鋼錠凝固平方根定律

鋼錠凝固平方根定律，是鋼錠凝固過程中凝固速度變化的基本規律，即凝固層厚度S(mm)與凝固持續時間τ(min)的平方根成正比。

基本介紹

• 中文名：鋼錠凝固平方根定律
• 外文名：square radical sign law of solidification
• 範疇：鋼錠凝固過程的規律
• 別稱：凝固時間平方根定律

提出

過去，研究者對鋼錠凝固過程的研究主要通過實物解剖的方法來進行。但鋼錠解剖費用昂貴，工作量較大，且實驗周期很長，這些問題限制了研究工作的開展。此外，採用鋼錠解剖的方法只能獲取鋼錠缺陷的形態，無法直接獲得該缺陷形成的機理，故該方法對鑄造工藝的最佳化和改進作用有限。自計算機誕生以來，人們就開始把視線投入到利用模擬技術來研究凝固上來。Chvorinov在40 年代提出了凝固時間平方根定律，即鋼錠凝固平方根定律，對凝固過程的研究還有一定的指導意義。

定律內容

鋼錠凝固過程中凝固速度變化的基本規律——凝固層厚度S(mm)與凝固持續時間 (min)的平方根成正比，即

。此比例常數K稱凝固係數，其量綱為mm·min^-1/2。凝固速度 ，可見凝固係數K反映凝固速度的快慢。它隨鋼液性質及鑄錠的工藝和設備條件而在很大範圍內變化。

K值計算

K值可由理論計算，但結果與實際偏離較大。多數情況下，K值靠實驗方法測定。測定凝固速度或K的方法很多，常用的有：

（1）翻倒法。在相同的條件下澆注同樣的幾個鋼錠，每隔一定時間連鋼錠模翻倒一個，倒出未凝的鋼液，測量相應的凝固層厚度，從而確定出凝固層厚度與凝固時間的定量關係；

（2）示蹤法。每隔一定的時間間隔向模內鋼液加入某種元素或化合物、利用它能在液相中均勻分布，但不能進入凝固層的性質，確定凝固前沿的具體位置。加入物一類是異種物質，如FeS，通過硫印測定凝固層厚度;另一類是放射性同位素，如加Au¹⁹⁸、Fe⁵⁷等，通過測定鋼錠斷面上的放射強度確定凝固前沿；

（3）測溫法。在鋼錠模內不同位置上安裝一系列熱電偶，測定澆注過程中鋼液的溫度分布，根據溫降曲線的變化趨勢(找到拐點)，確定凝固前沿的位置。不同研究者在不同條件下測得的K值，通常在20～30mm·min^-1/2範圍。