叶成立 金 杨

(二重(德阳)重型装备有限公司，四川618000)

在铸件和钢锭的生产中，一般钢包炉与浇注工位距离较远，而且常有多包顺序合浇的情况，所以钢水存在转运过程，该过程用时长达20～60 min。而高质量的铸件和铸锭对浇注时钢水的温度有严格的要求，所以钢水的温降就极其重要，只有掌握钢水温降的规律，才能根据浇注温度控制出钢温度。

1 钢包传热数学模型建立

钢水冶炼完成以后，停电开出，吊运至浇注工位。在这个过程中，将钢包作为一个整体考虑，可以认为是一个无内热源散热的过程，散热主要是对流散热和辐射散热。为了计算简便，作如下简化：

(1)任何时刻钢包内钢水温度是均匀的。

(2)包壁和包底表面的温度也是均匀的，并在转运过程中保持不变，维持出钢时的温度。

(3)不考虑包壁耐火层之间的接触热阻，认为各层耐材之间紧密结合。

(4)钢水表面覆盖的炉渣表面各处温度一致，且存在一个冷却层；冷却层以下的渣子认为和钢水温度相等。

简化以后，钢包的尺寸及钢包传热模型如图1所示，散热主要是对流散热Ec和辐射散热Er。

图1 钢包传热模型示意图Figure 1 Schematic diagram of ladle heat transfer model

于是，总散热量E有：

E=ΣEc+ΣEr=Ec1+Ec2+Ec3+Er1+Er2+Er3+Er4

(1)

2 钢包传热模型的求解

2.1 对流传热计算

由于钢包在吊运过程中速度很慢，所以可以认为是和空气自然对流散热。根据牛顿冷却公式，对流散热的热流密度如下所示：

qc=λ(Tb-Te)

(2)

式中，qc为对流散热的热流密度；λ为换热系数；Tb、Te分别为包壁和环境温度。

其中，换热系数λ为未知，又根据努塞尔Nu准数关系：