SPHC连铸结晶器内钢水凝固传热的研究与应用

　　唐钢不锈钢厂2号板坯连铸机自投产以来，由于种种原因拉速一直较低，随着炼钢能力的扩大，低拉速水平下的2号连铸机就成为全厂产能提高的瓶颈，因此，迫切需要提高2号连铸机的拉速。而随着拉速的提高，结晶器内铸坯的凝固传热行为势必会受到影响，从而可能导致结晶器粘结漏钢等一系列问题的发生，因此，高拉速下结晶器内铸坯凝固传热的研究成为控制铸坯质量和提高拉速的重要内容。本文通过建立板坯连铸结晶器内铸坯凝固传热模型，应用大型有限元软件ANSYS对钢水凝固传热过程进行模拟求解，描述了高拉速条件下，凝固坯壳的温度分布、坯壳生长历程，分析各工艺因素对传热行为、凝固行为的影响，进而提出合理的工艺参数。

　　1 SPHC钢的凝固特性及对凝固传热的影响

　　此钢种属于低碳钢，高温机械性能好，通常以较高拉坯速度进行生产，以提高生产率。由铁碳相图可以看出，在SPHC的成分范围内，钢水凝发生δ→γ的相变，不存在严重的相变体积变化，且内应力及裂纹敏感性小。基于低碳钢本身的凝固特点和质量要求，设计其用保护渣时主要考虑渣的润滑及消耗。较高拉速要求尽量增大结晶器热流，加速钢水凝固，防止粘结漏钢，这要求保护渣结晶温度低、凝固温度适中，以确保低碳钢结晶器保护渣在1 000℃以上处于非晶体状态，使发生粘结漏钢的可能性最小。在高速浇注时，为使足够的液态保护渣能流入铸流和结晶器内表面之间的区域，确保良好的润滑和足够的消耗，通常保护渣粘度选择较低的范围。另外，此类钢种初生铁素体坯壳中P、S偏析小，初生坯壳强度高，铸坯振痕较深，故应使用保温性能较好的保护渣，提高弯月面初生坯壳温度，有利于减轻振痕过深带来的危害。因此，这就要研究结晶器内钢水的凝固传热过程，为其保护渣的设计提供理论依据。

　　2凝固传热数学模型

　　2.1 基本假设条件[1]

　　(1)拉坯方向(垂直方向)上的传热很小，忽略不计;

　　(2)在整个凝固过程中钢水成分无变化，无偏析现象出现，也就是说在计算过程中，TL、TS值始终不变，而在一个温度点上，不同时刻的物性参数恒定不变;

　　(3)不考虑凝固过程中铸坯整体收缩现象的存在和内部钢水流动现象的存在，只进行传热与凝固分析，而不进行传热、结构(应力与应变)、流动现象两者之间或三者之间的耦合处理;

　　(4)铸坯几何对称面的传热相同，因此铸坯凝固传热模型可建立在横截面的1/2平面内;

　　(5)弯月面处简化为紧贴结晶器。

　　2.2基本方程