·14. 工程科学学报，第41卷，第1期 通道1为800℃ 通道2为1499℃ 通道1为800℃ 通道2为1500℃ 结晶边界 开始结晶 0.5.mm.t (a) (b) 通道1为801℃ 通道2为1500℃ 通道1为800℃ 通道2为1501℃ 玻璃/晶体界面 晶体液相界面 0.5 mm 0.5mm 玻璃 品体 液相 玻璃 晶体 液相 图3双丝法模拟的渣膜形成过程，其中通道1和2分别为模拟结品器侧固渣温度和坯壳侧液渣温度条件.(a)10s:(b)50s:()300s: (d)301so Fig.3 Formation process of slag film simulated by DHTT,where Channel I and 2 simulate the temperature condition of solidified slag film near the mold wall and liquid slag near the shell,respectively:(a)10 s;(b)50s;(c)300s;(d)301 s[o] 度(m),L为结晶层的长度(m).可以将结晶层与 算的边界条件，将数值计算得到的温度分布与结品 玻璃层之和与渣膜总长度的比值定义为凝固分数： 动力学相结合可以推测出固态渣膜的形成过程.计 L2+L3 算结果表明)]，液渣凝固过程中的冷却速度是随时 F,=- (1) L 间变化的.凝固初期，液渣冷却速度随时间逐渐增 式中，F表示凝固分数.而结晶层长度与固渣层长 加，最大值超过50℃·s1.凝固后期液渣冷却速度 度（结晶层与玻璃层长度之和）的比值可以定义为 小于1℃·s-'.结合单丝法(single hot thermocouple 结晶分数： technique)测得的不同冷却制度下的开始结晶温度 F.-2+ (2) 以及不同温度下的孕育时间就可以判断出渣膜不同 位置处是否有品体析出 式中，F表示结晶分数.渣膜的凝固分数可用于反 映渣膜对坯壳的润滑效果，凝固分数越大，液渣层的 13 厚度越薄，润滑效果也就越差[1o] 4 为了研究渣膜形成过程中的传热行为，Wen等 利用浸入式水冷铜探头对液渣进行冷却-]，通过 进出水温差计算热流密度.实验设备如图4所示. 这种方法获得的固态渣膜的微观组织结构与工业现 1一流量计：2一水泵：3一定位杯 4一冷却水管：5热电偶：6一铜 场获得的渣膜的微观组织结构是相似的.在扫描电 探头：7升降装置：8一热电偶： 9一A山，0，底座：10一石墨坩埚： 镜下可以观察到渣膜不同位置处晶体尺寸及分布情 11一加热元件：12一刚玉炉管： 13控制柜：14一计算机 况是不相同的.靠近铜探头一侧晶体密集，且尺寸 图4浸入式水冷铜探头法示意图 较小，而靠近液渣一侧的晶体以树枝状和块状为主， Fig.4 Schematic of the experimental apparatus for copper-finger dig 如图5所示.与双丝法相比，水冷铜探头法更偏向 test 于液渣凝固过程的模拟，测试过程中不能观察到渣 膜的形成过程，但测得的热流密度可以作为传热计 双丝法和水冷铜探头法的测试过程中，渣膜的工程科学学报,第 41 卷,第 1 期 图 3 双丝法模拟的渣膜形成过程, 其中通道 1 和 2 分别为模拟结晶器侧固渣温度和坯壳侧液渣温度条件 郾 (a) 10 s;(b) 50 s;(c) 300 s; (d) 301 s [10] Fig. 3 Formation process of slag film simulated by DHTT, where Channel 1 and 2 simulate the temperature condition of solidified slag film near the mold wall and liquid slag near the shell, respectively: (a) 10 s; (b) 50 s; (c) 300 s; (d) 301 s [10] 度(m),L3为结晶层的长度(m). 可以将结晶层与 玻璃层之和与渣膜总长度的比值定义为凝固分数: Fs = L2 + L3 L1 (1) 式中,Fs表示凝固分数. 而结晶层长度与固渣层长 度(结晶层与玻璃层长度之和)的比值可以定义为 结晶分数: Fc = L3 L2 + L3 (2) 式中,Fc表示结晶分数. 渣膜的凝固分数可用于反 映渣膜对坯壳的润滑效果,凝固分数越大,液渣层的 厚度越薄,润滑效果也就越差[10] . 为了研究渣膜形成过程中的传热行为,Wen 等 利用浸入式水冷铜探头对液渣进行冷却[11鄄鄄12] ,通过 进出水温差计算热流密度. 实验设备如图 4 所示. 这种方法获得的固态渣膜的微观组织结构与工业现 场获得的渣膜的微观组织结构是相似的. 在扫描电 镜下可以观察到渣膜不同位置处晶体尺寸及分布情 况是不相同的. 靠近铜探头一侧晶体密集,且尺寸 较小,而靠近液渣一侧的晶体以树枝状和块状为主, 如图 5 所示. 与双丝法相比,水冷铜探头法更偏向 于液渣凝固过程的模拟,测试过程中不能观察到渣 膜的形成过程,但测得的热流密度可以作为传热计 算的边界条件,将数值计算得到的温度分布与结晶 动力学相结合可以推测出固态渣膜的形成过程. 计 算结果表明[13] ,液渣凝固过程中的冷却速度是随时 间变化的. 凝固初期,液渣冷却速度随时间逐渐增 加,最大值超过 50 益·s - 1 . 凝固后期液渣冷却速度 小于 1 益·s - 1 . 结合单丝法(single hot thermocouple technique)测得的不同冷却制度下的开始结晶温度 以及不同温度下的孕育时间就可以判断出渣膜不同 位置处是否有晶体析出. 图 4 浸入式水冷铜探头法示意图 Fig. 4 Schematic of the experimental apparatus for copper鄄finger dig test 双丝法和水冷铜探头法的测试过程中,渣膜的 ·14·