连铸二冷喷嘴传热系数的实验研究

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３ 测试结果与分析
图２ 试 加热到 １ ０ 后 冷却 系 试 给出了 样 ２ ℃ 喷水 传热 数随 样表面沮 ０ 度的 化关系， 变 实验条 件 是 水压为０１ ａ ／ Ｓ １１ Ｈ 水喷 其钡 处的 ．ｉ 的３ＫＨ３ ２ Ｕ型 嘴， １ １Ｐ ｖ ８ ４ 量 水流密 度为１７． ｓ 从图 ．０Ｉ ２ 可 ９ Ｊ ． ｍ 知， 温 表面 度大 约在 ６０ ， 该 度传热系 值 速上升， 此 度传 数 化平 ０＇ 低于 温 Ｃ 数 快 大于 温 热系 值变 缓， 该临界 温度就是 人们常说的Ｌｉｎｏ 温度。 基本描 喷雾冷却的 温 ｅ ｅｒｔ ｄ ｆｓ 该图 绘了 不同 度区间 传 热系 数值的 化趋势， 变 对应的 机制是： ｅｅｒｔ 度以 传热 在Ｌｉｎｏ温 上发生 ｄ ｆｓ 稳定沸 氏 ｅｅｒｔ 腾月 于Ｌｉｎｏ ｄ ｆｓ
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连Байду номын сангаас二冷啧嘴传热系数的实验研究
文光华 唐 萍 韩志 伟 梅峰
（ 重庆大学）
阮晓明 张 立
（ 钢铁股份有限 ） 宝山 公司
摘 要 本文利用喷嘴传热系数测定 装置，实验研究了 水流密 度、ａ嘴位置 Ａ Ｉ 及安置高度、雾化空气 挂力对传热 系数的影响。得到了 水流密度与传热系数的定量关系．利用这些喷嘴传热系数测试结果就可方便地对连铸三 冷 凝固传热过程进行计算机仿真，分析冷却水量大小和水流密度分布不 均匀性对铸坯表面 温度、Ｍ 波动和铸坯 质量的影响，为 优化连铸二冷工艺 制度和选择喷嘴型号及布置 方式提供依据．
温 先 发 部 核 沸 然 是 胞沸 最 在 度 低 情 试 表面 湿， 度首 是 生 分 胞 腾， 后 核 腾， 后 温 较 的 况下 样 润 主 要 通 强 对 来 现 却 ， ３℃ 热 数 到 大 在 铸 冷 程 ， 坯 面 是 过 制 流 实 冷 的 在 ０ 传 系 达 最 。 连 二 过 中 铸 表 ０
坯温 变化的。 铸坯 温度为Ｔ 冷却 度而 设 表面 ， 水温度为Ｔ， 位面 ， ｗ 单 积热传递 。 Ｋ ／＇ 量 （Ｗｍ） 可用 （式表示： １ ） Ｄ （Ｔ 一 ｗ） Ｈ ｃ＝ｈ ｓ Ｔ ＋ ｒ （） １
（式 ｒ 号 辐 散 率 代 热 递 数， Ｗｍ ℃ 它 着 坯 面 度 于表 射 热 。ｈ 表 传 系 ｋ ／ ・ ， 随 铸 表 温 和 １ 中Ｈ 是 ） ＇
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根据测定试样不同 时刻的 温度结果， 通过一元差分传热计算就可算出各个表面温度的热传 递率的 值， 应就 瞬时 相 得到喷嘴喷雾水与 铸坯表 面间的 传热系 数。
测试 是 根据宝 供的 类型 喷嘴 钢提 六种 喷嘴， 水喷 个， 其中 嘴四 汽水喷 嘴二个。 在不同 量 水 水 （ 流密 、 度） 气压和位里 件下 条 进行测试， 实验 每次 重复二 次。
温 度一般均大于６ ＇， 在 ８ ＇－１ ０ 范围 大于Ｌｉｎｏ 温 界点， 此， ０ Ｃ 大多 ５ Ｃ ０ ℃ 内， ０ ０ ５ ｅ ｅ ｓ 度临 ｄｆ ｔ ｒ 因 二 热机制归 稳定 膜沸 在实 冷传 属于 薄 腾， 验中， 样测 温度范围为１ ０ － ０＇， 试 试 １ ＇ ７０ 低于７ ５Ｃ Ｃ ０ ０
ｈ＝ｆ Ｔ ， ） （ ｓ （ ｏ （） ２
确 传 系 实 方 主 有 种： 定 和 稳 态 在 定 方 ， 样 经 的 验 法 要 两 稳 悉 非 定 法。 稳 态 法中 试 在 定 热 数
喷 雾 嘴喷 水冷却的同 被 时 加热， 种方 要 这 法需 在特定的 温度条 件下， 建立一 统 衡， 种系 热平 但 这种热平衡难于控制和实现。 而非 态法就是 试 先加 要求的 稳定 被测 样首 热到 温度， 在 然后 选定的 位置（ 验方 实 案条件卜 ） 进行喷 淋冷却。 水冲击 表面， 表面 喷雾 铸坯 使其 温变 低， 成一定的 降 形 温度梯 试 部的 度， 样内 热 量垂直于 试样表面 传出。 从一 嘴的 仅 个喷 冷却局 部来看， 论是板 无 坯或方 均属 维传 坯 一 热。 因 此测定 喷嘴喷雾 水滴与铸 表面之间 传热系 坯 的 数时， （ 样 的传热 足一 传热微分 铸坯 试 ） 便满 维
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图．实 验室传热系数侧定装置示意图
２ 测试原理和方法 ． ２ 连铸 热传递过程的 模型 确定 喷雾冷却工 数学 是 喷嘴 艺制度的 好方法。 连铸 凝固 最 在 钢液 过 程中， 传热数学模型 给出 温度和 厚 凝固 可以 坯壳 凝固 度随时间 （ 位置） 化规 或 变 律。当 铸坯进 入 开 和离 喷嘴喷淋区时， 冷却 收 不 如果 击 合理， 坯表面温 使铸 度波动剧烈， 容易导 致铸坯应力 的产生，从而引发铸坯裂纹或加重裂纹的扩展，影响铸坯质量。 传 热数学 模型包 括解内 热微 程和 导 分方 确定表面 换两 面。内 热微分方 热交 个方 导 程数值解 已 常 经非 成热： 难点在于 条件 热交换 （ 边界 一 传热系数） 多少的 确定，以 热传递 样随 及 是怎 铸
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热传 导基 本 方程 ： 初始条件 ： 边 界条件 ：
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关键词 连铸二冷 喷嘴 传执系教
Ｅ ｐｒ ｅｔ Ｓ ｄ ｏ Ｈ ａＴａ ｆ Ｃ ｅ ｉｅ ｏＮ ｚｌ ｕｙ ｅｔ ｓ ｒ ｆ ｉ ｔ ｏｚ ｘｅｍ ｎ ｌ ｎ ｒ ｅ ｏ ｃ ｎ ｆ ｅ ｉ ａｔ ｎ ｉＳｃｎａ ｏｎ Ｚｎ ｎ ｏｄｒＣ ｌｇ ｅ ｅ ｙ ｏｉ ｏ
１ 前言
连 铸坯质量缺陷， 如 裂纹 （ 诸 表面 如角部 横裂） 裂 （ 角区 、内 如三 裂纹） 心 、中 偏析和 状 形 缺陷 （ 鼓肚） 都与 如 等 二次冷却 直接有 这是因 钢的 温机 关， 为 高 械力学性能 温度 与 有着强 烈的 依赖关系， 坯ａ 铸 度及分 布又决 铸 定于 坯冷却 条件。 传热 以 系数来 表征二次 冷却区 冷 效 喷水 却 率， 传热系 数越大， 冷却 二次 效率就 。 在实际 连铸机 越高 但是 生产 上测定喷嘴喷水 铸坯的 冷却 传热系 数是比 难的， 一 较困 所以 般在实 采 模拟 测定不同 验室 用热 装置 喷嘴结 构喷雾 水滴与高 温 铸坯表面的 传热系 所 数。 得到的 表面 铸坯 传热系 喷 流密度定量关系式为 冷凝固 数与 嘴水 二 传热 计算 机仿真 提供 准确的 条件， 进一 计 边界 为 步设 合理的 冷工艺 度打下基 具 二 制 础， 有非常重 要 的实际意义。 本 测试工 作是针对 宝钢 上海 板坯连 铸机铸 坯冷却 上 段 使用的 六种类型 喷嘴， 在通过 嘴 对喷 冷态 特性参数测试的 础上， 传热系｝｝ 装置 不同 基 利用 ｌ４ ｙ 定 测定 水流密 喷嘴 ｝ 度下 喷雾水 铸坯 与 表 面之间的 传热系数。