复式结晶器传热特征及其对铸坯凝固组织的影响
控制钢液的凝固过程、提高钢液的洁净度、改善钢的组织均匀性、细化钢的晶粒度和组织，是消除或抑制铸坯宏观偏析，进而提高钢材强度的重要途径]。连铸过程中结晶器的传热特征对钢液的凝固进程有显著的影响。
1研究方案
分别采用复式结晶器和传统结晶器在立式铸机上进行连铸试验。浇注过程中，润滑剂均采用菜籽油，拉坯速度为0.5m/min，结晶器水流量为50～100t/h，试验用铸坯断面为80×80mm，过热度控制在25℃左右。复式结晶器和传统结晶器浇注钢液的碳含量(质量分数，下同)分别为0.43和0.16，硫含量均为0.023。通过复式结晶器非金属材料段温度的检测，计算出该结晶器不同高度上的热流密度，以文献E2I中传统结晶器热流密度检测结果作为比较对象，对比分析了复式结晶器与传统结晶器热流密度之间的差别，并在此基础上以实测热流密度分布作为边界条件，用CFX商业软件对两种结晶器内钢液凝固过程温度场进行了数值模拟。
2复式结晶器和传统结晶器的传热特征
分析整理复式结晶器和传统结晶器热流密度检测结果，得到距结晶器上口0～2O0mm范围内两种结晶器的热流密度分布状况可得出以下几点：
随着距结晶器上口距离的延长，传统结晶器的热流密度逐渐增加。其原因为：一方面是弯月面以下钢液流动逐渐加强，改善了传热条件；另一方面是钢液静压力逐渐增大，使结晶器壁与铸坯接触更加密切，从而改善了传热条件；
②随着距结晶器上口距离的延长，复式结晶器的热流密度并未增加，这与复式结晶器石墨段内钢液凝固过程中两相区的流动规律有关；
③在距结晶器上口6O～170mm范围内，传统结晶器的热流密度均高于复式结晶器。计算得到复式结晶器石墨段和传统结晶器上段的平均热流密度分别为2.78×1OW/m3和1.O4×1Ow/m3。
以上述热流密度的变化规律为边界条件计算出复式结晶器和传统结晶器内钢液凝固过程的温度场后，可以得到在距结晶器上口任意距离处方坯横截面上各节点的温度值。
结晶器不同高度处方坯横截面中心线上钢液凝固前沿的温度梯度得出以下几点：
①距弯月面0～250mm范围内不同距离处，复式结晶器和传统结晶器方坯横截面中心线上钢液凝固前沿的温度梯度均不断变化。在距弯月面0～350mm范围内，温度梯度的平均值分别为1.7K/mm和3.7K/mm；
结晶器不同高度处方坯横截面中心线上钢液凝固前沿的温度梯度得出以下几点：
①距弯月面0～250mm范围内不同距离处，复式结晶器和传统结晶器方坯横截面中心线上钢液凝固前沿的温度梯度均不断变化。在距弯月面0～350mm范围内，温度梯度的平均值分别为1.7K/mm和3.7K/mm；
②距弯月面0～250rnm范围内任意距离处，复式结晶器内钢液凝固前沿的温度梯度比传统结晶器小。
3传热特征对铸坯凝固组织的影响
用热酸侵蚀法对复式结晶器和传统结晶器浇注的铸坯横截面低倍组织进行观察可以发现：
①传统结晶器浇注铸坯的激冷层比复式结晶器铸坯大约厚1mm；
②复式结晶器浇注铸坯的中心等轴晶区比传统结晶器浇注铸坯明显增加，前者约为8O%，而后者仅为4O%；
③复式结晶器浇注铸坯的柱状晶比传统结晶器浇注铸坯的柱状晶更粗大。从柱状晶向等轴晶转变的机理可知，过热度、温度梯度对柱状晶向等轴晶转变的影响很显著。
过热度或温度梯度大时，界面前沿不易发生温度起伏，也不易生成低熔点的固相，不会出现枝晶再熔断现象，而且凝固界面也很平滑，不能捕捉自由晶粒。由于过冷度小，即使存在游离的自由晶粒也易再熔化，不会迅速长大。两种结晶器传热特征的分析结果表明，在距弯月面下0～250mm范围内，由于复式式结晶器内钢液凝尉前沿的温度梯度比传统结晶器的小，因此使用复式结晶器对柱状晶向等轴晶的转变很有利。
4结论
(1)复式结晶器浇注铸坯的等轴晶率为80%，传统结晶器浇注铸坯的等轴晶率仅为40%。
(2)复式结晶器能够降低钢液初始凝固前沿的温度梯度在距弯月面0～350mm范围内，复式结晶器和传统结晶器铸坯横截面中心线上钢液凝固前沿的温度梯度平均值分别为1.7K/mm和3.7K/mm：
(2)复式结晶器能够降低钢液初始凝固前沿的温度梯度在距弯月面0～350mm范围内，复式结晶器和传统结晶器铸坯横截面中心线上钢液凝固前沿的温度梯度平均值分别为1.7K/mm和3.7K/mm：
(3)在距弯月面0～250mm范围内任意距离处，复式结晶器内钢液凝固前沿的温度梯度G以及温度梯度与凝固速度R的平方根之比值G均小于传统结晶器。理论上，这有助于钢液凝固过程中柱状晶向等轴晶的转变
(来源：炼钢)
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