注温有限元模型

以中国一重所使用的96 t 钢锭及其附具为研究对象，建立几何模型并划分网格。

注温初始条件

由于钢锭体积大，计算周期长，为了节省计算时间，科研人员在计算过程中或者忽略钢锭内部的流动，或者直接计算流动，耗费较长的时间。经研究分析，增大钢液的导热系数可以近似钢液内部流动对传热的影响，大大提高工作效率。对于大型钢锭来说， 钢锭的充型时间和完全凝固时间相比要小得多，因此，钢液的初始温度可简化为钢液的浇注温度。其余模型的初始温度均为20℃。

注温边界条件

在大型钢锭的模拟计算中，直接将钢液顶部视为绝热情况， 本计算并未直接在钢锭顶部添加发热剂， 而是设置合理的热流密度和换热系数来取代发热剂的作用。

钢锭与金属钢锭模之间的界面换热系数随温度变化，其他界面换热系数均设为500 W/(m2·K)。

注温材料物性参数

材料物性参数主要包括钢锭、钢锭模、保温砖的密度、热导率、焓、液相线温度和固相线温度。其中，钢锭的物性参数是根据钢液的合金成分计算得出的； 保温砖的物性参数是通过实验测量得出的。所有物性参数均为随温度变化的曲线，提高计算的可信度 。

钢锭质量的好坏直接关系到钢锭的性能和出品率，影响钢锭质量的因素较多，包括钢锭模的尺寸设计、保温材料的合理使用和浇注工艺的选择优化等。其中，钢液的浇注温度是最为重要的因素之一。浇注温度过高时，虽然有利于夹渣的上浮，得到洁净度较高的钢锭，但同时，钢锭也会存在以下缺陷：铸造组织粗大，产生缩孔、缩松等缺陷，就企业方面来说， 还会增加能源消耗和延长生产周期；浇注温度过低时，钢液的粘度高，流动性差，易产生冷隔，导致补缩通道受阻，易产生缩松缺陷，且不利于夹渣的上浮，降低钢锭的洁净度。因此，选择合理的浇注温度具有重要的实际意义。

近年来，采用数值模拟方法研究钢锭凝固过程的文献有很多，涉及到浇注温度的文献较少，且研究不够深入全面。在不同浇注温度下，对96T-70Cr3MO大型钢锭凝固过程进行了数值模拟计算，分析浇注温度对凝固过程中的温度场、缩孔缩松、夹杂物上浮的影响，为大型钢锭浇注温度的选定提供参考支持 。

注温浇注温度对凝固顺序和时间的影响

不同浇注温度下， 钢锭的凝固顺序均是由钢锭底部逐渐向钢锭顶部移动的，随着时间的推移，底盘的冷却作用逐渐变小，侧模的冷却作用逐渐增强，导致凝固前沿呈狭长的V字形。当浇注温度较低时，钢锭凝固较快，冒口区的保温砖来不及发挥保温作用，致使凝固前沿的形状细长，在凝固后期尤为明显，容易形成树枝状晶体组织，钢液难以补缩。提高浇注温度，V 形凝固前沿变宽变短，更有利于钢液的补缩。

钢锭的完全凝固时间随着浇注温度的升高而延长，浇注温度较低时，完全凝固时间受浇注温度的影响较大，浇注温度提升20 ℃，完全凝固时间延长约3 h。继续增大浇注温度，完全凝固时间的增幅逐渐缩小。钢锭最后凝固部位位于冒口中部，当浇注温度为1480 ℃时，温度较低，接近液相线温度(1476 ℃)，保温砖对钢液的保温作用十分有限，钢液完全凝固所需时间较短；将浇注温度增大至1500 ℃时，保温砖的保温效果发挥作用，致使完全凝固时间增大，且发生较大的增幅；继续增大浇注温度，保温砖发挥稳定的保温作用，因此，完全凝固时间增幅变小。

注温浇注温度对缩孔疏松和内部缺陷的影响

随着浇注温度的升高，二次缩孔有增大的趋势，且深度增加，但均处于冒口内部，主要是由于浇注温度升高， 钢锭体积收缩量增大造成的。疏松区域随着浇注温度的升高而减小， 疏松底部与冒口之间的距离亦减小。浇注温度较低时，一方面，钢液来不及补缩就发生凝固， 温度梯度较小； 另一方面，凝固前沿呈细长的V 字形，易产生树枝状晶体组织，阻碍钢液的补缩，故产生的疏松较多，与冒口之间的距离更大。

注温浇注温度对夹杂物上浮时间的影响

将夹杂物上浮时间定义为浇注开始到凝固开始之间的时间。用此假设夹杂物能够自由上浮。浇注温度升高，夹杂物的可上浮时间更长。需要指出的是， 夹杂物可上浮时间与浇注温度之间的关系同完全凝固时间类似，增幅由大变小。

另外，在钢锭的轴心(轴向)、水口端(径向)、锭身中部(径向)以及冒口端(径向)4 个部位，分别查看夹杂物可上浮时间的变化情况，可以看出，夹渣可上浮时间均随着浇注温度的升高而升高， 变化幅度逐渐减小，考虑实际生产成本，可以选择1 550℃作为浇注温度。

而在钢锭与冒口接触部位，浇注温度为1480 ℃的夹渣上浮时间远远低于其他浇注温度，原因分析：在钢锭中下部，底盘和钢锭模是主要的冷却介质，冷却能力较强， 所以浇注温度的变化对夹渣可上浮时间的影响相对要小；而钢锭靠近冒口处的钢液，冷却介质主要是冒口， 冒口的导热系数要远远低于金属模，此时，浇注温度对凝固时间的影响较大。因此会出现浇注温度在1480℃时，夹杂物可上浮时间随钢锭高度几乎没有变化的现象 。

（1） 提高浇注温度，钢锭完全凝固时间与夹杂可上浮时间均提高，且增长幅度由大变小，综合两方面考虑，不宜设置过低或过高的浇注温度；

（2） 提高浇注温度，对钢锭内部缩孔缩松的影响不明显；

综上所述，选择浇注温度的原则：缩短完全凝固时间；延长夹杂可上浮时间；减少二次缩孔及疏松。因此根据计算对于96T-70Cr3Mo 大型钢锭的浇注温度建议选择1550℃左右 。

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注砂井指用贮存充填材料的砂仓和进行水砂混合的注砂室组成的充填设施。注砂井是水砂填充工作中的重要设备，它的位置，容积和类型都直接影响填充工作的好坏。

中文名称

注砂井

英文名称

storagemixed bin;sandfilling chamber

定　　义

用贮存充填材料的砂仓和进行水砂混合的注砂室组成的充填设施。

应用学科

煤炭科技（一级学科），煤矿开采（二级学科），采煤方法（三级学科）