2) 发生相变的高温凝固坯壳，向着结晶器内部发生弯曲，脱离结晶器壁。钢液的静压力又使凝固坯壳向外凸起，这里凝固坯壳的收缩力与钢水的鼓胀力达到动平衡状态，如图1.4(b)中展现的那样。

3) 新生坯壳逐渐沿着已生成的凝固坯壳下降，产生气隙区的凝固坯壳表面温度开始回升。温度升高之后，坯壳的强度降低。加上钢液对于坯壳一直有一个静压力，使得坯壳更易变形，形成图1.4(c)中出现的缺陷；再加上气隙的的存在，传热速率降低，使得钢液的凝固速率降低，新生坯壳不断的减薄，坯壳开始出现如图1.4(5)中所示的局部组织的粗化，进而产生明显的裂纹。

4) 不断地重复1)、2)、3)的过程，最终形成如图(1.4(d))中所示的凝固坯壳，该坯壳一直生成直至出结晶器。

图1.5凝固坯壳的晶粒大小

因为钢液在结晶器中顺着组成夹角的两个铜板平面传热，所以在这里钢液最早凝固而出现凝固坯壳，收缩得最早，并最先形成气隙，导致了传热速率的降低，使得凝固速度减慢。新生坯壳的不断下移，气隙也开始扩展到中间区域，因为存在熔融液钢的静压力作用，结晶器铜壁中间区域的气隙比两铜壁衔接处要小。所以两铜壁衔接处的凝固坯壳厚度最小，所以这里也最易发生拉漏或者缺陷。

综上所述，在弯月面处形成最初的凝固坯壳，随着结晶器的震动，钢液向下流动，新生凝固坯壳不断生成，组成初期因剧烈冷却形成的表面细晶区。同时坯壳和钢液交界处，由于液态钢的流动，将此处初生的晶体被带到钢液内部，一部分被熔化，另一部分下落到底端形成中心等轴晶区。

B. 钢水热量传递与结晶器水箱中水量的关系

钢水向结晶器中的冷却水传热的速率决定了凝固坯壳的生长厚度，而热量传递的速率在以下几处会受到阻碍：

钢水与坯壳界面处的对流影响；(2) 坯壳本身的热传递影响；(3) 凝固坯壳与铜壁(包括气隙间)；(4) 铜壁的导热； (5) 铜壁与冷却水的热量交换。

通常钢液在竖直方向热传递是很小的，只占总热传递的3~6%，完全可以不予考虑，所以钢液传递出去的热量完全可以用冷却水带走的热量来代替，冷水带走的热量计算公式如下。

式中：Q-结晶器中钢水散热量，KJ/min ；

W-结晶器冷却水量，m3/min ；

C-水的比热，KJ/kg℃ ；

Tz-出水温度，℃；

Ti-进水温度，℃。

则结晶器的平均热流为：

式中：F为结晶有效的传热面积，则：  (KJ/cm2·min)。

结晶器中钢液的热流并非是均匀分布的，可以在铜壁处安装热电偶进行实测，结果如图1.6展现。

图1.6沿结晶器长度热流分布

由图1.6可得，热流在弯月面处最大，随着凝固过程的进行，凝固坯壳的厚度的增加，并形成气隙，导致热量传递的阻碍加大，故沿结晶器向下热流逐渐减小。数据表明，气隙在弯月面以下200 ~250mm处开始稳定生成。伴随拉速的加快，热流也跟着增大，即传热速率随拉速提升而加快。凝固坯壳在结晶器铜壁处生长规律用公式表示如下：

式中：δ-凝固坯壳厚度，mm      K-凝固系数，mm/min ；K = 20          t-凝固时间，min

计算结晶器出口处坯壳厚度时：              

式中：L为结晶器有效长度， m；      V为拉速m/min。

图1.7大方坯结晶器高度热流变化

凝固坯壳生成时散放出的热量是依靠与水箱中的冷却水进行热量互换带走的，从图可得冷却水的流速不同可得到一下结论：

1) 当冷却水的循环速度下降到小于4.5m/s时，在水箱中会产生水蒸汽，在铜壁上形成一层由蒸汽组成的薄膜，使冷却水携带热量的能力下降。因而结晶器的预警水速应不低于4.5m/s的水流速率。