熱，坯殼凝固最快，最早收縮，氣隙首先形成，傳熱減慢，凝固也減慢。隨著坯殼下移，氣隙從角部擴展到中部。由于鋼水靜壓力作用，結晶器中間部位氣隙比角部小，因此角部坯殼最薄，是產生裂紋和拉漏的敏感部位。氣隙傳熱方式：Bosworth給出了平行板間出現對流傳熱的最小間隙準則:瑞利系數小于1620。坯殼與銅壁間的氣隙厚度一般不超過1mm,瑞利系數遠小于1620,不會出現對流,氣隙傳熱方式是輻射與傳導。坯殼與銅壁間的輻射傳熱[15]Tb、Tm------鑄坯、銅壁內表面絕對溫度,Kc---扁平間隙輻射系數,W/(m2*K4)坯殼與銅壁間的氣隙傳導傳熱[15]式中：λg為氣隙導熱系數,W/(m?k);λg=0.155;δg為氣隙寬度,m。氣隙大小的影響因素李強通過對H型連鑄坯坯殼與結晶器壁氣隙形成的研究發現氣隙的大小取決于鋼水靜壓力、坯殼的厚度及結晶器的冷卻情況。以下是李強通過有限元法數學模擬得到的結果距結晶器出口三分之一處氣隙情況結晶器出口處氣隙情況腹板氣隙與鑄坯高度的關系翼板氣隙與鑄坯高度的關系可以看出在結晶器下端三分之一處,坯殼逐漸脫離結晶器銅壁,氣隙漸漸增大,在結晶器出口處為最大。這是因為在液面附近,坯殼剛剛形成,厚度較薄,在鋼水靜壓力的作用下坯殼和結晶器壁緊密接觸。在結晶器的中下部,坯殼已經形成了一定的厚度,可以支撐一定的鋼水靜壓力,而此時坯殼的內外表面也具有一定的溫度梯度,形成復雜的溫度場,使坯殼向液芯方向產生變形,以至坯殼與結晶器壁脫離,產生不規則的氣隙。氣隙中的氣體將會影響結晶器傳熱效率和坯殼的凝固速度。坯殼與結晶器的非接觸區域會產生回熱,使坯殼變薄,在鋼水靜壓力的作用下,坯殼再次與結晶器壁接觸。這種接觸與脫開的交替狀態一直延續到坯殼的強度足以抵住鋼水靜壓力作用為止。寶鋼梅峰在建立厚板連鑄機結晶器凝固傳熱模型后，研究發現鋼液彎月面以下且又緊鄰彎月面處，氣隙的厚度最小，因而該處的熱流密度最大；隨著離開彎月面距離的增大，氣隙平均厚度逐漸增大，熱流密度則逐漸減小。但結晶器冷卻能力較差時，影響鑄坯凝固，當鑄坯達到出口時沒有形成足夠厚的坯殼，容易發生漏鋼事故。同時坯殼的厚度也影響氣隙的大小，鑄坯在結晶器內凝固，形成外部是坯殼內部仍為金屬液的結構。坯殼的分布和厚度在很大程度上影響著氣隙的產生，只有當坯殼厚度達到一定時，才能抵抗金屬液靜壓力給它帶來的變形,此后坯殼繼續冷卻收縮才能產生氣隙。一種計算坯殼厚度的方法是通過圓坯凝殼長大解析式，即[17]其中k為凝固系數,t是凝固時間,r0為圓坯半徑,r是t時刻凝殼內徑。凝殼厚度為圓坯半徑與凝殼內徑之差,即d=r0-r結晶器平均散熱量結晶器坯殼厚度的生長決定于傳熱速率，而傳熱速率決定于結晶器內鋼水熱量傳給冷卻水所克服的熱阻，結晶器熱阻可分為：⑴鋼水與凝固殼界面的對流傳熱的熱阻；比較小⑵凝固殼的傳導傳熱的熱阻；⑶凝固殼與結晶器界面熱阻（包括氣隙的輻射和對流傳熱）；⑷結晶器銅壁的傳導傳熱的熱阻；比較小⑸冷卻水與銅壁的對流傳熱的熱阻；比較小結晶器內鋼水熱量傳給冷卻水的總熱阻[18]可表示為其中：Hrad一一氣隙的輻射換熱系數ho一一鋼水和銅管之間的對流換熱熱阻；ec/λc一一銅管壁導熱熱阻尼;λc一一銅管材質導熱系數，W/m·k；ec一一銅管壁厚度，m。he一一冷卻水于銅板換熱系數[18]鋼水和銅管壁之間氣隙的輻射換熱系數計算公式如下[19]其中：Ts一澆鑄溫度/℃；Tm一銅板熱面溫度/'C；σ一輻射換熱系數，w/(m2·℃4)；ε一一黑度；商曉東[20]認為拉速的快慢影響結晶器熱流，隨著拉速的加快，結晶器熱流顯著增加，尤其在彎月面附近尤為明顯。這是因為拉速加快，鋼液對凝固殼對流換熱增強，單位時間內傳出的熱量增加。更重要的是拉速加快使凝固殼與結晶器壁緊密接觸，使界面熱阻顯著降低，結果大大提高結晶器傳熱效率。對于彎月面附近熱流的顯著增加，有人認為：提高拉速，增強了鋼液與保護渣的熱交換，結果使彎月面處保護渣有著較高的溫度和較低的粘性，渣圈厚度變薄，從而減輕振痕并增大結晶器傳熱。但拉速提高使鋼水在結晶器中停留時間變短，凝固殼厚度減薄。拉速一定時，熱流密度還受其它因素影響，如斷面大小、形狀、保護渣黏度、結晶器類型等。結晶器壁與鑄坯之間界面熱流的影響因素生產中的一切機械或人為因素都可能引起鑄坯與結晶器器熱通量的變化，如下圖所述：鋼中碳含量對結晶器導出熱量的研究發現，鋼中碳含量對連鑄實際操作的影響是非常重要的。S．Chan—dra測量了方坯結晶器的溫度分布，分析了碳含量對結晶器內弧面熱流的影響，其研究結果如下圖所示。[21]圖4.1不同碳含量下熱流與凝固時間t(單位為s)的關系由上圖可以看出，對于[％C]在0.05～0.42的區域，當[％C]為0.12時，結晶器同一高度上的界面熱流最小，[％C]為0.42時，熱流最大；在[％C]增大至0.10左右的過程中，界面熱流是逐漸降低的，這是由于此時坯殼發生了δ→γ相變而引起體積收縮，造成了坯殼表面與結晶器壁間出現縫隙，從而引起熱流減小。拉坯速度澆注速度及相應鋼水在結晶器中的停留時間是影響結晶器熱流變化的最主要因素。王寶峰等人在AtlasSteel鋼鐵公司的方坯連鑄機上研究了三種不同拉速下結晶器的熱流，結果如圖4.2所示。H．F．Schrewe也研究了四種不同拉速條件下的熱流分布，結果如圖4.3所示。由這兩個圖均可以看出，隨著拉速的增加，結晶器同一高度上的界面熱流也增加，特別是在結晶器底部。拉速增加后，注流在結晶器的停留時間縮短，坯殼溫度梯度變緩，使之收縮變小，導致結晶器壁面與坯殼氣隙減小而增加了傳熱效率。[21]圖4.2奧氏體不銹鋼結晶器壁保護渣潤滑不同拉速時的熱流[21]圖4.3不同拉速請款下結晶器壁的熱流隨著拉速的提高，結晶器熱流密度增大主要是由于以下三點原因：1）短暫的拉速增加會導致坯殼變薄使結晶器和鑄坯之間的縫隙減少；2）在這個短暫的時間內導致了坯殼的表面溫度增加而使傳熱的動力增加；3）在高的坯殼溫度下小的熱收縮可能導致了結晶器和鑄坯的親密接觸。潤滑劑種類潤滑劑充填于結晶器內壁與坯殼之間，一方面可以減小拉坯阻力，另一方面，由于其能充填氣隙而改善傳熱。Pinhero等人比較了菜籽油和保護渣對熱流的影響，其研究結果如圖4所示。由圖4.4可見，采用不同潤滑劑時，熱流隨結晶器高度的變化趨勢是基本一致的；低碳鋼采用菜籽油潤滑時，熱流的最大值出現在彎月面附近，而用保護渣潤滑時，熱流的最大值出現在彎月面以下更遠處。[21]圖4.4分別采用菜籽油和保護渣時的熱流變化狀況比較示意圖(0.12％C)結晶器錐度為了減小結晶器壁與鑄坯之間的氣隙，增加熱流并促進坯殼均勻生長，人們對結晶器錐度的設計作了大量研究。結晶器錐度正向著單錐度一多錐度一連續錐度的方向發展。S．Chandra比較了單錐度和多錐度結晶器的熱流分布曲線，其研究結果如圖5所示。單錐度結晶器的錐度為0.6％·m-1，多錐度結晶器在彎月面區域錐度平均值為4.5％·m-1，結晶器中部區域為1.6％·m-1，結晶器底部區域為0.8％·m-1。[21]圖4.5錐度和多錐度結晶器的熱流分布步線圖4.6鑄坯表面熱流密度[23]鋼液中氫含量鋼液中的氫含量對結晶器傳熱具有重要影響。隨著鋼液中氫含量的增加，結晶器熱流降低，這是由于隨著凝固進行，鋼中氫含量顯著降低，氫從凝固界面上遷移到液面上隨后進入液渣層中，氣態氫不溶于液渣，從而在渣膜中形成氫氣泡，當鋼液中氫含量較高時會有更多的氫氣泡進入渣膜形成氣孔，結果導致渣膜熱阻增大而降低結晶器傳熱速率。氫氣泡進入結晶器保護渣中和在液態渣中的行為取決于保護渣的物化性能，如結晶溫度、堿度和表面張力等。應根據不同鋼種，采取措施降低鋼液中氫含量和選用適宜的結晶器保護渣。結晶器長度結晶器傳出的熱量大約50％是在結晶器上部傳出的，而結晶器下部主要起支承坯殼作用，短結晶器有利于傳熱，降低成本。結晶器長度以不增加拉漏為原則。結晶器材質和厚度現在連鑄結晶器都使用銅合金，如Cu-Cr、Cu-Ag、Cu-Zr等，其主要優點是導熱性好，再結晶溫度高于300℃，在高溫下工作可保持足夠的強度和硬度。為提高表面質量，在銅板上采用鍍Ni或鍍Ni-Cr合金，鍍層材質和厚度對銅板傳熱有一定影響，當拉速為1．4m/min，冷卻水流速為7．2m/s，銅板厚度為50mm時，計算表明鍍Ni銅板熱面溫度為270℃，鍍Ni．Cr銅板為310℃。板坯結晶器銅板厚度包括冷卻水槽和承受溫度梯度的有效厚度兩部分。銅板太厚，熱流降低，把銅板厚度由40mm減少到20mm，結晶器熱流增加10％。方坯管式結晶器厚度一般為8～15mm，對傳熱影響不大。結晶器冷卻水鋼水傳給結晶器銅板的熱量由冷卻水對流換熱帶走，以使結晶器銅壁保持適當的溫度，防止銅再結晶使硬度和強度降低而導致結晶器變形。影響對流冷卻效率的主要參數是水與銅板之間的傳熱系數。傳熱系數決定于冷卻水流速，水流速過低會導致銅壁溫度升高。結晶器傳熱速率以保持冷面銅板溫度低于水的沸點而不使水沸騰為標準，否則銅板溫度會發生波動。對板坯結晶器的研究表明，當水速為3m/s時銅板熱面溫度超過350℃，超過了銅的再結晶溫度。當水速為1lm/s時銅板熱面溫度為240℃左右。若再增加冷卻水流速，對銅板傳熱無多大影響。冷卻水流速6一8m/s，冷面溫度小于60℃，不會造成水的沸騰。冷卻水質對結晶器傳熱也存在著影響，冷卻水在結晶器銅壁或冷卻水槽內產生水垢，由于水垢的導熱系數較小，相當于絕熱層，從而使熱阻增加，傳熱系數減小。冷卻水槽內水垢增厚，會造成銅板熱面和冷面溫度升高。結晶器保護渣渣層傳熱保護渣的組成保護渣是一種由基料、熔劑以及碳質材料組成的復合材料。基料一般有硅灰石、水泥熟料、預熔料、石英等。基料的化學成分的選擇是SiO2-CaO-Al2O3相圖中的低熔點、低粘度區。為了降低保護渣熔點和粘度，通常需要添加一定量的熔劑，主要有純堿、螢石、冰晶石以及其他含氟化物等。另外根據澆注要求在保護渣還需添加一定量的碳質材料控制保護渣的熔化速度，碳質材料一般有炭黑、石墨以及焦炭等。保護渣的功能。絕熱保溫，防止散熱；隔絕空氣，防止鋼液二次氧化；凈化鋼渣界面，吸附鋼液夾雜物；潤滑坯殼，減少拉坯阻力，防止凝殼與銅板的粘結；充填坯殼與結晶器之間的氣隙，改善結晶器傳熱多層結構的保溫作用保護渣通常是通過人工或自動加渣機加入到鋼液面，吸收高溫鋼水提供的熱量后迅速在鋼液上形成熔渣層，靠近熔渣層的保護渣還沒有達到熔化溫度時，已被燒結形成燒結層，靠近空氣的部分溫度較低保持為粉狀形成粉渣層。保減少鋼水的熱輻射，避免鋼水溫度的快速降低。有利于提高結晶器在彎月面附近的溫度，從而減少渣圈的生成或者渣圈過分長大。許多研究表明增加保護渣中的配碳量、改變配碳類型、加入發熱劑以及降低保護渣的體積密度均有利于提高保護渣的保溫性能。保護渣的外形對其保溫性能也有一定影響，粉渣和空心顆粒渣的保溫性能高于柱狀渣。目前，隨著高拉速連鑄保護渣和超低碳鋼用保護渣的開發，大多使用具有良好保溫性能的空心顆粒渣。空心顆粒渣保護渣在結晶器內鋼水液面上形成粉渣層，燒結層，液渣層三層結構，總厚度一般為40-60mm。要形成三層結構關鍵是要控制好保護渣的熔化速度，也就是說，加入到鋼液面的粉渣不能一下子都熔化成液體，而是逐步熔化。為此我們一般都是在保護渣中加入碳粒子來調節熔化速度。配碳材料有石墨和炭黑兩種。石墨顆粒粗大，粒度為60—80微米，其分隔和阻滯作用較差，但開始氧化溫度較高（約560攝氏度），氧化速度較慢，在高溫區控制熔化速度能力較強。炭黑為無定型結構，顆粒很細（0.06—0.10微米），分隔和阻滯作用強，開始氧化溫度較低（500攝氏度）,氧化速度快，所以炭黑在渣層溫度較低區，控制熔速能力強，在高溫區控制速率較低，即使增加配入量，其改善效果也是有限的。一般配入量的碳粉量為4—7%。小結：通過一個學期的學習和跟同學和老師的交流，我在冶金工藝設計與研究課程這門課上學到好多東西。對于一個科研項目的準備過程有了充分的了解，這有助于下學期的畢業設計和以后的學習、生活和工作中快速進入狀態。同時充實了自己的課余生活。自己在不斷學習的過程中對結晶器中傳熱有了更深入的了解。結晶器內的傳熱不是簡單的幾歌傳熱方程，而是一個系統的傳熱過程。各個傳熱因素之間相互影響。我在學習時不能以偏概全。要多看書多思考。參考文獻：[1]于光偉,賈光霖,王恩剛,李本文,赫冀成,方坯軟接觸電磁連鑄結晶器內鋼液彎月面行為的熱模擬[金屬學報]2000年12期[2]中森辛雄．連續鑄造鑄型鑄片間摩擦力測定解析結果．[鐵鋼]．1984，9：1262—1267[3]J．W．Cho，T，Emi，H．ShibataandM．Suzuki．HeatTransferacrossMoldFluxFilminMoldduringInitialSolidificationinContinuousCastingofSteel．ISIJIntl．，1998，38(8)834．842[4]PHYSICAL-PROPERTIESOFCASTINGPOWDERS.3.THERMAL-CONDUCTIVITIESOFCASTINGPOWDERS[5]謝兵連鑄結晶器保護渣相關基礎理論的研究及其應用實踐[學位論文]2004[6]王藝慈結晶器固態渣膜形成過程及傳熱研究-[鑄造技術]2010[7]K．Watanabeeta1．EffectofCrystallizationofMoldPowderontheHeatTransferincontinuouscastingmold．Tetsu—To—Hagane／JoumaloftheIronandSteelInstituteofJapan，1997，83(2)：115-120[8]H．Shibataeta1．ThermalResistancebetweenSolidifyingSteelShellandContinuousCastingMoldwithInterveningFluxFilm．ISUIntl．，1996，36：S179[9]J．EChaveze