連續(xù)鑄鋼生產(chǎn)澆注的鋼液進入結(jié)晶器，經(jīng)過在結(jié)晶器內(nèi)的一次冷卻凝固形成了具有一定厚度的連鑄坯殼，但是坯殼內(nèi)部仍是高溫液態(tài)鋼水，為了使坯殼內(nèi)部鋼水盡快完全凝固，需要繼續(xù)冷卻凝固，稱為二次冷卻。二冷傳熱的主要方式和比例：輻射約占25%；噴霧水滴蒸發(fā)，33%；噴淋水加熱，25%；輥子與鑄坯的接觸傳導(dǎo)，17%，對于小方坯而言，主要是輻射和噴霧水滴蒸發(fā)兩種，而對于板坯和大方坯而言，包含四種傳熱方式。3.5二冷區(qū)的傳熱與凝固3.5.1二冷區(qū)的傳熱在設(shè)備和工藝條件一定時，連鑄輻射傳熱和輥子傳導(dǎo)傳熱變化不大，噴淋水的傳熱就占主導(dǎo)地位，鑄坯中心的熱量通過坯殼傳到鑄坯表面，當(dāng)噴霧水滴打到鑄坯表面時，帶走一定的熱量，鑄坯表面溫度降低，中心與表面之間產(chǎn)生溫度梯度，促使熱量從鑄坯中心不斷向表面?zhèn)鬟f。相反，突然停止水滴的噴射，鑄坯表面的溫度就會回升。如果過度的改變或中斷冷卻水，會使鑄坯表面溫度造成很大波動，這對于已經(jīng)凝固的坯殼來說類似一個“熱處理”過程。3.5.1二冷區(qū)的傳熱從鑄坯傳熱來說，希望加大冷卻強度，加快凝固速度，以求提高鑄坯生產(chǎn)能力，但從冶金質(zhì)量的觀點看，不適當(dāng)二次冷卻會有如下的質(zhì)量問題：（1）冷卻不勻，導(dǎo)致坯殼溫度回升，易產(chǎn)生中間裂紋或皮下裂紋；（2）鑄坯矯直時表面溫度過低（900℃），易產(chǎn)生表面橫裂紋；（3）冷卻強度不夠，鑄坯帶液心矯直易產(chǎn)生矯直裂紋；（4）二冷區(qū)表面溫度過高，易產(chǎn)生鼓肚變形而使中心偏析加重；（5）二冷強度大，柱狀晶發(fā)達，易形成穿晶，中心疏松偏析加劇。3.5.1二冷區(qū)的傳熱

3.5.1二冷區(qū)的傳熱二冷區(qū)內(nèi)鑄坯冷卻與結(jié)晶器內(nèi)有很大不同，鑄坯除了向周圍輻射和向支撐輥導(dǎo)熱外，主要的散熱方式是表面噴水強制冷卻。鑄坯在二冷區(qū)每一個輥距之內(nèi)，都要周期性地通過四種不同的冷卻區(qū)域，如圖所示的AB、BC、CD、DA段。3.5.2二冷區(qū)的傳熱機理（1）AB空冷段噴淋水不能直接覆蓋的區(qū)域。坯殼主要以輻射形式向外散熱，另還與空氣和噴濺過來的小水滴或水汽進行對流換熱。（2）BC水冷區(qū)被噴淋水直接覆蓋的區(qū)域。一部分冷卻水被汽化，汽化吸熱量很大，每1kg水可吸收2200kJ左右的熱量，鑄坯表面大量散熱。未被汽化的水還要沿坯殼表面流動，與坯殼進行著強制對流換熱。3.5.2二冷區(qū)的傳熱機理（3）CD空冷與水冷混冷區(qū)該區(qū)雖不能被噴淋水直接覆蓋，但有一部分水在重力作用下，從BC段沿坯表面流入該區(qū)。所以該區(qū)兼有AB段和BC段的傳熱形式，究竟空冷輻射與水冷蒸發(fā)、對流各占多大的比例，要根據(jù)坯的空間位置、噴嘴形式和輥列布置等影響因素而定。（4）DA輥冷區(qū)由于坯殼的鼓肚變形，夾輥與皮殼表面不是線接觸而是面接觸，DA弧即為該接觸面的截線，在該區(qū)內(nèi)坯殼以接觸導(dǎo)熱的形式向夾輥散熱。二冷區(qū)傳熱系數(shù)表示了鑄坯表面與二冷區(qū)冷卻水之間的傳熱效率，h大，則傳熱效率就高，它與噴水量、水流密度、噴水面積、噴水壓力、噴水距離、噴嘴結(jié)構(gòu)、鑄坯表面溫度和冷卻水水溫等因素有關(guān)。一般需要通過試驗測定統(tǒng)計后，用經(jīng)驗公式表示。3.5.2二冷區(qū)的傳熱機理一般情況下，二冷區(qū)內(nèi)輻射散熱與夾輥冷卻主要受連鑄機設(shè)備類型與布置的制約，屬于基本固定或不易調(diào)整的因素。因而水冷是二冷區(qū)內(nèi)主要的冷卻手段，對噴淋水冷卻效率有影響的很多因素在生產(chǎn)中是可調(diào)整的，這些因素的變化直接影響著二冷區(qū)內(nèi)的熱交換。1水流密度水流密度是指鑄坯單位時間在單位面積上所接受到的冷卻水量。傳熱系數(shù)與水流密度之間的關(guān)系可以用經(jīng)驗關(guān)系式表示，主要形式有兩種3.5.3影響二冷區(qū)傳熱的因素

3.5.3影響二冷區(qū)傳熱的因素2水滴速度水滴速度取決于于噴水壓力、噴嘴孔徑和水的清潔度。水滴速度增加，穿透蒸汽膜到達鑄坯的水滴數(shù)增加，從而提高了傳熱能力。有關(guān)試驗表明，當(dāng)水滴速度由6m/s提高至10m/s時，冷卻效率由12%提高至23%。3水滴直徑水滴直徑的大小是霧化程度的標志。水滴尺寸越小，水滴個數(shù)就越多，霧化就越好，有利于鑄坯冷卻均勻和提高傳熱效率。不同的噴嘴類型，水滴算術(shù)平均直徑差別較大，壓力噴嘴的水滴直徑一般在200～600μm，而氣-水噴嘴的水滴直徑可以達到20～60μm。3.5.3影響二冷區(qū)傳熱的因素4鑄坯表面狀態(tài)相關(guān)研究表明，鑄坯表面有氧化鐵的傳熱系數(shù)比無氧化鐵要低13%。使用氣-水噴嘴，由于吹入的空氣使鐵鱗容易剝落，可以提高冷卻效率。5噴嘴使用狀態(tài)噴嘴堵塞、噴嘴安裝位置、新舊噴嘴等對鑄坯傳熱有重要的影響。現(xiàn)場生產(chǎn)實踐表明，噴嘴的使用狀態(tài)的好壞嚴重影響連鑄坯的傳熱，從而影響連鑄坯的表面質(zhì)量。所以每個澆次開始前后都要對二冷噴嘴的使用狀態(tài)進行檢查，發(fā)現(xiàn)噴嘴堵塞等問題要及時進行清理，確保在線噴嘴使用狀態(tài)良好。3.5.3影響二冷區(qū)傳熱的因素1鑄坯長度方向上冷卻水的分配大量理論計算和實踐結(jié)果都證明了鑄坯在二次冷卻區(qū)的凝固服從平方根定律。在凝固過程中，鑄坯中心的熱量是通過坯殼傳到鑄坯表面的，而這種熱量的傳遞是隨著坯殼厚度的不斷增加而減小，另外，從坯殼傳到表面的熱量主要是由噴射到表面的水滴帶走的，所以，隨著坯殼厚度的增加，傳到表面熱量的減少，自然冷卻水量也應(yīng)隨之減少。冷卻水量連續(xù)遞減，在實際生產(chǎn)中很難實現(xiàn)，因此通常將二次冷卻區(qū)分為若干冷卻段，每一冷卻段設(shè)置相同冷卻水流量。3.5.4二次冷卻的計算原則3.5.4二次冷卻的計算原則圖

板坯連鑄機二冷區(qū)各冷卻段范圍示意圖圖

二冷區(qū)分段冷卻示意圖2鑄坯內(nèi)外弧的水分配弧形板坯連鑄機內(nèi)外弧的冷卻條件有著很大的區(qū)別。在剛出結(jié)晶器的某一確定的范圍內(nèi)，冷卻段呈垂直布置，內(nèi)外弧冷卻水量分配相同。隨著鑄坯遠離結(jié)晶器，對于內(nèi)弧來說，鑄坯表面沒有汽化的水會往下流動，并沿著下一個支撐輥表面流向鑄坯的兩個角部；而對于外弧來說，由于重力的作用，噴射到外弧表面的冷卻水會即刻離開鑄坯。因此，隨著鑄坯越來越趨于水平，各冷卻段的內(nèi)弧與外弧的水量分配比應(yīng)越來越小。通常這種內(nèi)外水量比由1:1.1到1:1.5。3.5.4二次冷卻的計算原則3二次冷卻水與拉速在二次冷卻的過程中，在一定的鑄機條件下，決定凝固系數(shù)K值的主要因素就是冷卻強度，在一定范圍內(nèi)增加冷卻強度可加大K值。而拉速的變化實際上是改變了凝固時間，也即影響了坯殼厚度。因此，冷卻水流量必須隨著拉速變化而變化，以保持一個合適的冷卻強度。為了實現(xiàn)這一點，通常采用二次冷卻水自動控制方式，冷卻水的增加和減少是根據(jù)拉速的變化而成比例地增減的。特定的設(shè)定：開澆時將水量設(shè)定為最大值（出于安全考慮）；尾坯輸出時將水量開到最大值的70%。3.5.4二次冷卻的計算原則4二次冷卻與鋼種（1）高溫區(qū)：從液相線以下50℃到1300℃。塑性與強度都很低，這也是固-液相界面容易產(chǎn)生裂紋的原因。（2）中溫區(qū)：由1300℃到900℃。鋼在這個溫度范圍內(nèi)，處于奧氏體相區(qū)，它的強度取決于晶界析出的硫化物、氧化物數(shù)量和形狀