钢锭传热过程分析

凝固传热分析钢锭凝固和冷却过程传热属于非稳态传热，钢锭内固相区传热是传导传热，在液相区和液固两相区内除传导传热外，各种原因引起的流体流动对传热也有重要影响。钢锭凝固时放出大量潜热，显著地改变了有关传热的各项物理参数。图2-2为1.4t钢锭凝固时钢锭-钢锭模之间的平均传热系数−h与时间的变化关系。从图2-1，图2-2可见：浇注时坯壳表面温度立即下降，此时坯壳与模壁紧密接触，传热系数−h最大。大约10～20分钟后表面温度出现波动，锭重不同，温度波动时间不同，这段时间内气隙不稳定地出现，随后形成稳定气隙，这时平均传热系数−h相当于纯辐射传热系数，表明钢锭-钢锭模之间产生稳定气隙后钢锭-钢锭模之间传热以辐射传热为主。锭模与大气间传热方式为对流和辐射传热；钢锭与保护渣，保温剂以及和绝热板之间有化学反应发生，其传热较为复杂。鉴于绝热板与保温剂导热系数低，其传热热阻主要集中在通过绝热板的传导传热过程，因此可将钢液与保温绝热材料的传热简化为不同介质间的传导传热。保护渣与大气之间的传热被认为是辐射与对流的综合。钢锭固相区的传热是传导传热。钢锭液相区内受热浮力驱动的自然对流的影响，其中的传热现象要比固相中复杂的多。除热传导之外，液相与固相之间还发生对流换热，要想准确的模拟铸锭的传热过程，就需要知道液相穴内熔融金属的流动状态，这就需要对紊流N-S方程和能量方程联立求解，这就增加了问题的复杂性。为了解决这个问题，E·A·Mizikar[46]认为液相内充分混匀，把对流换热的影响归于有效导热系数Keff，这样，钢锭任何时刻的传热方程就转化成一个导热方程。凝固潜热释放是所有凝固过程的必然现象，经推算，钢锭在冷却至脱模温度时所散失的热量中，约有80%以上来自于凝固潜热的释放[48]。另外，钢锭凝固的大部分时间内，固液两相区占据了钢锭很大一部分。数值计算中，合理地描述凝固潜热释放规律对准确预报钢锭凝固过程和温度分布显得十分重要。