水冷结晶说明书

定向凝固技术及其应用1.定向凝固理论基础及方法定向凝固又称定向结晶，是指金属或合金在熔体中定向生长晶体的一种方法。

定向凝固技术是在铸型中建立特定方向的温度梯度，使熔融合金沿着热流相反的方向，按要求的结晶取向进行凝固铸造的工艺。

它能大幅度地提高高温合金综合性能。

定向凝固的目的是为了使铸件获得按一定方向生长的柱状晶或单晶组织。

定向凝固铸件的组织分为柱状、单晶和定向共晶3种。

要得到定向凝固组织需要满足的条件，首先要在开始凝固的部位形成稳定的凝固壳，凝固壳的形成阻止了该部位的型壁晶粒游离，并为柱状晶提供了生长基础，该条件可通过各种激冷措施达到。

其次，要确保凝固壳中的晶粒按既定方向通过择优生长而发展成平行排列的柱状晶组织，同时，为使柱状晶的纵向生长不受限制，并且在其组织中不夹杂有异向晶粒，固液界面前方不应存在生核和晶粒游离现象。

这个条件可通过下述措施来满足：（1）严格的单向散热。

要使凝固系统始终处于柱状晶生长方向的正温度梯度作用下，并且要绝对阻止侧向散热，以避免界面前方型壁及其附近的生核和长大。

（2）要有足够大的液相温度梯度与固液界面向前推进速度比值以使成分过冷限制在允许的范围内。

同时要减少熔体的非均质生核能力，这样就能避免界面前方的生核现象，提高熔体的纯净度，减少因氧化和吸氧而形成的杂质污染，对已有的有效衬底则通过高温加热或加入其他元素来改变其组成和结构等方法均有助于减少熔体的非均质生核能力。

（3）要避免液态金属的对流。

搅拌和振动，从而阻止界面前方的晶粒游离，对晶粒密度大于液态金属的合金，避免自然对流的最好方法就是自下而上地进行单向结晶。

当然也可以通过安置固定磁场的方法阻止其单向结晶过程中的对流。

从这三个条件我们可以推断，为了实现定向凝固，在工艺技术上必须采取措施避免侧向散热，同时在靠近固液界面的熔体中维持较高的温度梯度。

定向生长理论和它的应用很大程度上取决于先进定向凝固技术。

自从Bridgman和Stockbarger在20世纪20年达提出奠定了现代定向凝固和单晶生长技术基础的Bridgman定向凝固技术，定向凝固就被广泛运用于制备各种结构和功能材料。

结晶器种类及主要特点2010-9-27 9:09:27薄板坯和中薄板坯连铸技术的核心是结晶器。

对于结晶器的研究主要有以下种类：1、漏斗形结晶器1）几何形状德马克公司ISP工艺的第一代立弯式结晶器，上部是垂直段，下部是弧形段，侧板可调，上口断面是矩形，尺寸为（60-80）mm×（650-1330）mm。

意大利阿维迪厂采用了该工艺，并略作修改，上口断面形状，由原平行板形改为小漏斗形。

西马克公司CSP工艺所用的漏斗形结晶器，上口宽边两侧均有平行段，再与圆弧段相连接，上口断面较大。

这个漏斗形状在结晶器内保持到长700mm，结晶器出口处铸坯厚度为50-70mm。

2）主要特点漏斗形结晶器打破了传统板坯连铸结晶器在任意横截面均相同的限制，其结晶器腔内凝固壳的形状及大小按非矩形截面逐步缩小的规律变化。

但是，钢液在这种结晶器内凝固时要产生变形，特别是拉坯过程中机械变形产生的应力可能导致固液界面裂纹发生，并最终影响热轧带卷的质量。

因此，漏斗形结晶器的理想形状是尽量减小坯壳间两相区的弯曲变形率，使坯壳在固液变形率小于发生裂纹的临界应变率。

2、H2结晶器1）几何形状意大利达涅利公司FISC工艺是其代表FISC工艺优点是内部容积达，通过的钢液流量大，且有更好的钢液自然减速效应。

该结晶器长度为1200mm，宽度为1220-1620mm，厚度为50、60、65、70mm。

2）主要特点该结晶器鼓肚形状由上至下贯穿整个铜板，并一直延续到扇形I段的中部。

结晶器出口处为将铸坯鼓肚形状矫平而特别设计了一组带孔型的辊子，对铸坯鼓肚进行矫平的设备长度比仅用连铸机结晶器时长两倍，即与仅用结晶器来矫平坯壳的鼓肚相比，坯壳上所受应力大大降低。

并且H2结晶器内部体积增大，可以盛装更多的钢液。

同时，结晶器上部尺寸加大，可使水口形状设计更合理，保证结晶器内液面稳定，提高保护渣的润滑效果，改善热交换条件，提高拉速，减少裂纹倾向。

3、平行板形直结晶器1）几何形状奥钢联公司CONROLL工艺是其代表。

电渣重熔（ESR） 是在水冷结晶器中利用电流通 过熔渣时产生的电阻热将金属或合 金重新熔化和精炼，并顺序凝固成 钢锭或铸件的一种特种冶金方法。 最显著特点 是生产的金属纯净、成分和组 织均匀，结构致密----产品性能优 异
电渣重熔的基本原理

在铜制水冷结晶器中加入固态或液态炉渣，将自耗电 极的端部插入其中。当自耗电极、炉渣和底水箱通过 短网与变压器形成供电回路时，便有电流从变压器输 出，通过液态熔渣。由于上述供电回路中，熔渣的电 阻相对较大，占据了变压器二次电压的大部分压降， 从而在渣池中产生了大量的焦耳热，使其处于高温熔 融状态。由于渣池的温度远大于金属的熔点，从而使 自耗电极的端部逐渐加热熔化，熔化的金属聚集成液 滴，在重力的作用下金属熔滴从电极端头脱落，穿过 渣池进入金属熔池，由于水冷结晶器的强制冷却，液 态金属逐渐凝固成钢锭，在正常重熔期，电流从电极 进入渣池后，要通过金属熔池和凝固钢锭再由底水箱 和短网返回变压器。
(6)TiO2

在重熔含Ti的钢及合金时，渣中加入一定 量的TiO2可以抑制钢中钛的烧损；另 外，常采用CaF2+TiO2型导电渣作引燃 剂；TiO2是变价氧化物，它对金属熔池 起传递供氧作用。
电渣重熔的特点

1）金属的熔化、浇铸和凝固均在一个较纯净的环 境中实现 2）具有良好的冶金反应的热力学和动力学条件 3）自下而上的顺序凝固条件保证了重熔金属锭结 晶组织均匀致密 4）在水冷结晶器与钢锭之间形薄而均匀的渣壳保 证了重熔钢锭的表面光洁


成分和组织的均匀，结构致密是ESR的最显著特点
(4)MgO

渣中含有适当的MgO将会在渣池表面形成 一层半凝固膜，可防止渣池吸氧及防止渣 中变价氧化物向金属熔池传递供氧，从而 使铸锭中氧、氢、氮含量降低，同时这层 凝固膜可减少渣表面向大气辐射的热损失。 但是MgO容易使熔渣的粘度提高，所以渣 中含MgO一般不超过15％。

02 炼钢原料及预处理
炼钢原料种类及性质
A
铁矿石
主要含铁矿物，分为磁铁矿、赤铁矿等，是炼 钢的主要原料之一。
废钢
来自报废的汽车、建筑、机器等，是炼钢 的重要原料之一，具有可回收性和环保性。
B
C
熔剂
如石灰石、白云石等，用于造渣和脱硫，保 证钢的质量。
合金元素
如铬、镍、钨等，用于提高钢的力学性能和 耐腐蚀性。
特点
钢铁冶金学是一门综合性很强的 技术科学，它涉及地质、采矿、 选矿、冶炼、金属加工和金属材 料性能等多方面的知识。
炼钢学发展历史及现状
发展历史
炼钢学的发展经历了漫长的岁月，从 古代的铁匠铺到现代的钢铁联合企业 ，炼钢技术不断得到改进和完善。
现状
目前，炼钢学已经成为一门高度自动 化的技术科学，采用了许多先进的工 艺和设备，如高炉炼铁、转炉炼钢、 电炉炼钢等。
钢铁冶金学(炼钢学)
目录
• 绪论 • 炼钢原料及预处理 • 炼钢工艺过程及设备 • 炉外精炼技术与应用 • 连铸技术与发展趋势 • 节能环保与资源综合利用 • 课程总结与展望
01
绪论
钢铁冶金学定义与特点
定义
钢铁冶金学是研究从矿石中提取 金属，并用各种加工方法制成具 有一定性能的金属材料的学科。
01
02
03
04
高炉
用于将铁矿石还原成生铁的主 要设备，具有高温、高压、高
还原性的特点。
转炉
用于将生铁和废钢转化为钢水 的重要设备，通过吹氧和加入 造渣剂去除杂质和调整成分。
电炉
利用电能加热原料进行熔炼的 设备，具有灵活性高、环保性
好的优点。
连铸机
将钢水连续浇铸成坯或板的设 备，提高了生产效率和产品质