鑄鐵連鑄生產的凝固過程，鑄鐵在凝固過程中需要經歷什么

　　這里以兩種不同直徑的型材為例分別分析其具體生產條件下的連鑄凝固過程。7.10.1直徑130mm型材的凝固過程

　　當直徑30mm型材在表7-6所列工藝參數下進行連鑄生產時，其凝固過程的模擬結果如圖7-18所示。

　　圖7-18中，t代表拉拔時間(從開始拉拔的時刻起所經歷的時間)，p代表拉拔的周期數，s代表拉拔的距離(型材從開始拉拔的時刻起移動的距離)，T0代表鐵液澆入保溫爐的溫度，v代表拉拔速度(型材移動速度)，H.t代表結晶器出口處型材的凝固層厚度，L.t代表液芯離開結晶器出口處的距離(液芯最遠端離結晶器出口處的距離)，L.i代表從結晶器入口處到開始出現凝固層處的距離。

　　模擬結果包括了從初拉階段到穩定生產階段的全部過程。

　　圖7-18a～i顯示了直徑30mm型材連鑄的初拉階段。圖中中間有一條線的黑色方框表示引錠頭所在位置，引錠頭右邊的灰色部分代表引錠桿，引錠頭左邊的部分是正在凝固的型材，其中，灰色部位是已經凝固的部分，褐色部位是共晶凝固的部分，黃色部位是初晶凝固的部分，紅色部位是溫度在液相線以上的金屬液。

　　圖7-18a~i可視化地反映了自開始拉拔到進入穩定生產階段型材凝固區域的形成、發展、變化過程。其中，由圖7-18d、e可見，在第2個拉拔周期到第3個拉拔周期之間，引錠頭移出結晶器(也即凝固的型材開始從結晶器出來)，此刻，結晶器出口處，完全凝固的型材厚度最薄時為H.t=0.525cm，型材內部是液芯，液芯離開結晶器出口處的距離L.t=8cm，從結晶器入口處到開始出現凝固層處的距離L.i=10cm。這三個數據是否在合適范圍內對于保證型材不發生拉漏、拉斷事故十分重要，其中，以H.t的影響尤為重要。

　　圖7-18j顯示了直徑30mm型材連鑄進入了穩定生產階段。進入穩定生產階段后，每一個拉拔周期內型材凝固區域的發展、變化，完全重復著上一個拉拔周期的過程。在圖7-18j中，紅色部位是已經凝固的型材，粉色部位是共晶凝固的部分，淺綠色部位是初晶凝固的部分，黃色部位是溫度在液相線以上的金屬液。從圖7-18j中，不僅能夠看到型材連鑄進入穩定生產階段后的凝固區域特征，而且能夠看到結晶器出口處完全凝固的型材厚度H.t、型材液芯離開結晶器出口處的距離L.t以及從結晶器入口處到開始出現凝固層處的距離L.i等重要參數。另外，由于鑄鐵水平連鑄的拉拔過程是“一拉一停”的周期性過程，型材在停的過程中的散熱強度高于拉的過程，致使型材在軸向的溫度分布與拉-停節奏對應起伏，型材的液芯呈錐形竹節狀，這種現象在小直徑型材拉拔速度較快的情況下尤為突出。這里模擬的結果也正好顯示了這一現象：如圖7-18j所示，液芯最遠端尚有未凝固的部分，但此處之前已有溫度較低的部位已完全凝固，“卡死了”補縮通道，在這種情況下，如果再與型材成分對凝固收縮量的影響相疊加，則可能會使型材出現“軸線縮松”。這樣的模擬結果也表明所采用的工藝參數，對于保證型材質量來說，并非最佳(若適當降低拉拔速度，則可使上述凝固區域的形狀得到明顯改觀，從而可有效地降低型材出現“軸線縮松”的可能性)。

　　7.10.2 直徑52mm型材的凝固過程

　　當直徑52mm型材在表7-7所列工藝參數下進行連鑄生產時，其凝固過程的模擬結果如圖7-19所示。

　　圖7-19中各符號的意義與圖7-18相同。圖7-19a～i顯示了直徑52mm型材連鑄的初拉階段，圖7-19j顯示了直徑52mm型材連鑄進入了穩定生產階段。圖7-19a～i以及圖7-19j中各部位的色彩意義同于圖7-18a～i以及圖7-18j。

　　直徑52mm型材及其連鑄過程，也是在建立模擬方法中確定型材與石墨套的界面換熱系數的數值模擬等內容時所依據的對象，這里的模擬結果反過來也形象也顯示了直徑52mm型材在相應工藝參數下自開始拉拔到進入穩定生產階段型材凝固區域的形成、發展、變化過程。

　　圖7-19a～i顯示了直徑52mm型材連鑄的初拉階段。其中，由圖7-19e可見，從開始拉拔，在經歷了7個拉拔周期后，引錠頭移出結晶器(也即凝固的型材開始從結晶器出來)，此刻，結晶器出口處，型材已完全凝固H.t=2.6cm。由圖7-19j可見，經歷了30個拉拔周期后，直徑52mm型材連鑄進入了穩定生產階段。此時，連鑄的拉拔過程已經歷了將近3min(即圖中的t=162.5506s)，拉出的型材長度超過1.17m(即圖中的s=117.8049cm)。

　　與直徑為30mm的型材連鑄過程相比較，在各自的工藝參數下，直徑52mm型材初拉階段的時間明顯長于直徑30mm型材(直徑52mm型材約為3min;直徑30mm型材約為1min，即圖7-18j中t=63.07143s);每個拉拔周期，直徑52mm型材移動接近4cm(即圖7-19中2.47×1.59cm=3.9273cm)，而直徑30mm型材移動大于11cm(即圖7-18中7×1.59cm=11.13cm);凝固進入穩定生產階段之前，直徑52mm型材與直徑30mm型材拉出的型材長度差異不大(直徑52mm的型材約為1.17m;直徑30mm型材約為1.22m，即圖7-18j中s=122.4154cm);直徑52mm型材的凝固區域形貌始終是一種“喇叭”形狀，喇叭口朝向保溫爐，在此情形下，補縮通道暢通，無形成縮松之憂。

　　利用計算機模擬技術對型材凝固過程進行數值模擬，不僅可以分析現有型材生產工藝的合理性，而且，對于新型號型材的試制，可以代替現場試驗，使選擇合理的工藝參數的工作建立在更為科學的基礎上。由此，為保證型材質量、生產穩定性以及提高生產率等提供了有效的手段。另外，它也是鑄鐵型材水平連鑄技術由機械化走向自動化的基礎。