保护渣固态渣膜传导及辐射耦合传热特性研究

保护渣固态渣膜传热特性包括传导传热和辐射传热两种,固态渣膜传热特性会对铸坯表面质量产生重要影响。提出了一种能够描述多层介质中多次反射的数学模型并计算了通过渣膜的辐射传热量。基于能量守恒方程建立了一维稳态下的传导与辐射的耦合传热模型。根据计算所得的温度分布及辐射传热量讨论了影响保护渣综合传热的因素。计算结果表明：（1）通过固态渣膜的辐射传热量随着[T2/(1-R)]的增加而逐渐增加;（2）固态渣膜反射率一定时,固态渣膜的吸收率越大,渣膜温度随距离的变化偏离线性关系越明显,靠近结晶器侧渣膜的温度随着固态渣膜反射率的增加而降低;（3）通过渣膜的辐射传热量在综合传热中所占的比例在10%～50%之间。由于辐射传热量降低的同时传导传热量在综合传热中所占的比例可能会升高,因此改变固态渣膜的光学性质并不一定能降低通过渣膜的综合传热量。     

铸造Cu-La-Zn合金的强化及导热行为（英文）

开发一种适合于压铸的高导热Cu-La-Zn合金,该合金的导热系数高达200～300W/(m·K),约为普通黄铜的两倍。分别定量研究铸态二元Cu-La (2.0%～4.5%La,质量分数)和三元Cu-2La-x Zn (0～3.0%Zn,质量分数)合金中Cu6La金属间化合物和Zn固溶原子对强化和导热行为的影响。结果表明：每增加1%(质量分数)的La或Zn,合金导热系数下降约34W/(m·K)。Cu-2La-x Zn合金中α-Cu基体的晶格常数随Zn固溶原子的增加由3.6163?增加到3.6239?;在Zn原子的固溶强化作用下,α-Cu基体的硬度由1.495 GPa呈抛物线增加至1.597 GPa。根据基于显微组织的Maxwell-Eucken模型计算结果,确定Cu6La的导热系数约为35.37W/(m·K);而每增加1%Zn(摩尔分数)的固溶原子,α-Cu基体的导热系数下降51.38 W/(m·K)。     

钼铜的低温导热研究

研究了熔渗法制备的Mo-Cu复合材料从350～20 K的导热率变化.结果表明,该材料在350 K的导热率为200W/(m·K).随着温度降低,导热率降低,降温至200 K后导热率升高,20 K时导热率达305W/(m·K).将样品用浓硝酸腐蚀去除铜组分后观察微观组织发现,Mo在熔渗制备过程中已烧结成骨架结构,这种结构的形成是低温材料导热率升高的原因.     

超轻质ZrO2纤维隔热材料的热物理性能研究

采用Hot disk热分析仪和石英灯辐射加热法分别测试分析了ZrO<,2>纤维隔热材料的常温和高温隔热性能.研究表明,随材料孔隙率的增大,ZrO<,2>纤维隔热材料的有效导热系数减小,即隔热效果越好;在孔隙率相同的情况下,材料晶粒尺寸越小其有效导热系数就越小;随试样表面温度的升高,在热传导的过程中辐射起主导作用,从而使材料的有效导热系数增大;当温度由200℃升高到800℃时,ZrO<,2>纤维隔热材料的有效导热系数由0.027W/(m·K)升高到0.085W/(m·K),在800℃达到热稳定时,ZrO<,2>纤维隔热材料冷边的温度不高于30℃.     

低碳钢薄带双辊连铸凝固过程的数值模拟

结晶辊的温度场分布对薄带连铸凝固过程有重要影响。采用商业软件ProCAST模拟了低碳钢薄带双辊连铸凝固过程,并在此基础上考虑了结晶辊转动、水冷强度及结晶辊涂层种类对薄带连铸凝固过程的影响。结果表明:当水冷对流换热系数为250 000 W/(m~2·K)时,铸辊转动10 s后,其温度场基本达到了稳定状态,薄带凝固厚度从热循环开始时的1. 004mm减小至稳定状态的0. 976 mm;当水冷对流换热系数从5 485 W/(m~2·K)→40 040 W/(m~2·K)→250 000 W/(m~2·K)逐渐增加时,铸辊外表面最高温度从686. 4℃→586. 7℃→556. 4℃逐渐降低,薄带连铸整体温度场的温度不断降低;导热系数相近的涂层对薄带连铸凝固过程的影响不大。     

并联导热结构的金刚石/铜基复合材料的制备

为提高金刚石/铜基复合材料的导热性能,在芯材表面预先化学气相沉积(CVD)高质量金刚石膜,获得柱状金刚石棒,再将其垂直排列,填充铜粉后真空热压烧结,制备并联结构的金刚石/铜基复合材料。分别采用激光拉曼光谱(Raman)与扫描电子显微镜(SEM)对CVD金刚石膜的生长进行分析,并通过数值分析讨论复合材料的热性能。结果表明:金刚石/铜基复合材料结构致密,密度为9.51g/cm3;CVD金刚石膜构成连续的导热通道,产生并联式导热,复合材料的热导率为392.78 W/(m·K)。     

高铝TRIP钢连铸过程中保护渣中Al2O3含量的变化对渣膜传热的影响

高Al含量TRIP钢在连铸过程中钢液中的[Al]易与保护渣中的SiO2发生反应,使保护渣中Al2O3含量从3%快速增加至30%左右,导致保护渣的传热性能发生改变,影响连铸坯的质量和连铸工艺操作.利用结晶器保护渣渣膜热流模拟仪研究Al2O3含量对Al-TRIP钢保护渣传热的影响,并利用扫描电镜、X射线衍射仪分析渣膜的结晶相.结果表明:当Al2O3含量从3%增加到20%时,保护渣的热流密度显著降低;当保护渣的Al2O3含量从20%增加到30%时,保护渣的热流密度先增加后减少;随w(Al2O3)/w(SiO2)比值的增大热流密度逐渐降低,并且在本实验条件下保护渣中会析出CaF2晶体.     

连铸结晶器非正弦振动参数对保护渣消耗量的影响

连铸过程中,合适的保护渣消耗量可以控制结晶器与铸坯之间润滑和传热,保证铸坯质量。通过建立结晶器同步振动模型,在相同拉速下分别改变结晶器非正弦振动的波形偏斜率与振动频率,得出不同振动条件下的保护渣消耗量。结果表明:当波形偏斜率增大,保护渣消耗量增大;振动频率增大,保护渣消耗量减少。波形偏斜率α由0.1增长到0.4时,保护渣消耗量从0.402 kg/m2增大到0.501 kg/m2;振动频率从142次/min增大到250次/min时,保护渣消耗量从0.402 kg/m2下降到0.228 kg/m2。当α=0.4,f=142次/min时,保护渣消耗量最大。     

Sr变质对Al-Si-Mg合金的流动性、力学性能和导热系数的影响

采用扫描电镜、拉伸试验机和激光导热仪,研究了Sr变质处理对Al-3.2Si-0.8Mg合金铸造流动性、导热系数与力学性能的影响。结果表明:随着共晶Si相形貌的细化,Al-3.2Si-0.8Mg合金的上述性能逐渐提高。当Al-10Sr合金添加量为0.4%时,该合金的铸造流动性试样长度为922 mm(提高了8.2%),抗拉强度和伸长率分别为243 MPa(提高了3.8%)和11.3%(提高了11.9%),导热系数为187.6 W/(m·K)(提高了3.1%)。     

高导热金刚石/铝复合材料的真空热压制备

以纯铝粉末和金刚石为基体材料,采用真空热压固相烧结方式制备出热导率为677 W/(m·K)的高导热金刚石/铝复合材料。利用激光导热仪、热膨胀仪对金刚石/铝复合材料性能进行表征,并通过对制备温度、保温时间及金刚石基本颗粒尺寸的调控来优化制备工艺。研究发现:随制备温度升高,金刚石/铝复合材料的密度及致密度均有所提高,其热导率呈先升后降的趋势,当制备温度为650 ℃时,热导率达到526.2 W/(m·K)。随着保温时间由30 min增加至120 min,金刚石/铝复合材料的密度、致密度和热导率均增大,致密度达到99.1%,热导率达到566.7 W/(m·K)。当金刚石基本颗粒尺寸由20 μm增加至500 μm时,金刚石/铝复合材料的密度、致密度先增大后减小;在金刚石基本颗粒尺寸为200 μm时,密度达到最大,分别为3.06 g/cm3和98.4%;热导率随金刚石基本颗粒尺寸逐渐增大,在金刚石基本颗粒尺寸为500 μm时,热导率达到677.5 W/(m·K),为目前最高增强效率。故通过工艺控制可以有效提高铝基体与金刚石的结合,减少其界面空隙,进而制备出高热导率金刚石/铝复合材料。      

方形硬壳锂离子动力电池的热物性参数

针对现有锂离子电池热物性参数获取手段的缺陷,以方形硬壳锂离子电池为对象,进行热物性参数研究。基于体积平均法计算,得到电池的等效密度2218 kg/m~3,等效比热容1060 J/(kg·℃)。通过模拟稳态平板法测试导热系数的边界条件,计算得到50 A·h硬壳锂离子电池3个方向的等效导热系数分别为高度方向17.2 W/(m·℃),厚度方向5.3 W/(m·℃)和长度方向23.4 W/(m·℃)。将电池结构离散为独立的热阻单元,建立热阻的热网格模型,基于基尔霍夫节点电流法,建立电路对应的线性方程组,求解得到电池的等效热阻和等效导热系数,结果表明,热网格模型法获得的导热系数值与仿真法误差小于2%。     

基于反热传导法的镁合金半连铸一冷区换热系数研究

文中设计了模铸实验并采用喷水冷却方式来模拟AZ31镁合金半连铸一冷区传热过程,得到了用于反求界面换热系数的温度变化曲线。采用反热传导法求解了不同冷却水量下熔体-模具间的界面换热系数,并分析了冷却水量对界面换热系数的影响。结果表明,随着冷却水量的增加,界面换热系数峰值与冷却水量呈正相关,冷却水量由20 L/min提高到60 L/min时,换热系数峰值从1 425.8 W/(m²·K)增加到2 727.5 W/(m²·K),且高冷却水量的换热系数峰值出现在低的温度;随着冷却水量的增加,从铸坯边部到中心的凝固组织均匀性明显提高。     

金刚石–SiC/Al复合材料的构型设计与导热性能

以SiC和镀钨金刚石增强体为原料制备预制体,通过气压浸渗技术在800 ℃,5 MPa条件下制备金刚石–SiC/Al复合材料。利用扫描电镜、红外热成像仪、激光导热仪等对复合材料性能进行分析,研究SiC和金刚石的含量与粒径比对复合材料构型的影响,从而优化复合材料导热性能。结果表明:在相同的SiC粒径下,金刚石体积分数的增加将使复合材料的导热性能明显提升。当金刚石体积分数为30%时,含F100 SiC的复合材料导热性能最佳,其热导率为344 W/(m?K)。当金刚石体积分数相同,粒径比从0.07增大到0.65时,复合材料导热性能依次提升;且在金刚石体积分数为15%时,复合材料的热导率增幅最大,从174 W/(m?K)增大到274 W/(m?K),增长了57%。通过改善金刚石–SiC/Al复合材料中增强体的含量和粒径比可以调控复合材料构型,充分发挥复合材料的导热潜力。      

高碳钢连铸保护渣的性能

为了研究高碳钢保护渣在连铸过程中的匹配性,对典型工业高碳钢保护渣的熔化、润湿、黏度、渣膜分布,以及传热性能进行研究。结果表明,4个高碳钢保护渣的开始熔化温度范围为1 110~1 129 ℃,润湿角范围为30.1°~37.8°,黏度范围为0.210~0.312 Pa·s,转折温度范围为1 046~1 130 ℃,渣膜的液态层比例为14.7%~18.9%。其中,1号高碳钢保护渣熔化温度较低(熔化区间1 110～1 345 ℃)、黏度较低(0.264 Pa·s)、渣膜液态层较高(比例为18.9%)、转折温度(1 059 ℃)和控热能力均适宜,表明该渣在高碳钢连铸结晶器中可以迅速熔化,形成足够的液态渣,并从弯月面渗入渣道,形成均匀的渣膜,从而润滑铸坯,避免黏结漏钢和裂纹等缺陷,保障高碳钢连铸的顺行。     

高炉常用耐火材料导热系数的测定

采用激光脉冲法及使用DSC实测高炉用耐火材料的热扩散率及比热容,进而获得其导热系数.重点考察了温度及温度履历对耐火材料热扩散率及比热容的影响,得出二者与温度依存关系的数学模型,进而获得各种耐火材料的导热系数对温度的依存关系.测量结果表明:（1）除铝碳质耐火材料,其他耐火材料经一次高温后,测得的热扩散率值比第一次升温时的测得值增大,且温度特性随着温度变化呈现唯一的变化关系.而铝碳质耐火材料则相反,且随着升、降温过程的延续,热扩散率值逐渐减.（2）随温度的增加,比热容先较快增大后缓慢增加,温度履历对热容的测定基本没有影响.（3）根据测定结果,建立了导热系数λ（W/m·K）与温度T（K）之间的数学模型,经检验,该模型可有效地预测高炉常用耐火材料的导热系数.     

高导热共晶Al-Si合金的制备及其性能

采用OM、激光导热及直读光谱等手段,研究了Sr、B变质及退火对共晶Al-Si合金组织及热导率的影响。结果表明,通过B+Sr复合变质,共晶Si相由层片状转变为纤维状,杂质含量降低,合金的导热性能得到显著提升。B、Sr加入顺序对合金组织及导热性能有显著影响。经0.02%的B+0.03%的Sr复合变质处理合金的热导率为159.5W/(m·K),较未变质合金提升约31.2%。经350℃×4h退火处理,B+Sr复合变质合金的热导率为178.8 W/(m·K),较其铸态合金提升约10.93%。     

石墨烯/氮化硼/石墨烯三明治薄膜的制备和导热性能

采用简单的真空抽滤方法,制备了石墨烯/氮化硼/石墨烯的三明治薄膜并对其导热性能进行分析。结果表明,三明治薄膜的面内导热系数达53.09 W/(m·K),较纯石墨烯薄膜(21.5 W/(m·K))高,将在散热领域有潜在应用。     

热处理高压烧结AlN陶瓷的显微组织和热导率

在流动N2保护下,对高压烧结制备的AlN(Y2O3)陶瓷进行了热处理,研究了热处理对AlN陶瓷显微组织及导热性能的影响.结果表明:在970℃热处理2 h后的AlN陶瓷材料与未热处理的试样相比,晶粒尺寸显著增大,晶粒形状越发规整,析出相均位于晶界处或者三角晶界区域,热导率从77.3 W/(m·K)提高到了156.7 W/(m·K).但是,将热处理时间延长到4 h,AlN陶瓷的气孔增大,出现了反致密化现象,热导率也降低到92.6 W/(m·K).     

复式结晶器铜板表面涂层的热性能检测及分析

低过热度、低温度梯度是提高连铸坯等轴晶率的两个重要技术措施,复式结晶器上部由于实现了弱冷,因此可以用于降低钢凝固前沿的温度梯度,达到抑制柱状晶生长、扩大等轴晶区的目的,进而提高铸坯的内部质量.为了降低复式结晶器上段的热流,在结晶器铜板表面喷涂了隔热涂层,检测了涂层的导热系数及其热震性能.在此基础上,建立了带涂层的复式结晶器传热模型,分析并计算了涂层成分、孔隙度及厚度对复式结晶器上段热阻的影响.结果表明,含20%ZrO2和含30%ZrO2镍基涂层的导热系数分别为8.2W/(m·K)和13.9W/(m·K);600℃下两种涂层的抗热震次数均在50次以上;采用厚度为1.5mm的含20%ZrO2的镍基涂层可以使复式结晶器上段热流密度降低到传统结晶器的一半.     

结晶器保护渣传热性能的技术探讨

简述了在连铸过程中铸坯的凝固特点以及与保护渣传热性能的关系,并分析保护渣各种物理性能对渣膜传热的影响,重点分析和讨论几种研究结晶器保护渣渣膜传热性能的方法,为进一步在实验室研究保护渣渣膜传热性能和实际生产中渣膜的传热性能达到吻合寻找更优化的方法提供理论基础.