D0I:10.13374/i.issn1001-053x.1998.06.010 第20卷第6期 北京科技大学学报 Vol.20 No.6 1998年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.1998 连续定向凝固中临界牵引速度及其相关因素 常国威)王自东)胡汉起)张虎2)王静松) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 2)北京市理化测试中心3)北京科技大学冶金学院 摘要通过对连续定向凝固过程的传热理论分析，建立了临界牵引速度与其相关因素之间的关 系式.当喷水位置到固液界面距离L≤10mm时，纯A!和A-1%Cu合金计算结果与实验数据基本 吻合.由此而确定的各种参数之间能够达到很好的相互匹配，可确保连续定向凝固的稳定进 行.还通过分析各种因素对临界牵引速度的影响，提出了提高临界牵引速度的途径， 关键词定向凝固；连续铸造；牵引速度 分类号TG249.7TG244.3 在现有的连续定向凝固的方法中~)，下拉式所获得的固体金属或合金的质量最好，但 是，这种方法存在着牵引速度与其相关因素不易匹配而易出现拉漏等现象).至今还没有可 以用来预测相关因素对牵引速度影响的关系式，为此寻找牵引速度与其相关因素之间的关 系，是稳定地进行连续定向凝固的关键问题之一，本文从理论上推导临界牵引速度（出现拉漏 时的牵引速度)与其相关因素之间的关系，并将其与实验结果相比较. 1 理论推导 连续定向凝固过程的原理如图1所示.假设： (1)固相的断面是半径为，的圆；(2)径向上的 金属熔体 温度梯度很小，可以忽略不计；（③）系统向环境的传 热靠I区的喷水强制冷却铸锭来进行；(4)铸型人 0 口处熔体的温度T,保持不变；(5)在Ⅱ，Ⅲ区内体 铸型内熔体 系与环境无热量传递；(6)达到稳定时凝固速度与 牵引速度相等，将此牵引速度即定义为不出现拉 漏的临界牵引速度， 铸绽 坐标选在固液界面上，取微元体πr2dx,并令 微元体与固液界面的距离不变，则移动微元体的 热平衡方程为： 传导的热变化+边界移动的热变化+损失于 环境的热变化=0 (1)图1连续定向凝因过程原理图：I喷水强制 1.1系统的温度分布 冷却段；Ⅱ过渡区；Ⅲ铸型内熔体 (1)喷水强制冷却段(I区)的温度分布. 1997-12-15收稿 常国威男，38岁，副教授，博士生第 2 0卷 第 6期 1 9 9 8年 1 2月 北 京 科 技 大 学 学 报 OJ u r n a l o f U n i v e r s i ty o f 阮 i e n e e a n d T e e h n o l o g y B e ij i n g V o l . 2 0 N o . 6 Ik C . 19 8 连续定 向凝 固 中临界牵引速度及其相关 因素 常 国威 )l 王 自东 ` ) 胡 汉起 )l 张 虎 2) 王静松 3) 1)北京科技大学材料科学与 工 程学院 , 北 京 10 0 0 8 3 2 )北京市理化测试中心 3) 北京科技大学冶金学院 摘 要 通过对 连续定 向凝 固过程的传热理论 分析 , 建立 了临界 牵引速度 与其 相关 因素之间 的关 系式 . 当喷水位置到 固液界 面距离 L ` 10 m m 时 , 纯 lA 和 月 一 l % C u 合金计算 结果 与实验数据基本 吻合 . 由此而 确定 的各种 参数 之 间能 够达 到很 好 的相 互 匹 配 , 可 确保 连 续定 向凝 固 的稳 定进 行 . 还通过分 析各种 因 素对临界牵引速度的影响 , 提 出了提高 临界 牵引速度 的途径 . 关键词 定向凝固 ; 连续铸造 ; 牵引速度 分类号 T 2G 4 9 . 7 T 2G 4 4 . 3 在 现有 的连 续 定 向凝 固的 方法 中〔 , 一 4] , 下 拉式 所 获 得 的 固体金 属 或合 金 的 质量 最 好 , 但 是 , 这 种方 法 存在着 牵引 速度 与其相 关 因素 不易 匹 配而 易 出 现拉 漏 等 现象 3[] . 至今 还没 有 可 以 用来预测 相 关 因 素对牵 引 速 度影 响 的关 系式 . 为 此 寻 找牵引 速 度 与其相 关 因素 之 间 的关 系 , 是 稳定 地进行连 续定 向凝 固 的关 , 键问题之一 本文从理论上 推 导临界 牵引 速度( 出现拉漏 时的牵 引速度 ) 与其相 关 因素之间 的 关系 , 并 将其 与 实验结 果相 比较 . 1 理论推导 连续 定 向凝固过程 的原 理如 图 1 所示 . 假设 : (l ) 固相 的 断面 是半径 为 ; 的圆 ; ( 2) 径 向上 的 温 度梯 度很 小 , 可 以 忽略不 计 ; ( 3) 系统 向环境 的传 热靠 I 区 的 喷水 强 制冷 却 铸 锭来 进 行 ; (4) 铸型 人 口 处熔 体的温 度 几保持不 变 ; (5) 在 1 , 1 区 内体 系 与环 境 无 热量 传 递 ; ( 6) 达 到 稳定 时凝 固速度 与 牵引 速 度相 等 , 将此牵 引速 度 即定义 为 不 出现 拉 漏 的临 界牵 引速度 . 坐 标 选在 固液界 面 上 , 取微 元体 兀 r Z d x , 并令 微 元 体与 固 液 界 面 的 距 离不 变 , 则移 动微 元 体的 热平 衡 方程 为:s[] 传 导 的热变 化 + 边 界 移动 的热变 化+ 损失 于 环境 的热变 化 = 0 ( l) 图 1 1 . 1 系统的温 度分布 ( l) 喷水强 制冷却段 ( 工区 )的温度分 布 . 百 尸 / / 兀 目 R } 闷 曰 / , ; I 饭 {嘴 匕之尸 r 二 辛 金属熔体 铸型 内熔体 铸绽 连续定 向凝 因过程原 理图 : 工喷水强制 冷却段 ; n 过渡 区 ; 1 铸型 内熔体 19 9 7 一 12 一 巧 收稿 常国威 男 , 38 岁 , 副教授 , 博士 生 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1998. 06. 010