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INSURAL绝缘材料、流槽设计、使用TEMPCAL热模型 发表于第二次国际研讨会，关于铝熔化过程工艺，1998年10月1-2日在都柏林。 摘要 在过去18个月，已经开发了一个预测流槽温度的模型。 本文描述了影响流槽温度的因素，主要参考于这个模型流槽。使用模型来优化流槽设计也正在讨论中。 本文的描述是通过比较实践经验和预测结果而得出的。 介绍 在过去的十年，铸造已经被现代化了。大型的铸造工作台开始运用，从保温炉到铸井的距离也在加长，并且要金属的质量更高，设备维护成本更低。 所有的这些变化都可以受益于一个正确的流槽设计。 现在，像INSURAL这样的低密度流槽材料可以提供很好的绝缘性能，再加上正确的流槽轮廓设计，可以尽可能地降低温度的损失。 减少保温温度将有益于金属质量和维护成本，或者可以使用一个更大的铸造平台，或者有一个更高的温度安全裕度。 不幸的是，新流槽和安装平台的性能都是不可预测的。随着资本支出压力的增加，在重大项目中节约成本和提高质量变得很必要。基本以上因素，Foseco开始了一个计划，去模拟影响流槽性能的因素。 影响流槽设计的因素 用途 第一个设计因素是，流槽是铸造流槽还是转运流槽。转运流槽优先考虑的是快速转运液体金属。铸造流槽优先考虑的是最小化热损失且不引起液体动荡。 材料选择 根据流槽用途，选择正确的材料。 耐火材料密度更大，会有更好的耐磨性，但是，绝缘性能低于低密度材料。这就意味着，对于转运流槽来说，有大的热冲击且金属流动速度快，就需要用高密度的材料；对于铸造流槽，优先考虑的是最小化的热损失，那么绝缘性能更好的低密度材料就很必需。 流槽尺寸 对于金属流动要求，流槽的尺寸必须是正确的。下面的公式显示的是金属流速、流槽尺寸和金属流量的关系。 A=Mf v dal 6X10-5 V=Mf A dal 6X10-5 A是流槽横截面积（cm2），M金属流量（kg/min），f（0.7）流槽安全系数，v流速（cm/s），dal铝液密度（kg/m3）。 为了减少热损失，金属流速必须保持尽可能的高，而且不会引起动荡。大的流槽可以达到更高的流速。表格Ⅰ显示的三个不同尺寸流槽的金属流量。 流槽尺寸 横截面积f A（cm2） 金属流速v（cm/s） 小 ＜100 8-15 s中 100-200 15-20 大 ＞200 18-25 流槽轮廓 最后一步是决定流槽的轮廓。不同形状的可用流槽都有各自的优势和劣势。表格Ⅱ显示的是一些可用流槽轮廓和适当的性能。 表格Ⅱ 流槽轮廓性能对比 轮廓 用途 热损失 易于清洗 流速变化 （顶到底） 小型铸造流槽 一般 一般 差 铸造流槽 （底部弯曲） 极好 极好 好 铸造流槽 （底部平坦） 极好 一般 好 铸造流槽 好 好 极好 转运流槽 或铸造流槽 一般 极好 好 模型描述 在公文1-2-3就提到过模型。所有的计算都是基于一个数字解决方案，一维的普通热流量方程式。 δ2θδx2=1α δθδt θ表示温度，t时间，α热扩散率。这个方案采用的是通过流槽和铸造链的侧墙和底部来计算热流量。用的时间间隔是在负2秒（金属流出之前）到2小时之间。 采用的解决方案计算热流通过墙壁和基地的槽和铸造链 图1显示的是一个典型的流槽系统原理图。钢构里面有两层绝缘材料。1层耐火材料模拟4个计算元素，总共8个元素。热流进入热的一面，从冷的一面出来，是10秒钟。如果热的一面提前预热到了一个更高的温度，那么刚开始耐火材料加热金属。 图1： 除了模型热损失是通过耐火材料，也计算了辐射热损失，用Stefan法则： dQdt=σ (T4-T04) Q热量，T表面温度，T0外界温度。 用类似证明功率的法则模拟对流热损失。 流槽的尺寸输入到模型中。图2显示描述流槽尺寸的关键术语。 图2： 图3所示，信息输入到模型中。7条尺寸信息足够决定任何轮廓的流槽。 除了流槽尺寸之外，主流槽和支撑绝缘体的耐火材料取自于耐火材料的数据库。相关的物理性质的材料都存储在这个数据库,并自动转移到输入表单来简化数据输入。 图3：流槽尺寸和耐火材料类型数据输入 铸造流槽 单位 分支之前长度 33650 mm 通道类型（1或2） 1 圆角半径 150 mm 平坦截面宽度 80 mm 墙体角度 0 度 液面深度 100 mm 流槽高度 150 mm 热的一面耐火材料厚度（墙体） 60 mm 热的一面耐火材料厚度（底部） 60 mm 热的一面耐火材料类型 INSURAL 140 热的一面耐火材料导热系数 0.48 W/mK 热的一面耐火材料密度 1400 Kg/cu.m 保温厚度 100 mm 保温类型 DURABOARD LD 保温导热系数 0.1 W/mK 保温密度 260 Kg/cu.m 通道覆盖？（1是2不是） 0 预热条件 一般的初始热的一面温度 35