CN111855739A - 加压凝固过程铸锭和铸型界面换热系数的确定方法及系统 - Google Patents

加压凝固过程铸锭和铸型界面换热系数的确定方法及系统 Download PDF

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CN111855739A CN202010945671.0A CN202010945671A CN111855739A CN 111855739 A CN111855739 A CN 111855739A CN 202010945671 A CN202010945671 A CN 202010945671A CN 111855739 A CN111855739 A CN 111855739A
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Abstract

本发明涉及一种加压凝固过程铸锭和铸型界面换热系数的确定方法及系统。所述方法包括获取加压凝固过程铸型的温度数据、铸锭的温度数据、铸锭表面位移和铸型内壁位移；根据所述铸型的温度数据以及铸锭的温度数据确定铸锭表面温度、铸型内表面温度以及界面总换热系数；根据所述铸锭表面温度、铸型内表面温度以及所述界面总换热系数确定所述铸型和铸锭间气隙的平均尺寸；根据所述铸锭表面位移和所述铸型内壁位移确定所述铸型和铸锭间固相收缩引起的气隙尺寸；进而再分别确定各传热系数的占比。本发明能够准确可靠地同时测量加压凝固过程中铸锭和铸型位移和温度的变化，从而探讨不同压力下铸锭和铸型界面传热方式的差异。

Description

加压凝固过程铸锭和铸型界面换热系数的确定方法及系统
技术领域
本发明涉及钢铁冶金领域，特别是涉及一种加压凝固过程铸锭和铸型界面换热系数的确定方法及系统。
背景技术
作为具有巨大发展前景的钢铁冶金技术，加压冶金已经逐步实现了工业化生产，在高氮钢制备方面，其优越性尤为突出，如加压感应炉、加压电渣炉等；压力作为加压冶金的关键工艺参数之一，通过改变凝固动力学和热力学行为，对铸锭凝固过程产生十分重要的影响。如：改变凝固模式、增加气体或易挥发元素的溶解度、影响形核驱动力、改变扩散系数、加快凝固速率、细化凝固组织、抑制气孔以及疏松等；研究表明，仅仅数兆帕的压力就能十分显著地加快铸锭和铸型界面传热，加速铸锭凝固，很大程度上影响着整个凝固过程，然而加压影响铸锭和铸型界面传热的机理尚不明确，因此亟需一种准确可靠的加压影响铸锭和铸型界面传热方式的分析方法，用于进一步阐明加压在加速凝固强化冷却方面的影响机理。
目前，对于铸锭和铸型界面传热的分析方法主要分为两种：(1)通过测量凝固过程中铸锭或者铸型温度变化曲线，以此为输入量，利用传热原理，反算出界面换热系数，如专利CN102507636A公开了一种测定钢的快速冷却过程界面换热系数的方法，专利CN201520869372.2公开一种加压条件界面换热系数的测量方法等，此种方法反算出的界面换热系数为铸锭和铸型界面总换热系数，能够较准确地定量表征加压强化冷却程度，但无法分析界面传导传热、辐射传热等传热方式在界面传热中的贡献以及各自占总换热系数的比例关系，难以阐明加压强化冷却机理；(2)通过测量铸型和铸锭界面气隙尺寸的变化，根据界面传热机理，获得界面换热系数，如专利CN104001876公开了在线测量钢锭与钢锭模的气隙宽度和界面换热系数的方法等；由于钢液温度高，与位移传感器形成巨大温差，导致位移传感器探头附近钢液瞬间凝固，所测气隙宽度均由固态收缩所致，无法反映出铸锭与铸型界面由于铸锭自重或者凝固压力形成的固固接触或微气隙情况，致使获得的界面换热系数与实际情况存在较大偏差，此外，此种方法未获得铸型内表面和铸锭表面温度，无法计算辐射传热速率，因此，此种方法几乎无法全面准确地反映出界面传热方式的变化规律。
综上所述，加压强化冷却效果明显，对凝固过程具有非常重要的影响，致使阐明其强化冷却机理尤为重要；目前分析铸锭和铸型界面传热方法存在诸多局限性，难以深入透彻地阐明加强化冷却机理，因而亟需一种准确性高可靠性好的分析加压影响铸型和铸锭界面传热方式的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种加压凝固过程铸锭和铸型界面换热系数的确定方法及系统，能够准确可靠地同时测量加压凝固过程中铸锭和铸型位移和温度的变化，从而探讨不同压力下铸锭和铸型界面传热方式的差异。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种加压凝固过程铸锭和铸型界面换热系数的确定方法，包括：
获取加压凝固过程铸型的温度数据、铸锭的温度数据、铸锭表面位移和铸型内壁位移；
根据所述铸型的温度数据以及铸锭的温度数据确定铸锭表面温度、铸型内表面温度以及界面总换热系数；
根据所述铸锭表面温度、铸型内表面温度以及所述界面总换热系数确定所述铸型和铸锭间气隙的平均尺寸；
根据所述铸锭表面位移和所述铸型内壁位移确定所述铸型和铸锭间固相收缩引起的气隙尺寸；
根据所述铸锭表面温度、铸型内表面温度以及所述界面总换热系数确定辐射传热系数的占比；
根据所述铸型和铸锭间气隙的平均尺寸和所述铸型和铸锭间固相收缩引起的气隙尺寸确定气隙传导传热系数的占比；
根据所述辐射传热系数的占比和所述气隙传导传热系数的占比确定固固接触或微气隙传导传热系数的占比。
可选的，所述根据所述铸型的温度数据以及铸锭的温度数据确定铸锭表面温度、铸型内表面温度以及界面总换热系数，具体包括：
根据所述铸型的温度数据以及铸锭的温度数据，利用公式
Figure BDA0002675228680000031
和公式
Figure BDA0002675228680000032
确定铸锭表面温度、铸型内表面温度以及界面总换热系数；
其中，r为铸锭的半径，m；R为铸锭的最大半径，m；k为铸锭的导热系数，W/m·K；T为铸锭的温度，K；q为内热源，J；hi为铸锭/铸型间的界面总换热系数，W/m2·K；Tw,i和Tw,m分别为铸锭的表面温度和铸型的内表面温度，K；hi,0为前一步迭代的界面总换热系数，W/m2·K；T(hi,0)为所对应温度场的计算值，K；Tm,n为n号热电偶测量的铸锭和铸型的温度数据，K；β为规则化因子。
可选的，所述根据所述铸锭表面温度、铸型内表面温度以及所述界面总换热系数确定所述铸型和铸锭间气隙的平均尺寸，具体包括：
利用公式
Figure BDA0002675228680000033
确定所述铸型和铸锭间气隙的平均尺寸；其中，ki为气隙内介质的导热系数，W/m·K；σ为Stefan-Boltzman常数；εi和εm分别为铸锭和铸锭的辐射系数。
可选的，所述根据所述铸锭表面位移和所述铸型内壁位移确定所述铸型和铸锭间固相收缩引起的气隙尺寸，具体包括：
利用公式dmax＝dL1+dL2确定所述铸型和铸锭间固相收缩引起的气隙尺寸；其中，dL1和dL2分别为所述铸锭表面位移和所述铸型内壁位移。
可选的，所述根据所述铸锭表面温度、铸型内表面温度以及所述界面总换热系数确定辐射传热系数的占比，具体包括：
利用公式
Figure BDA0002675228680000041
确定辐射传热系数的占比；其中，fr为辐射传热系数的占比。
可选的，所述根据所述铸型和铸锭间气隙的平均尺寸和所述铸型和铸锭间固相收缩引起的气隙尺寸确定气隙传导传热系数的占比，具体包括：
利用公式
Figure BDA0002675228680000042
确定气隙传导传热系数的占比；其中，fgap为气隙传导传热系数的占比。
可选的，所述根据所述辐射传热系数的占比和所述气隙传导传热系数的占比确定固固接触或微气隙传导传热系数的占比，具体包括：
利用公式fss＝1-fr-fgap确定固固接触或微气隙传导传热系数的占比；其中，fss为固固接触或微气隙传导传热系数的占比。
一种加压凝固过程铸锭和铸型界面换热系数的确定系统，包括：
数据获取模块，用于获取加压凝固过程铸型的温度数据、铸锭的温度数据、铸锭表面位移和铸型内壁位移；
第一确定模块，用于根据所述铸型的温度数据以及铸锭的温度数据确定铸锭表面温度、铸型内表面温度以及界面总换热系数；
平均尺寸确定模块，用于根据所述铸锭表面温度、铸型内表面温度以及所述界面总换热系数确定所述铸型和铸锭间气隙的平均尺寸；
气隙尺寸确定模块，用于根据所述铸锭表面位移和所述铸型内壁位移确定所述铸型和铸锭间固相收缩引起的气隙尺寸；
辐射传热系数的占比确定模块，用于根据所述铸锭表面温度、铸型内表面温度以及所述界面总换热系数确定辐射传热系数的占比；
气隙传导传热系数的占比确定模块，用于根据所述铸型和铸锭间气隙的平均尺寸和所述铸型和铸锭间固相收缩引起的气隙尺寸确定气隙传导传热系数的占比；
固固接触或微气隙传导传热系数的占比确定模块，用于根据所述辐射传热系数的占比和所述气隙传导传热系数的占比确定固固接触或微气隙传导传热系数的占比。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明所提供的一种加压凝固过程铸锭和铸型界面换热系数的确定方法及系统，通过根据所述铸锭表面温度、铸型内表面温度以及所述界面总换热系数确定所述铸型和铸锭间气隙的平均尺寸以及根据所述铸锭表面位移和所述铸型内壁位移确定所述铸型和铸锭间固相收缩引起的气隙尺寸，有助于分析和阐明加压对铸锭铸型间传导传热方式的影响机理；进而再根据所述铸锭表面温度、铸型内表面温度以及所述界面总换热系数确定辐射传热系数的占比；根据所述铸型和铸锭间气隙的平均尺寸和所述铸型和铸锭间固相收缩引起的气隙尺寸确定气隙传导传热系数的占比；根据所述辐射传热系数的占比和所述气隙传导传热系数的占比确定固固接触或微气隙传导传热系数的占比；进而准确地探究压力对铸锭和铸型间界面换热的影响机制。本发明能够准确可靠地同时测量加压凝固过程中铸锭和铸型位移和温度的变化，从而探讨不同压力下铸锭和铸型界面传热方式的差异。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种加压凝固过程铸锭和铸型界面换热系数的确定方法流程示意图；
图2为本发明所提供的温度数据和位移测量装置的整体示意图；
图3为1MPa压力下铸锭和铸型温度测量曲线示意图；
图4为2MPa压力下铸锭和铸型温度测量曲线示意图；
图5为1MPa压力下铸锭表面温度和铸型内表面温度曲线示意图；
图6为2MPa压力下铸锭表面温度和铸型内表面温度曲线示意图；
图7为1MPa压力下铸锭和铸型位移测量曲线示意图；
图8为2MPa压力下铸锭和铸型位移测量曲线示意图；
图9为1MPa铸锭铸型间气隙宏观平均尺寸变化曲线示意图；
图10为2MPa铸锭铸型间气隙宏观平均尺寸变化曲线示意图；
图11为1MPa压力下各传热系数在界面总换热系数中占比示意图；
图12为2MPa压力下各传热系数在界面总换热系数中占比示意图；
图13为本发明所提供的一种加压凝固过程铸锭和铸型界面换热系数的确定系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种加压凝固过程铸锭和铸型界面换热系数的确定方法及系统，能够准确可靠地同时测量加压凝固过程中铸锭和铸型位移和温度的变化，从而探讨不同压力下铸锭和铸型界面传热方式的差异。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明所提供的一种加压凝固过程铸锭和铸型界面换热系数的确定方法流程示意图，如图1所示，本发明所提供的一种加压凝固过程铸锭和铸型界面换热系数的确定方法，包括：
S101，获取加压凝固过程铸型的温度数据、铸锭的温度数据、铸锭表面位移和铸型内壁位移。具体通过多个热电偶实现温度的测量，通过位移传感器实现位移的测量。热电偶和位移传感器具体的安装过程如下：
其中，图2为本发明所提供的温度数据和位移测量装置的整体示意图，如图2所示，在铸型外壁同一高度上沿周向分别打三个垂直穿透铸型壁的通孔(即：1#、2#和D1#)和三个垂直铸型壁的盲孔(3#、4#和D2#)；其中通孔和盲孔的直径均为5～7mm，盲孔(3#、4#和D2#)的根部距离铸型内壁的径向距离分别为3～5mm、7～10mm、3～5mm；通孔和盲孔的垂直高度为铸锭高度的1/3～2/3。
两根双铂铑B型热电偶(T1和T2)通过通孔1#、2#插入铸型空腔内，测温点与铸型内壁的径向距离分别为8～12mm和13～17mm；两根双铂铑B型热电偶(T3和T4)插入铸型的盲孔3#、4#中；四根热电偶均采用双通石英管进行保护固定。
在通孔D1#和盲孔D2#中插入内径为3～5mm外径为5～7mm的石墨管；在通孔D1#处安装L1位移传感器，将头部为喇嘛状的位移探测器导杆套上石墨管后插入铸型空腔内，导杆的头部距离铸型内壁的径向距离为3～8mm左右，导杆尾部与位移传感器探头处采用耐高温胶粘结，并用螺纹进行固定。在盲孔D2#处安装L2位移传感器，将头部为锥形的金属钼导杆插入石墨管，导杆的尾部采用螺纹与位移传感器的探头连接，且在探头与铸型外表面之间加装弹簧。即通过上述步骤实现热电偶和位移传感器的安装。
进而通过安装的热电偶和位移传感器实现温度和位移的测量，具体的过程：
从向铸型中注入钢液开始，直至钢液完全凝固的整个过程，热电偶的温度信号通过温度数据采集仪进行收集。L1和L2位移传感器的信息由位移信号存储器进行采集和储存。位移信号存储器及信号存储器配用锂电池，分别放置于两个奥氏体不锈钢密封罐内，两个密封罐外壁包裹一层石棉，内壁刷上隔热漆，两个密封罐远离感应线圈，且密封罐中心线与感应线圈中心线平行放置。
S102，根据所述铸型的温度数据以及铸锭的温度数据确定铸锭表面温度、铸型内表面温度以及界面总换热系数。
根据所述铸型的温度数据以及铸锭的温度数据，利用公式
Figure BDA0002675228680000071
和公式
Figure BDA0002675228680000072
确定铸锭表面温度、铸型内表面温度以及界面总换热系数。
如图2所示，以T1和T4热电偶测温数据为边界条件，T2和T3作为输入数据根据上述公式确定铸锭表面温度、铸型内表面温度以及界面总换热系数。
其中，r为铸锭的半径，m；R为铸锭的最大半径，m；k为铸锭的导热系数，W/m·K；T为铸锭的温度，K；q为内热源，J；hi为铸锭/铸型间的界面总换热系数，W/m2·K；Tw,i和Tw,m分别为铸锭的表面温度和铸型的内表面温度，K；hi,0为前一步迭代的界面总换热系数，W/m2·K；T(hi,0)为所对应温度场的计算值，K；Tm,n为n号热电偶测量的铸锭和铸型的温度数据，K；β为规则化因子。
S103，根据所述铸锭表面温度、铸型内表面温度以及所述界面总换热系数确定所述铸型和铸锭间气隙的平均尺寸。
利用公式
Figure BDA0002675228680000081
确定所述铸型和铸锭间气隙的平均尺寸；其中，ki为气隙内介质的导热系数，W/m·K；σ为Stefan-Boltzman常数；εi和εm分别为铸锭和铸锭的辐射系数。
S104，根据所述铸锭表面位移和所述铸型内壁位移确定所述铸型和铸锭间固相收缩引起的气隙尺寸。
利用公式dmax＝dL1+dL2确定所述铸型和铸锭间固相收缩引起的气隙尺寸；其中，dL1和dL2分别为所述铸锭表面位移和所述铸型内壁位移。
S105，根据所述铸锭表面温度、铸型内表面温度以及所述界面总换热系数确定辐射传热系数的占比。
利用公式
Figure BDA0002675228680000082
确定辐射传热系数的占比；其中，fr为辐射传热系数的占比。
S106，根据所述铸型和铸锭间气隙的平均尺寸和所述铸型和铸锭间固相收缩引起的气隙尺寸确定气隙传导传热系数的占比。
利用公式
Figure BDA0002675228680000091
确定气隙传导传热系数的占比；其中，fgap为气隙传导传热系数的占比。
S107，根据所述辐射传热系数的占比和所述气隙传导传热系数的占比确定固固接触或微气隙传导传热系数的占比。
利用公式fss＝1-fr-fgap确定固固接触或微气隙传导传热系数的占比；其中，fss为固固接触或微气隙传导传热系数的占比。
根据具体实施例对本发明作更详细的描述，但本发明使用范围并不限定在以下实施例中。
实施例1
本发明所举实施例中，冶炼设备为25kg加压感应炉熔炼，所冶炼的钢种为H13热作模具钢，浇铸压力为1MPa，选用上内径约为135mm、下内径110mm、高为425mm、厚度约为40mm的铸型。
具体步骤如下：
(1)打孔：
在铸型外壁上距离底部160mm的高度沿周向分别打三个垂直穿透铸型侧壁的通孔(即：1#、2#和D1#)和三个垂直铸型侧壁的盲孔(3#、4#和D2#)进行铸锭收缩量和铸型膨胀量的测量。其中通孔和盲孔的直径为7mm，盲孔(3#、4#和D2#)的根部距离铸型内壁的径向距离分比为5mm、10mm、5mm，相邻孔的间距按铸模外壁上相邻孔间的边缘距离计算约为30mm。
(2)安装热电偶和位移传感器：
两根双铂铑B型热电偶(T1和T2)通过通孔1#、2#插入铸型空腔内，测温点与铸型内壁的径向距离分别为10mm和15mm；两根双铂铑B型热电偶(T3和T4)插入铸型的盲孔3#、4#中；四根热电偶均采用双通石英管进行保护固定，仅使热电偶焊接测温点裸露在外部，利用补偿导线与50HZ频率的测温仪相接。
在通孔D1#和盲孔D2#中插入内径为5mm外径为7mm的石墨管；在通孔D1#处安装L1位移传感器，将头部为喇嘛状的位移探测器导杆套上石墨管后插入铸型空腔内，导杆的头部距离铸型内壁的径向距离为5mm左右，导杆尾部与位移传感器探头处采用耐高温胶粘结，并用螺纹进行固定。在盲孔D2#处安装L2位移传感器，将头部为锥形的金属钼导杆插入石墨管，导杆的尾部采用螺纹与位移传感器的探头连接，且在探头与铸型外表面之间加装弹簧。利用导线将位移传感器与位移信号存储器和锂电池连接。
(3)采集温度和位移信号
从向铸型中注入钢液开始，直至钢液完全凝固的整个过程，热电偶的温度信号通过温度数据采集仪进行收集。L1和L2位移传感器的信息由位移信号存储器进行采集和储存。位移信号存储器及信号存储器配用锂电池，分别放置于两个奥氏体不锈钢密封罐内，两个密封罐外壁包裹一层石棉，内壁刷上隔热漆，两个密封罐远离感应线圈，且密封罐中心线与感应线圈中心线平行放置。所得的温度变化曲线和铸锭铸型位移变化曲线分别如图3，7所示。
(4)计算表面温度和界面总换热系数
以T1和T4热电偶测温数据为边界条件(图3中T1和T4曲线)，T2和T3作为输入数据(图3中T2和T3曲线)，确定铸锭表面温度、铸型内表面温度以及界面总换热系数。其中铸锭表面温度和铸型内表面温度曲线如图5所示。
(5)获得气隙尺寸
通过对位移传感器L1和位移传感器L2所测位移数据求和(如图7所示)，获得铸型和铸锭间固相收缩引起的气隙尺寸；基于铸型内表面温度和铸锭表面温度，利用宏观传热理论和热阻计算方法，获得铸型和铸锭间气隙宏观平均尺寸，如图9所示。
(6)传热方式分析
在凝固过程中，铸锭和铸型间主要通过辐射传热和传导传热进行热量交换。确定辐射传热系数、气隙传导传热系数和固固接触或微气隙传导传热系数分别在总换热系数中的占比，其中σ为1.380649×10-23J/K。具体结果如图11所示。
实施例2
本发明所举实施例中，冶炼设备为25kg加压感应炉熔炼，所冶炼的钢种为H13热作模具钢，浇铸压力为2MPa，选用上内径约为135mm、下内径110mm、高为425mm、厚度约为40mm的铸型。
具体步骤如下：
(1)打孔：
在铸型外壁上距离底部160mm的高度沿周向分别打三个垂直穿透铸型侧壁的通孔(即：1#、2#和D1#)和三个垂直铸型侧壁的盲孔(3#、4#和D2#)进行铸锭收缩量和铸型膨胀量的测量。其中通孔和盲孔的直径为7mm，盲孔(3#、4#和D2#)的根部距离铸型内壁的径向距离分比为5mm、10mm、5mm，相邻孔的间距按铸模外壁上相邻孔间的边缘距离计算约为30mm。
(2)安装热电偶和位移传感器：
两根双铂铑B型热电偶(T1和T2)通过通孔1#、2#插入铸型空腔内，测温点与铸型内壁的径向距离分别为10mm和15mm；两根双铂铑B型热电偶(T3和T4)插入铸型的盲孔3#、4#中；四根热电偶均采用双通石英管进行保护固定，仅使热电偶焊接测温点裸露在外部，利用补偿导线与50HZ频率的测温仪相接。
在通孔D1#和盲孔D2#中插入内径为5mm外径为7mm的石墨管；在通孔D1#处安装L1位移传感器，将头部为喇嘛状的位移探测器导杆套上石墨管后插入铸型空腔内，导杆的头部距离铸型内壁的径向距离为5mm左右，导杆尾部与位移传感器探头处采用耐高温胶粘结，并用螺纹进行固定。在盲孔D2#处安装L2位移传感器，将头部为锥形的金属钼导杆插入石墨管，导杆的尾部采用螺纹与位移传感器的探头连接，且在探头与铸型外表面之间加装弹簧。利用导线将位移传感器与位移信号存储器和锂电池连接。
(3)采集温度和位移信号
从向铸型中注入钢液开始，直至钢液完全凝固的整个过程，热电偶的温度信号通过温度数据采集仪进行收集。L1和L2位移传感器的信息由位移信号存储器进行采集和储存。位移信号存储器及信号存储器配用锂电池，分别放置于两个奥氏体不锈钢密封罐内，两个密封罐外壁包裹一层石棉，内壁刷上隔热漆，两个密封罐远离感应线圈，且密封罐中心线与感应线圈中心线平行放置。所得的温度变化曲线和铸锭铸型位移变化曲线分别如图4，8所示。
(4)计算表面温度和界面总换热系数
以T1和T4热电偶测温数据为边界条件(图3中T1和T4曲线)，T2和T3作为输入数据(图3中T2和T3曲线)，求解公式(1)-(2)获得铸锭表面温度、铸型内表面温度以及界面总换热系数。其中铸锭表面温度和铸型内表面温度曲线如图6所示。
(5)获得气隙尺寸
通过对位移传感器L1和位移传感器L2所测位移数据求和(如图8所示)，获得铸型和铸锭间固相收缩引起的气隙尺寸；基于铸型内表面温度和铸锭表面温度，利用宏观传热理论和热阻计算方法，获得铸型和铸锭间气隙宏观平均尺寸，如图10所示。
(6)传热方式分析
在凝固过程中，铸锭和铸型间主要通过辐射传热和传导传热进行热量交换。确定辐射传热系数、气隙传导传热系数和固固接触或微气隙传热系数分别在总换热系数中的占比，其中σ为1.380649×10-23J/K。具体结果如图12所示。
图13为本发明所提供的一种加压凝固过程铸锭和铸型界面换热系数的确定系统结构示意图，如图13所示，本发明所提供的一种加压凝固过程铸锭和铸型界面换热系数的确定系统，包括：数据获取模块1301、第一确定模块1302、平均尺寸确定模块1303、气隙尺寸确定模块1304、辐射传热系数的占比确定模块1305、气隙传导传热系数的占比确定模块1306和固固接触或微气隙传导传热系数的占比确定模块1307。
数据获取模块1301用于获取加压凝固过程铸型的温度数据、铸锭的温度数据、铸锭表面位移和铸型内壁位移。
第一确定模块1302用于根据所述铸型的温度数据以及铸锭的温度数据确定铸锭表面温度、铸型内表面温度以及界面总换热系数。
平均尺寸确定模块1303用于根据所述铸锭表面温度、铸型内表面温度以及所述界面总换热系数确定所述铸型和铸锭间气隙的平均尺寸。
气隙尺寸确定模块1304用于根据所述铸锭表面位移和所述铸型内壁位移确定所述铸型和铸锭间固相收缩引起的气隙尺寸。
辐射传热系数的占比确定模块1305用于根据所述铸锭表面温度、铸型内表面温度以及所述界面总换热系数确定辐射传热系数的占比。
气隙传导传热系数的占比确定模块1306用于根据所述铸型和铸锭间气隙的平均尺寸和所述铸型和铸锭间固相收缩引起的气隙尺寸确定气隙传导传热系数的占比。
固固接触或微气隙传导传热系数的占比确定模块1307用于根据所述辐射传热系数的占比和所述气隙传导传热系数的占比确定固固接触或微气隙传导传热系数的占比。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种加压凝固过程铸锭和铸型界面换热系数的确定方法，其特征在于，包括：
获取加压凝固过程铸型的温度数据、铸锭的温度数据、铸锭表面位移和铸型内壁位移；
根据所述铸型的温度数据以及铸锭的温度数据确定铸锭表面温度、铸型内表面温度以及界面总换热系数；
根据所述铸锭表面温度、铸型内表面温度以及所述界面总换热系数确定所述铸型和铸锭间气隙的平均尺寸；
根据所述铸锭表面位移和所述铸型内壁位移确定所述铸型和铸锭间固相收缩引起的气隙尺寸；
根据所述铸锭表面温度、铸型内表面温度以及所述界面总换热系数确定辐射传热系数的占比；
根据所述铸型和铸锭间气隙的平均尺寸和所述铸型和铸锭间固相收缩引起的气隙尺寸确定气隙传导传热系数的占比；
根据所述辐射传热系数的占比和所述气隙传导传热系数的占比确定固固接触或微气隙传导传热系数的占比。
2.根据权利要求1所述的一种加压凝固过程铸锭和铸型界面换热系数的确定方法，其特征在于，所述根据所述铸型的温度数据以及铸锭的温度数据确定铸锭表面温度、铸型内表面温度以及界面总换热系数，具体包括：
根据所述铸型的温度数据以及铸锭的温度数据，利用公式
Figure FDA0002675228670000011
和公式
Figure FDA0002675228670000012
确定铸锭表面温度、铸型内表面温度以及界面总换热系数；
其中，r为铸锭的半径，m；R为铸锭的最大半径，m；k为铸锭的导热系数，W/m·K；T为铸锭的温度，K；q为内热源，J；hi为铸锭/铸型间的界面总换热系数，W/m2·K；Tw,i和Tw,m分别为铸锭的表面温度和铸型的内表面温度，K；hi,0为前一步迭代的界面总换热系数，W/m2·K；T(hi,0)为所对应温度场的计算值，K；Tm,n为n号热电偶测量的铸锭和铸型的温度数据，K；β为规则化因子。
3.根据权利要求2所述的一种加压凝固过程铸锭和铸型界面换热系数的确定方法，其特征在于，所述根据所述铸锭表面温度、铸型内表面温度以及所述界面总换热系数确定所述铸型和铸锭间气隙的平均尺寸，具体包括：
利用公式
Figure FDA0002675228670000021
确定所述铸型和铸锭间气隙的平均尺寸；其中，ki为气隙内介质的导热系数，W/m·K；σ为Stefan-Boltzman常数；εi和εm分别为铸锭和铸锭的辐射系数。
4.根据权利要求3所述的一种加压凝固过程铸锭和铸型界面换热系数的确定方法，其特征在于，所述根据所述铸锭表面位移和所述铸型内壁位移确定所述铸型和铸锭间固相收缩引起的气隙尺寸，具体包括：
利用公式dmax＝dL1+dL2确定所述铸型和铸锭间固相收缩引起的气隙尺寸；其中，dL1和dL2分别为所述铸锭表面位移和所述铸型内壁位移。
5.根据权利要求4所述的一种加压凝固过程铸锭和铸型界面换热系数的确定方法，其特征在于，所述根据所述铸锭表面温度、铸型内表面温度以及所述界面总换热系数确定辐射传热系数的占比，具体包括：
利用公式
Figure FDA0002675228670000022
确定辐射传热系数的占比；其中，fr为辐射传热系数的占比。
6.根据权利要求5所述的一种加压凝固过程铸锭和铸型界面换热系数的确定方法，其特征在于，所述根据所述铸型和铸锭间气隙的平均尺寸和所述铸型和铸锭间固相收缩引起的气隙尺寸确定气隙传导传热系数的占比，具体包括：
利用公式
Figure FDA0002675228670000031
确定气隙传导传热系数的占比；其中，fgap为气隙传导传热系数的占比。
7.根据权利要求6所述的一种加压凝固过程铸锭和铸型界面换热系数的确定方法，其特征在于，所述根据所述辐射传热系数的占比和所述气隙传导传热系数的占比确定固固接触或微气隙传导传热系数的占比，具体包括：
利用公式fss＝1-fr-fgap确定固固接触或微气隙传导传热系数的占比；其中，fss为固固接触或微气隙传导传热系数的占比。
8.一种加压凝固过程铸锭和铸型界面换热系数的确定系统，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取加压凝固过程铸型的温度数据、铸锭的温度数据、铸锭表面位移和铸型内壁位移；
第一确定模块，用于根据所述铸型的温度数据以及铸锭的温度数据确定铸锭表面温度、铸型内表面温度以及界面总换热系数；
平均尺寸确定模块，用于根据所述铸锭表面温度、铸型内表面温度以及所述界面总换热系数确定所述铸型和铸锭间气隙的平均尺寸；
气隙尺寸确定模块，用于根据所述铸锭表面位移和所述铸型内壁位移确定所述铸型和铸锭间固相收缩引起的气隙尺寸；
辐射传热系数的占比确定模块，用于根据所述铸锭表面温度、铸型内表面温度以及所述界面总换热系数确定辐射传热系数的占比；
气隙传导传热系数的占比确定模块，用于根据所述铸型和铸锭间气隙的平均尺寸和所述铸型和铸锭间固相收缩引起的气隙尺寸确定气隙传导传热系数的占比；
固固接触或微气隙传导传热系数的占比确定模块，用于根据所述辐射传热系数的占比和所述气隙传导传热系数的占比确定固固接触或微气隙传导传热系数的占比。
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