吴穷

(二重(德阳)重型装备有限公司，四川618000)

关于钢锭凝固时间的计算，直接使用解析法计算非常困难，大部分研究者均通过简化至半无限大平板一维传热或者仿真模拟的方法研究[1-2]，特别是对特大型钢锭，基于现场的研究资料很少，不同的生产现场，钢锭传热条件各有差异。通过实际测量特定条件下的钢锭凝固过程参数，利用热平衡的方法，分析凝固的关键局部情况，简化计算，可以研究其凝固过程中的特性。

1 530 t特大型钢锭散热条件测量

以我公司530 t特大型真空钢锭为研究对象，如图1所示。对于锻造钢锭，必须确保锭身完全凝固，保温帽下部、锭身上部应为重点研究部位。利用手提测温枪测量记录图1中1～4点温度变化。钢锭以及钢锭模的相关参数见表1。

表1 钢锭以及钢锭模的相关参数Table 1 Related parameters of ingot and ingot mold

钢锭模外壁1～3点温度变化如图2所示。可以看出，钢锭模外壁温度在浇注完5 h内迅速升高，在20～30 h达到最大值，然后缓慢下降至较稳定温度。所以可以大致将钢锭凝固传热分为两个阶段：0～5 h为不稳定传热阶段；5～90 h为亚稳定传热阶段。

图1 530 t特大型真空钢锭凝固示意图Figure 1 Schematic diagram of solidification of 530 t super large vacuum ingot

图2 钢锭模外表面稳定变化趋势图Figure 2 The stable change trend diagram of the outer surface of the ingot mold

2 模型建立与计算

2.1 基于热平衡的凝固时间计算模型

根据热量平衡，有如下关系：

{钢水显热}+{凝固潜热}+{钢锭冷却显热}={钢锭模蓄热}+{钢锭模表面散热}

为简化求解过程，做如下假设：

(1)以点2位置的一段作为研究对象；

(2)该段在高度方向上热量的流进与流出相等，即该段散热只沿径向方向；……