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首页电渣重熔结晶器复杂传热模型研究与温度分布分析
本文主要探讨了电渣重熔结晶器内的复杂传热过程,这种过程涉及到钢锭(渣池)、渣皮、气隙、铜壁以及冷却水之间的交互作用。作者针对这些特性,将结晶器内的传热现象划分为五种模式,分别是:钢锭与渣池之间的直接接触传热、渣皮与钢锭的热交换、气隙内的传热、铜壁的导热以及冷却水对整个系统的冷却效应。他们依据钢锭和渣皮的热膨胀或收缩性,以及炉渣和气隙在空间中的分布特点,确定了各模式之间的转换边界。 研究者运用结晶器轴向温度梯度最大的原则来构建统一的数学模型,这个模型综合考虑了所有传热方式,旨在精确模拟钢锭、渣皮、气隙、铜壁和冷却水之间的复合传热行为。他们利用电渣重熔结晶器的多点连续测温系统,将实际测量到的温度数据作为模型的边界条件,通过计算得出各个界面的温度分布以及热流量随径向的变化情况。这种方法有助于深入理解这种复杂体系中不同传热模式对温度分布的影响。 该论文是基于国家自然科学基金项目(50934008)的研究成果,由刘鹏、李宝宽和吴文远三位学者共同完成,其中刘鹏为东北大学材料与冶金学院的博士研究生,李宝宽和吴文远均为东北大学的教授和博士生导师。研究发表在2013年7月的《东北大学学报(自然科学版)》上,被赋予了中图分类号TF777和文献标志码A,文章编号为1005-3026(2013)07-0985-05。 通过这篇论文,读者可以了解到电渣重熔工艺中结晶器复合传热模型的理论基础、实施方法以及对实际生产过程中的温度控制和优化策略的重要指导意义。这对于提升电渣重熔过程的能效、产品质量和工艺控制具有重要的理论价值和实践意义。
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书书书
收稿日期:2012 - 08 - 04
基金项目:国家自然科学基金资助项目(50934008).
作者简介:刘 鹏(1986 - ),男,辽宁营口人,东北大学博士研究生;李宝宽(1963 - ),男,辽宁辽阳人,东北大学教授,博士生导
师;吴文远(1951 - ),男,黑龙江哈尔滨人,东北大学教授,博士生导师.
第3 4 卷 第7 期
2 0 1 3 年 7 月
东 北 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 )
Journal of Northeastern University(Natural Science)
Vo l. 34,No. 7
Jul. 2 0 1 3
电渣重熔结晶器复合传热模型
刘 鹏,李宝宽,吴文远
(东北大学 材料与冶金学院,辽宁 沈阳 110819)
摘 要:针对电渣重熔结晶器内钢锭( 渣池)/ 渣皮 / 气隙 / 铜壁 / 冷却水体系中的复杂传热过程,根据钢
锭和渣皮的热缩性、炉渣和气隙的分布等将结晶器传热现象分为
5 种模式,基于结晶器轴向温度梯度最大原
则划定各传热模式间的界限. 综合 5 种传热模式的传热方式建立关于钢锭(渣池)/ 渣皮 / 气隙 / 铜壁 / 冷却水
界面间复合传热过程的统一数学模型. 利用电渣重熔结晶器多点连续测温系统,将测得的温度值作为边界条
件,得出电渣重熔系统中钢锭(渣池)
/ 渣皮 / 气隙 / 铜壁 / 冷却水界面的温度和沿径向传递的热流量. 利用计算
的结果分析该复杂传热体系中 5 种传热模式径向温度变化的规律.
关 键 词:电渣重熔;热电偶测温;结晶器壁;复合传热;传热模型
中图分类号:TF 777 文献标志码:A 文章编号:1005 - 3026(2013)07 - 0985 - 05
Complex Heat Transfer Model in an Electroslag Remelting Mold
LIU Peng,LI Bao-kuan,WU Wen-yuan
(School of Materials & Metallurgy,Northeastern University,Shenyang 110819,China. Corresponding author:LI
Bao-kuan
,E-mail:libk@ smm. neu. edu. cn)
Abstract:In the view of the complex heat transfer procedure in the ingot(slag pool)/ slag crust/
air gap / mold wall / cooling water in an electroslag remelting crystallizer
,the heat transfer of the
crystallizer was defined 5 modes according to the thermal shrinkage of ingots and slag crust,the
distribution of gap and slag,etc . The boundaries of the modes were divided based on the
maximum axial temperature gradient. The integral mathematical model of the complex heat
transfer procedure of the ingot
(slag pool)/ slag crust / air gap / mold wall / cooling water interface
was established through integrated utilization of these five heat transfer modes. At the same time,
the multi-point continuous temperature measuring system was also developed. The measured
temperature values were used as the boundary conditions,thus the temperature distribution of the
ingot(slag pool)/ slag crust / air gap / mold wall / cooling water interface and heat fluxes along the
radial direction were solved. The regular pattern of the redial temperature variation in five heat
transfer modes of this complex heat transfer system was analyzed by the simulation.
Key words:electroslag remelting(ESR);thermocouple measurement;mold wall;complex heat
transfer;heat transfer model
电渣重熔工艺操作的关键是控制重熔过程的
温度,而温度控制的最重要环节则是结晶器壁的
传热特性
. 电渣重熔结晶器内凝固钢锭与结晶器
的传热行为受多种因素影响,其中包括液态渣凝
固所产生的结晶器壁 / 渣皮界面间热阻、渣料的状
态和厚度的分布及其传热特性、渣皮和钢锭坯壳
凝固收缩所引起的渣皮与结晶器壁间气隙分布、
结晶器冷却制度等
.
目前,对电渣重熔结晶器内钢锭凝固传热过
程研究主要采用数值模拟方法,例如
Jardy 等
[1]
通过对流体流动方程和换热方程的耦合来求解渣
池和金属熔池内温度场,但该数学模型仍然使用
简化的边壁传热条件
. Hernandez - Morales 等
[2]
阐述了非稳态传热模型的两种求解方法:
①
利用
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