注溫

注溫有限元模型

以中國(guó)一重所使用的96 t 鋼錠及其附具為研究對(duì)象，建立幾何模型并劃分網(wǎng)格。

注溫初始條件

由于鋼錠體積大，計(jì)算周期長(zhǎng)，為了節(jié)省計(jì)算時(shí)間，科研人員在計(jì)算過(guò)程中或者忽略鋼錠內(nèi)部的流動(dòng)，或者直接計(jì)算流動(dòng)，耗費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間。經(jīng)研究分析，增大鋼液的導(dǎo)熱系數(shù)可以近似鋼液內(nèi)部流動(dòng)對(duì)傳熱的影響，大大提高工作效率。對(duì)于大型鋼錠來(lái)說(shuō)， 鋼錠的充型時(shí)間和完全凝固時(shí)間相比要小得多，因此，鋼液的初始溫度可簡(jiǎn)化為鋼液的澆注溫度。其余模型的初始溫度均為20℃。

注溫邊界條件

在大型鋼錠的模擬計(jì)算中，直接將鋼液頂部視為絕熱情況， 本計(jì)算并未直接在鋼錠頂部添加發(fā)熱劑， 而是設(shè)置合理的熱流密度和換熱系數(shù)來(lái)取代發(fā)熱劑的作用。

鋼錠與金屬鋼錠模之間的界面換熱系數(shù)隨溫度變化，其他界面換熱系數(shù)均設(shè)為500 W/(m2·K)。

注溫材料物性參數(shù)

材料物性參數(shù)主要包括鋼錠、鋼錠模、保溫磚的密度、熱導(dǎo)率、焓、液相線溫度和固相線溫度。其中，鋼錠的物性參數(shù)是根據(jù)鋼液的合金成分計(jì)算得出的； 保溫磚的物性參數(shù)是通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量得出的。所有物性參數(shù)均為隨溫度變化的曲線，提高計(jì)算的可信度 。

（1） 提高澆注溫度，鋼錠完全凝固時(shí)間與夾雜可上浮時(shí)間均提高，且增長(zhǎng)幅度由大變小，綜合兩方面考慮，不宜設(shè)置過(guò)低或過(guò)高的澆注溫度；

（2） 提高澆注溫度，對(duì)鋼錠內(nèi)部縮孔縮松的影響不明顯；

綜上所述，選擇澆注溫度的原則：縮短完全凝固時(shí)間；延長(zhǎng)夾雜可上浮時(shí)間；減少二次縮孔及疏松。因此根據(jù)計(jì)算對(duì)于96T-70Cr3Mo 大型鋼錠的澆注溫度建議選擇1550℃左右 。

鋼錠質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到鋼錠的性能和出品率，影響鋼錠質(zhì)量的因素較多，包括鋼錠模的尺寸設(shè)計(jì)、保溫材料的合理使用和澆注工藝的選擇優(yōu)化等。其中，鋼液的澆注溫度是最為重要的因素之一。澆注溫度過(guò)高時(shí)，雖然有利于夾渣的上浮，得到潔凈度較高的鋼錠，但同時(shí)，鋼錠也會(huì)存在以下缺陷：鑄造組織粗大，產(chǎn)生縮孔、縮松等缺陷，就企業(yè)方面來(lái)說(shuō)， 還會(huì)增加能源消耗和延長(zhǎng)生產(chǎn)周期；澆注溫度過(guò)低時(shí)，鋼液的粘度高，流動(dòng)性差，易產(chǎn)生冷隔，導(dǎo)致補(bǔ)縮通道受阻，易產(chǎn)生縮松缺陷，且不利于夾渣的上浮，降低鋼錠的潔凈度。因此，選擇合理的澆注溫度具有重要的實(shí)際意義。

近年來(lái)，采用數(shù)值模擬方法研究鋼錠凝固過(guò)程的文獻(xiàn)有很多，涉及到澆注溫度的文獻(xiàn)較少，且研究不夠深入全面。在不同澆注溫度下，對(duì)96T-70Cr3MO大型鋼錠凝固過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算，分析澆注溫度對(duì)凝固過(guò)程中的溫度場(chǎng)、縮孔縮松、夾雜物上浮的影響，為大型鋼錠澆注溫度的選定提供參考支持 。

注溫澆注溫度對(duì)凝固順序和時(shí)間的影響

不同澆注溫度下， 鋼錠的凝固順序均是由鋼錠底部逐漸向鋼錠頂部移動(dòng)的，隨著時(shí)間的推移，底盤(pán)的冷卻作用逐漸變小，側(cè)模的冷卻作用逐漸增強(qiáng)，導(dǎo)致凝固前沿呈狹長(zhǎng)的V字形。當(dāng)澆注溫度較低時(shí)，鋼錠凝固較快，冒口區(qū)的保溫磚來(lái)不及發(fā)揮保溫作用，致使凝固前沿的形狀細(xì)長(zhǎng)，在凝固后期尤為明顯，容易形成樹(shù)枝狀晶體組織，鋼液難以補(bǔ)縮。提高澆注溫度，V 形凝固前沿變寬變短，更有利于鋼液的補(bǔ)縮。

鋼錠的完全凝固時(shí)間隨著澆注溫度的升高而延長(zhǎng)，澆注溫度較低時(shí)，完全凝固時(shí)間受澆注溫度的影響較大，澆注溫度提升20 ℃，完全凝固時(shí)間延長(zhǎng)約3 h。繼續(xù)增大澆注溫度，完全凝固時(shí)間的增幅逐漸縮小。鋼錠最后凝固部位位于冒口中部，當(dāng)澆注溫度為1480 ℃時(shí)，溫度較低，接近液相線溫度(1476 ℃)，保溫磚對(duì)鋼液的保溫作用十分有限，鋼液完全凝固所需時(shí)間較短；將澆注溫度增大至1500 ℃時(shí)，保溫磚的保溫效果發(fā)揮作用，致使完全凝固時(shí)間增大，且發(fā)生較大的增幅；繼續(xù)增大澆注溫度，保溫磚發(fā)揮穩(wěn)定的保溫作用，因此，完全凝固時(shí)間增幅變小。

注溫澆注溫度對(duì)縮孔疏松和內(nèi)部缺陷的影響

隨著澆注溫度的升高，二次縮孔有增大的趨勢(shì)，且深度增加，但均處于冒口內(nèi)部，主要是由于澆注溫度升高， 鋼錠體積收縮量增大造成的。疏松區(qū)域隨著澆注溫度的升高而減小， 疏松底部與冒口之間的距離亦減小。澆注溫度較低時(shí)，一方面，鋼液來(lái)不及補(bǔ)縮就發(fā)生凝固， 溫度梯度較小； 另一方面，凝固前沿呈細(xì)長(zhǎng)的V 字形，易產(chǎn)生樹(shù)枝狀晶體組織，阻礙鋼液的補(bǔ)縮，故產(chǎn)生的疏松較多，與冒口之間的距離更大。

注溫澆注溫度對(duì)夾雜物上浮時(shí)間的影響

將夾雜物上浮時(shí)間定義為澆注開(kāi)始到凝固開(kāi)始之間的時(shí)間。用此假設(shè)夾雜物能夠自由上浮。澆注溫度升高，夾雜物的可上浮時(shí)間更長(zhǎng)。需要指出的是， 夾雜物可上浮時(shí)間與澆注溫度之間的關(guān)系同完全凝固時(shí)間類(lèi)似，增幅由大變小。

另外，在鋼錠的軸心(軸向)、水口端(徑向)、錠身中部(徑向)以及冒口端(徑向)4 個(gè)部位，分別查看夾雜物可上浮時(shí)間的變化情況，可以看出，夾渣可上浮時(shí)間均隨著澆注溫度的升高而升高， 變化幅度逐漸減小，考慮實(shí)際生產(chǎn)成本，可以選擇1 550℃作為澆注溫度。

而在鋼錠與冒口接觸部位，澆注溫度為1480 ℃的夾渣上浮時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他澆注溫度，原因分析：在鋼錠中下部，底盤(pán)和鋼錠模是主要的冷卻介質(zhì)，冷卻能力較強(qiáng)， 所以澆注溫度的變化對(duì)夾渣可上浮時(shí)間的影響相對(duì)要??；而鋼錠靠近冒口處的鋼液，冷卻介質(zhì)主要是冒口， 冒口的導(dǎo)熱系數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于金屬模，此時(shí)，澆注溫度對(duì)凝固時(shí)間的影響較大。因此會(huì)出現(xiàn)澆注溫度在1480℃時(shí)，夾雜物可上浮時(shí)間隨鋼錠高度幾乎沒(méi)有變化的現(xiàn)象 。

本詞條由“科普中國(guó)”科學(xué)百科詞條編寫(xiě)與應(yīng)用工作項(xiàng)目 審核 。

注砂井指用貯存充填材料的砂倉(cāng)和進(jìn)行水砂混合的注砂室組成的充填設(shè)施。注砂井是水砂填充工作中的重要設(shè)備，它的位置，容積和類(lèi)型都直接影響填充工作的好壞。

中文名稱(chēng)

注砂井

英文名稱(chēng)

storagemixed bin;sandfilling chamber

定　　義

用貯存充填材料的砂倉(cāng)和進(jìn)行水砂混合的注砂室組成的充填設(shè)施。

應(yīng)用學(xué)科

煤炭科技（一級(jí)學(xué)科），煤礦開(kāi)采（二級(jí)學(xué)科），采煤方法（三級(jí)學(xué)科）