专利名称：L、r、c法及设备铸造非晶、超微晶、微晶等金属型材的制作方法
技术领域：
本发明的技术领域主要是黑色、有色金属快速凝固获得非晶、微晶、细晶金属组织的技术，低温工作室技术和低温液氮高喷射速度、极薄液膜喷射技术，连续铸造技术。
背景技术：
非晶态金属的强度比一般金属都高，比金属晶须的强度略低。直径为1.6μm的铁晶须抗拉强度达13400MPa，是工业应用退火纯铁的40多倍。目前非晶态金属强度最高的是Fe80B20，达到3630MPa。非晶态金属在高强度的同时有较高韧性，还可以获得特殊的物理性能，如超导特性、抗化学腐蚀性等。但是非晶态金属的杨氏模量和剪切模量一般比晶态金属约低30％～40％，泊松比v一般较高，约0.4。非晶态金属的强度有强烈的温度依赖性，在非晶转变温度Tg附近有明显的软化现象。喷洒液态Al-Cu合金到强冷金属基上，冷却速率达到106℃/S，凝固后得到小于1μm的晶粒，比一般铸造方法得到的强度高6倍以上。细晶晶粒在1～10μm范围内，显微结构十分精细，金属机械性能大为改善。[1]、[2]、[3]显然，使用快速凝固方法生产非晶、微晶、细晶的不同牌号的钢和有色金属型材，对于民用、军事、航天工业均有极其重大的意义。但是，目前在世界范围内还没有任何钢铁或有色金属联合企业能够做到这一点。做成这种状况主要原因如下1冷源不够强大，冷源工作介质通常是空气和水，工作温度一般是大气环境温度。
2连续铸造、定向凝固等铸造方法，只控制液态金属温度在通过液-固区快速下降，凝固以后就改用低速冷却。造成凝固后金属温度很高，随着铸出尺寸增大，导热热阻增大，热量导出困难，快速凝固无法继续进行。
发明内容
本发明的名称是L、R、C法及设备铸造非晶、超微晶、微晶等金属型材。
L——代表低温。L是Low temperature第一个大写字母；R——代表快速凝固。R是rapid solidification第一个大写字母；C——代表连续铸造。C是continoues foundry第一个大写字母。
设备是连铸机及其系统。L、R、C法及连铸机系统的产品是非晶、超微晶、微晶、细晶金属型材。也就是使用低温、快速凝固和连续铸造的方法及其连铸机系统来生产不同牌号、不同规格的非晶、超微晶、微晶、细晶钢和有色金属的型材。
形成非晶、微晶、细晶金属组织的临界冷却速率Vk取决于金属的种类和成分。据相关文献报道，一般认为当液态金属以冷却速率VK≥107℃/S进行凝固、冷却时，凝固后得到非晶态金属。液态金属凝固过程中释出的潜热L＝0；当液态金属以冷却速率VK由大于104℃/S到106℃/S范围内进行凝固、冷却时，凝固后得到微晶组织金属。液态金属凝固过程中释出的潜热L≠0；当液态金属以冷却速率VK＝104℃/S进行凝固、冷却时，凝固后得到细晶组织金属。液态金属凝固过程中释出的潜热L≠0。
为了分析问题简便，金属种类和成分确定以后，可以按照获得非晶、微晶、细晶组织金属的冷却速率VK范围进行生产参数计算，在进行生产实验以后，再根据试验结果进行修正。
当液态金属分别以冷却速率VK＝107℃/S和冷却速率VK＝106℃/S进行凝固、冷却时，凝固后分别得到非晶态金属和微晶组织金属。如果液态金属以冷却速率VK＝106℃/S～107℃/S范围内的任一个冷却速率VK进行凝固、冷却时，凝固后可能得到介于非晶和微晶组织之间的，发明人暂时称之为超微晶的金属组织。予计它们的抗拉强度会高于微晶金属组织，而且随着冷却速率VK的提高而接近非晶金属。在杨氏模量和剪切模量以及泊松比v方面则会接近微晶金属。而且它们的强度不存在温度依赖性。可以予见，超微晶金属型材将是一种较理想的新型金属型材，本发明将予以充分的重视和试验、研究，开发出新的产品。
L、R、C法及其连铸机系统铸造非晶、超微晶、微晶、细晶金属型材原理如下为阐述方便，以金属板材为研究具体实例，按照生产钢、有色金属等不同金属种类、不同板材规格以及获得非晶、超微晶、微晶、细晶不同金属组织的要求，本发明提供完整的计算方法、计算公式和计算程式去确定各种重要的生产参数以及使用这些参数设计、制造连铸机系统并进行生产非晶、超微晶、微晶、细晶各种金属种类和不同规格的板材产品。使用L、R、C法及其连铸机系统铸造非晶、超微晶、微晶、细晶金属型材时、只要将图1、图2中的热铸型4出口的断面形状和尺寸造成与要求生产的型材一致，就能够生产出相应的金属型材。生产参数的制定可以参照板材的计算方法、计算公式和计算程式进行。
图1为L、R、C法及其连铸机系统铸造非晶、超微晶、微晶、细晶金属型材工作原理图。低温、低压的密封工作室8的体积大小，根据生产金属型材的规格及室内设备、装置而定。开动三元复叠制冷循环低温制冷机构使室温下降到-140℃，再使用液氮喷射器5以外的其他液氮喷射装置(图1未表示)，喷入适量的液氮，使室内工作温度达到并保持温度t＝-190℃，压力p略大于1bar。热铸型4出口处的断面形状及尺寸大小由需要生产的金属型材的断面决定。液态金属由浇包回转台1中的浇包定量地、连续地注入中间包2内。液态金属3按图示的液面水平保持恒定。
图2为液态金属在热铸型出口处快速凝固、冷却过程原理图。图中电加热器9通电对热铸型4加热，使与液态金属接触的热铸型内表面温度略高于液态金属的液相线温度，液态金属不会在热铸型内表面凝固。当开始使用L、R、C法连续铸造非晶、超微晶、微晶、细晶金属板材时，首先开动液氮喷射器5向温度为-190℃的牵引杆(金属板材)7连续、定量地喷射液氮。从图2可见喷射液氮与金属板材交接点就设置在热铸型出口的C截面处。紧接着开动图1所示的导向牵引机构6，驱动牵引杆(金属板材)7以连续铸造速度u向图示左方作牵引运动。在Δτ时间间隔内牵引出Δm长度段的极薄金属片。为了连续铸造非晶、超微晶、微晶、细晶金属板材，在Δm长度段内包含的液态金属由温度t1开始凝固、冷却到终止温度t2的整个过程中始终采用同一个冷却速率VK。VK值相应于非晶、超微晶、微晶、细晶金属组织分别为107℃/s、106℃/s～107℃/s、104℃/s～106℃/s、104℃/s。其中t1——液态金属凝固初始温度， ℃；t2——冷却终止温度， ℃，t2＝-190℃。
对应于上述不同的冷却速率VK，Δm长度段所包含的液态金属，从t1开始快速凝固、冷却到t2所需要的时间间隔Δτ可以由以下公式求取。
Δτ=ΔtVKs---(1)]]>
式中Δt＝t1-t2。
各符号意义前面已陈述。
对于0.23C低碳钢，t1＝1550℃，t2＝-190℃。连铸非晶、超微晶、微晶、细晶金属组织需要的快速凝固、冷却的时间间隔Δτ计算结果列于表1。
表1各种金属组织快速凝固需要的Δτ
如果牵引出的Δm长度段所需要的Δτ时间间隔就是Δm长度段的液态金属快速凝固、冷却形成非晶、超微晶、微晶、细晶金属组织所需要的时间间隔Δτ并且在这同一的Δτ时间间隔内喷射出的液氮量通过气化吸热的方式，将Δm长度段的液态金属由开始凝固温度t1凝固、冷却到终止温度t2所包含的内热能全部取走，Δm长度段的液态金属就能够快速凝固、冷却形成非晶、超微晶、微晶、细晶组织的金属薄片。在图2所示的Δm长度段中，a面右侧为液态金属，b-c为刚离开热铸型出口已完全凝固、冷却的金属段。从表1可以看出，获得0.23C钢非晶组织的快速凝固时间间隔Δτ只有1.74×10-4S，细晶金属组织的Δτ也只有1.74×10-1S，即0.174s。在这样短的时间间隔内连铸出Δm长度段也是极小的数值。后面计算表明，在上述获得0.23C钢非晶组织的Δτ＝1.74×10-4S的时间间隔内，连铸出的0.23C非晶碳钢长度段Δm只有0.03mm，超微晶碳钢长度段Δm在0.03mm～0.09 mm范围内，微晶碳钢长度段Δm在0.09mm～0.3mm范围内，细晶碳钢长度段Δm为0.9mm。根据平壁导热理论，当平壁的长和宽各超过厚度10倍时，工程上可以作为一维稳态导热来处理。即，使用L、R、C法连铸0.23C非晶钢板时，只要断面的任一尺寸都大于0.3mm；连铸0.23C超微晶钢板时，只要断面的任一尺寸都大于0.3～0.9mm；连铸0.23C微晶钢板时，只要断面的任一尺寸都大于0.9～3mm，a-c两面之间的热传导可以认为是一维稳态平壁导热。a、b、c截面和与他们平行的任何截面都是等温面。
图3是液态金属在热铸型出口处快速凝固、冷却过程的温度分布。纵坐标为温度，t℃，横坐标是距离，Xmm。在喷射液氮吸热气化强力冷却作用下，a面液态金属的温度下降到凝固初始温度t1，t1就是該金属的液相线温度。b面金属的温度下降到金属的凝固温度ts，ts就是该金属的固相线温度。b面位置设定在热铸型出口处，该位置可以通过开启液氮喷射器5和导向牵引机构6的时间差来调节。a-b截面之间的ΔL段就是液一固共存区，b-c段则是已凝固的固态金属区。C截面金属的温度是冷却终止温度t2，t2＝-190℃。因为整个Δm长度段的传热过程是一维稳态平壁导热，a-c截面间金属的温度分布应如图3所示为线性规律。由此可见b截面是固-液态金属的界面，在b面上凝固的金属迅即被牵引而出，新的液态金属又不断在b截面上凝固，这样就可以连续铸造出非晶、超微晶、微晶、细晶的金属板材。因为固态金属与热铸型之间并不接触，它们之间是依靠液态金属的界面张力来维持的，固态金属与热铸型4之间没有摩擦阻力，可以铸造出表面光滑的金属板材。另一方面，随着L、R、C法铸造非晶、超微晶、微晶、细晶金属板材连续、稳定地进行，铸出的板材长度不断增大，但是C截面的位置和温度并没有改变，t2仍然是-190℃。因此，固态金属导热热阻不会增大，快速凝固、冷却过程不会受到任何影响，Δm长度段液态和固态金属的冷却速率VK始终不变。另外，为了阐述方便，图2、图3表示的Δm长度段的尺寸是示意和放大了的。强力的抽气系统设置在正对着液氮喷射器5的左方(图1、图2都没有表示)，目的是将喷射液氮通过吸热气化所产生的氮气全部迅速、及時地排出工作室8，确保工作室内的温度恒定爲-190℃，压力恒定为略大于1bar。
图1L、R、C法及其连铸机系统铸造非晶、超微晶、微晶、细晶金属型材原理2液态金属在热铸型出口处快速凝固、冷却过程原理3液态金属在热铸型出口处快速凝固、冷却过程的温度分布图4L、R、C法及其连铸机系统热铸型出口向上铸造非晶、超微晶、微晶、细晶金属型材原理图具体实施方式
一确定L、R、C法及其连铸机系统的生产参数计算公式1确定冷却速率VK根据生产非晶、超微晶、微晶、细晶金属板材确定冷却速率VK的方法。见前述。
2确定快速凝固、冷却时间间隔Δτ根据前述。
Δτ=ΔtVks---(1)]]>3确定Δτ时间间隔内连铸长度Δm因为a-c截面间的热传导是一维稳态导热，a-c截面间的导热量Q1按下式计算。
Q1=λCPAΔtΔmw---(2)]]>式中λCP-平均金属导热系数w/m.℃[附件1]；A-垂直于导热方向的截面积 m2；Δt-a-c截面间的温度差 Δt＝t1-t2℃；Δm-a-c截面间距 m。
在以获得非晶态冷却速率VK相对应的Δτ时间间隔内，由a截面传到c截面的热量为ΔQ1。
ΔQ1＝Q1Δτ KJ以(1)式Δτ代入上式，ΔQ1=Q1ΔtVKKJ---(3)]]>图2表示出ΔQ1热量由a截面传导到c截面，而传导到板材上、下表面的热量则为ΔQ1/2。如果喷射到板材上、下表面的液氮，在获得非晶态冷却速率VK相对应的Δτ时间间隔内，通过气化吸热的方式将这部分热量ΔQ1取走，就能够连铸出厚度为E的Δm长度段的非晶板材。同样原理可以获得Δm长度段的超微晶、微晶、细晶金属板材。因为ΔQ1就是喷射液氮在Δτ时间间隔内通过气化所吸取的热量，因此，ΔQ1也就是计算在Δτ时间间隔内喷射出的液氮数量的依据。
在相同的Δτ时间间隔内，液态金属状态下的a面将运动到金属冷却终止的c面，厚度为E的Δm长度段的液态金属所包含的内热能应为ΔQ2＝AΔmρCP(CCPΔt+L)KJ(4)式中A-垂直于导热方向的截面积m2；A＝BEB-金属板材宽度 m；E-金属板材厚度 m；Δm-Δτ时间间隔内连续铸造出厚度为E的金属长度段，即a-c截面间距m；ρcp-平均金属密度 g/cm3[附件1]；CCP-平均金属比热KJ/Kg·℃[附件1]；Δt-a-c截面间温度差 Δt＝t1-t2℃；L-金属潜热，KJ/Kg。
对于非晶态金属，VK≥107℃/s L＝0ΔQ2＝BEΔmρCPCCPΔt KJ(5)对于超微晶、微晶、细晶金属组织L≠0ΔQ2＝BEΔmρCP(CCPΔt+L) KJ(6)当ΔQ1＞ΔQ2时，喷射液氮吸取的热量大于厚度为E的Δm长度段液态金属的内热能。图2中间包内热铸型4出口处a截面右边的液态金属的热量将传导到c面以补充Δm长度段液态金属包含的内热能的不足。这样，b面将逐渐右移，最后凝固的金属填塞热铸型4的出口，连续铸造被逼停止。解决途径有二，一是增大连续铸造速度u，加大Δm。使ΔQ1减小而ΔQ2加大，最后达到ΔQ1＝ΔQ2。但这要受到导向牵引装置6的限制。另一途径是加大电热器9的电功率，以补充ΔQ2不足的热量。但这要增加额外的能量消耗，显然是不经济的。
当ΔQ1＜ΔQ2时，厚度为E的Δm长度段液态金属包含的内热能大于喷射液氮吸取的热量，Δm长度段仍有部分内热能留存下来，影响快速凝固、冷却。要得到予期的快速凝固、冷却的结果。必须降低连续铸造速度u，减小Δm长度段使ΔQ1增大而ΔQ2减小，最后达到ΔQ1＝ΔQ2。
当ΔQ1＝ΔQ2时，喷射液氮在获得非晶态金属的冷却速率VK相对应的Δτ时间间隔内，取走由a截面传到c截面的ΔQ1热量。而这个ΔQ1热量正好就是厚度为E的Δm长度段液态金属所包含的全部内热能ΔQ2。这样，Δm长度段液态金属将按予定的冷却速率VK快速凝固、冷却而得到预期的非晶态金属板材。同理，当喷射液氮以获得超微晶、微晶、细晶金属组织相对应的冷却速率VK一致的Δτ时间间隔内吸取的ΔQ1＝ΔQ2时，厚度为E的Δm长度段的液态金属将得到予期的超微晶、微晶、细晶金属组织的板材。
令ΔQ1＝ΔQ2，以ΔQ1及ΔQ2公式(3)、(4)分别代入得λCPAΔtΔmΔτ=AΔmρCP(CCPΔt+L)]]>Δm=λCPΔtΔτρCP(CCPΔt+L)mm---(7)]]>对于非晶态金属，L＝0
Δm=λCPρCPCCPΔτmm---(8)]]>Δm=αcpΔτ]]>式中αCP-金属平均导温系数αCP=λCPρCPCCPm2/s]]>对于超微晶、微晶、细晶金属组织，以Δτ=ΔtVK]]>代入(7)式，Δm=λCPρCP(CcpΔt+L)VK·Δtmm---(9)]]>从(6)、(7)、(8)式中可以看出Δm取决于λCP、ρCP、CCP、L、Δt、Δτ等参数。其中λCP、ρCP、CCP、L都是金属的物性参数，Δt＝t1-t2，t1是凝固初始温度，t2是冷却终止温度，恒定为-190℃。因此Δt也可以认为是金属的物性参数。当生产板材的金属成分确定以后，这些参数就确定了。而Δτ则取决于生产板材的金属组织，如果决定生产非晶金属组织的板材，冷却速率VK＝107c/s，即冷却速率VK也就决定了。这说明生产的金属成分和组织确定以后，Δτ也就确定了。可见，Δm只取决于两个因素，一个因素是金属种类及成分，另一个因素则是要求的金属组织。
4确定连续铸造速度u对于非晶、超微晶、微晶、细晶金属组织，连续铸造速度u可按下式求取。
u=ΔmΔτm/s---(10)]]>5确定液氮喷射量V为了获得非晶、超微晶、微晶、细晶金属组织板材，在与要求的金属组织相应的Δτ时间间隔内，液氮喷射量ΔV必须能够通过气化吸热方式将厚度为E的Δm长度段液态金属所含的内热能ΔQ2部取走。据此，在Δτ时间间隔内液氮喷射量ΔV计算式如下ΔV=ΔQ2rV′dm3---(11)]]>式中 ΔV-在Δτ时间间隔内液氮喷射量 dm3；r-液氮潜热。
液氮在p＝1.877bar，t＝-190℃状态下，1Kg液氮气化为氮气所吸收的热量。KJ/kgV′-液氮比容积液氮在p＝1.877bar，t＝-190℃状态下1Kg液氮的体积dm3/Kg[附件2]；ΔQ2-在Δτ时间间隔内，厚度为E的Δm长度段液态金属所含的内热能。也就是a截面向c截面传导的热量ΔQ1。KJ。
对于非晶态金属，ΔQ2可按式(5)计算。
对于超微晶、微晶、细晶金属组织的ΔQ2可按式(6)计算。r及V′可在附件2查出，ΔV即可按式(11)计算出来。ΔV确定以后，液氮喷射量V可按下式计算。
V=ΔVΔτ·60dm3/min---(12)]]>式中V-液氮喷射量 dm3/min6确定液氮喷射层厚度h金属板材上、下表面的液氮喷射层厚度h可按下式计算。
h=ΔV2BKΔτmm---(13)]]>式中h-液氮喷射层厚度 mm；K-液氮喷射速度 m/s；B-包括将两侧厚度折算到上下表面的金属板材宽度mm。
ΔV、Δτ意义见前述。
7确定液氮喷射量V气化后体积Vg已知ΔQ2、r等参数后，Vg可按下式计算。
Vg=ΔQ2rV′′60Δτdm3min---(14)]]>式中Vg-液氮喷射量V在p＝1.877bar、t＝-190℃状态下，气化后所占体积dm3/min；V″-喷射液氮在p＝1.877bar、t＝-190℃状态下，1Kg液氮气化为氮气后所占的体积。
dm3/Kg[附件2]。
ΔQ2、r、Δτ的意义见前述。
计算出Vg，可以作为强力抽气系统抽气量的设计依据。
二金属板材内部热传导图2表示在金属板材快速凝固、冷却过程中，ΔQ1热量要由金属板材内部传导到板材表面，再由喷射到板材表面的液氮通过气化吸热方式从板材表面全部取走。但是ΔQ1的热量是否能够迅速、及时由板材内部传导到板材表面？如果能够，ΔQ1的热量才有可能被喷射到板材表面的液氮全部取走。显然，板材内部热量向板材表面传导的速度已成为一个限制的环节了。
因为a-c截面之间所有与a、c截面平行的截面都是等温面，在c截面左侧所有方向的截面也都是温度为-190℃的等温面。板材内部的热量通过上述各个等温面向板材表面传导热量时，根据导热公式，可得Δt＝QRλ式中Q-通过等温面传导的热量，数值大小由a-c截面的传热量决定。W；Δt-等温面上导热温差 ℃；Rλ-等温面上导热热阻 ℃/W。
因为等温面上没有温度差，Δt＝0，传热量Q数值大小由ΔQ1决定，也即由喷射液氮决定，故Q≠0，则Rλ必为零，即Rλ＝0。
Rλ＝0的意义是当金属板材内部经过等温面向板材表面传导热量时，热量的传导是没有任何热阻的。因为c截面左侧的金属都是温度为-190℃的等温面，板材内部热量经任何方向传导到板材表面都没有任何热阻，所以板材内部的热量在c截面左侧向板材表面传导时，完全能够及时地、迅速地传导到板材表面，不会对喷射液氮在板材表面吸热有任何影响。
三L、R、C法及其连铸机系统的液氮应用液氮是无色透明易于流动的液体，具有常规流体的性质，液氮喷射系统中，液氮的压力p、流速V是可以用常规方法进行控制的。液氮在接近临临界状态时，它的物性会出现异常的变化，特别是比热容Cp和导热系数λ会出现峰值性的异变。但喷射液氮在金属板材的快速凝固、冷却过程中，并不是在临临界区工作，故不必考虑临临界区物性的异常变化。液氮标准沸点tboil＝-195.81℃，p＝1.013bar[附件2]。
有人将碳钢直接在液氮中进行搅拌淬火，所得硬度值远远低于在水中淬火的硬度值[4]。资料表示当炽热另件放入大容器的液氮中时，液氮迅速吸热气化，所生成的氮气在大容器中附在另件周围，形成将另件与液氮隔开的氮气层，氮气层不传热，成为另件的隔热层，导致另件散热条件大大恶化，冷却速度下降，使淬火硬度值大大低于水中淬火的硬度值。
对大容器中的水在压力p＝1bar条件下进行加热直到出现池内沸腾现象时，实测水中温度分布。在紧靠加热面2-5mm的薄层水中，温度由大约为100.6℃左右急剧上升到109.1℃，由于温度急剧变化造成水中出现极大的贴壁温度梯度。而在薄层以外的水温却变化不大。这个极大的贴壁温度梯度使水的沸腾放热系数αc远高于水不发生相变时的对流换热系数。由此可以得到一个重要的结论由加热面向水中传热及使水气化，主要发生在这薄薄的2-5mm的水中，在这薄层以外的水所起的作用是不大的。进一步还发现，所有的其他沸腾过程都存在这种紧靠加热面的薄层中出现极大的温度梯度的特性。人们开始使用液面不超过2-5mm的浅池加热和流体厚度不超过2-5mm的流动沸腾，它们都产生更显著的贴壁温度梯度。这种低液面的沸腾专称为液膜沸腾。而薄液膜的流动沸腾，由于流体流速的影响，贴壁的温度梯度更大，使这种薄液膜流动沸腾更具有异常高的传热能力。为了发挥高流速的作用，有人使用30m/s高流速的水，流入直径为5mm的圆管，达到qw=1.73×108w/m2[5].]]>基于对上述资料的分析，L、R、C法采用高喷射速度，极薄液膜的喷射传热技术。由下式h=ΔV2BKΔτmm---(13)]]>式中符号意义见前。
确定Δτ、ΔV以后，提高液氮喷射速度K，采用30m/s甚至更高的数值，控制液氮喷射层厚度h在2～3mm甚至1～2mm范围内，实现高喷射速度、极薄液膜的喷射技术。
在图2液氮喷射器5出口处，喷射液氮及工作室8相关参数如下p-液氮喷射压力 p＝1.877bar；t-液氮温度 t＝-190℃；Kmax-液氮最大喷射速度 Kmax＝30m/s；h-液氮喷射层厚度 h＝2～3mm或1～2mm；pb-工作室工作压力 pb＝1bar；tb-工作室工作温度 tb＝-190℃。
液氮从液氮喷射器5中的高度为2～3mm或1～2mm的出口处向工作室的大空间喷出，因为射流很薄，流速极高，流束经过一小段距离后与板材接触时，整个流束断面从边缘到中心，压力都迅速由1.877bar下降到1bar，在这个压力数值下液氮的饱和温度也就是液氮的沸点温度tboil，tboil＝-195。81℃[附件2]。喷射液氮的温度则仍是t＝-190℃，它比沸点温度高，因此液氮处于沸腾状态，只要有热量传到，液氮就能迅速气化。气化速度与液氮温度和沸点温度之间的温度差有关，现在的温度差是5.75℃，如果温度差进一步提高，液氮吸热气化的速度将会更高。
上述液氮喷射压力由1.877bar下降到1bar而液氮的温度比压力为1bar时的饱和温度即沸点温度高的情况也符合容积沸腾的物理条件[6]。只要热量供应充足，液氮喷射层将在瞬间发生整体均相气化。液氮瞬间全部气化，自然也不存在隔开喷射液氮的氮气层。
采取液氮流速高达30m/s，控制液氮喷射层厚度只有2～3mm，甚至1～2mm。目的在于使这个高流速的薄层正好就是出现极大贴壁温度梯度的薄层，这样整个薄层的液氮都处于极大贴壁温度梯度之中，所有薄层中液氮都参与强烈的传热作用，而高流速的因素更使传热作用极其强烈，导致整个薄层的液氮全部参与吸热气化。而气化出来的气体则被抽气系统全部迅速地抽走，即使在金属板材的下表面也不存在将喷射液氮隔开的氮气层。由此可见，在板材上、下表面喷射液氮的快速凝固、冷却效果是相同的。金属板材表面温度高低，也影响贴壁温度的大小，传热作用的强烈程度。同样也影响液氮吸热气化的速度。
从上述分析可以看出L、R、C法及其连铸机系统采用高喷射速度、极薄液膜的喷射技术，喷射液氮通过吸热气化方式，在要求的Δτ时间间隔内及时将ΔQ1热量取走，不会在金属板材表面上出现隔开喷射液氮的氮气层。
四喷射液氮与金属板材的热交换L、R、C连铸机系统开始铸造时，喷射液氮按图2所示在c截面处与金属板相接，因为刚开始铸造，金属板材与液氮温度都是-190℃，故在Δτ时间间隔刚开始的瞬间，液氮与金属板材没有热交换。但是，当Δτ时间间隔运行一个极小的时间区间，ΔQ1/2热量中一小部分在这时间区间内也传到交接处的板材表面。该处的板材表面温度迅即升高，液氮与板材表面产生温度差，液氮开始与板材表面进行热交换，通过吸热气化取走这部分热量，板材表面温度随即下降到-190℃。喷射到交接处的液氮全部气化后产生的氮气也在这极小的时间区间内被强力抽气系统全部排到工作室8的外面。Δτ时间间隔从这一极小的时间区间又再运行一个极小的时间区间，金属板材又再左移一极小距离，新的喷射液氮又喷射在新运行到的板材表面上，液氮与板材间的热交换又再重复上述过程。这样经过Δτ时间间隔，喷射液氮最终将ΔQ1/2的热量取走，综合金属板材上、下表面，喷射液氮最终将Δ Q1的热量全部取走。快速凝固、冷却过程将按予期要求进行，最后生产出要求的非晶、超微晶、微晶、细晶金属组织的金属板材。
也许由于液氮与金属板材热交换的实际情况与上述过程略有不同，导致板材最后的冷却终止温度t2比-190℃略高10～20℃，即t2＝-180～-170℃。但这对生产非晶、超微晶、微晶、细晶金属组织金属板材的结果不会有什么影响。金属板材最终温度也会是-190℃。
最后，工作室8的工作压力pb＝1bar应由强力抽气系统维持恒定不变。工作温度tb＝-190℃可以根据生产实验的结果作适当调整。
五铸造最大厚度Emax的非晶、超微晶、微晶、细晶金属板材生产参数的计算程式研究对象是宽度B＝1m的金属板材。
确定液氮喷射层厚度h＝2mm而且固定不变。在极大贴壁温度梯度及喷射液氮因压力下降引起的均相容积气化共同作用下，h＝2mm的喷射液氮层能够全部吸热气化而铸造出非晶、超微晶、微晶、细晶金属板材。h＞2mm，可能铸造不出要求的金属组织板材。h固定为2mm，液氮喷射器5的喷嘴因尺寸固定不用更换。
确定最大液氮喷射速度Kmax＝30m/s。当B＝1m、h＝2mm、Kmax＝30m/s时，液氮喷射器5所喷射的是最大液氮喷射量Vmax。在这个液氮量作用下将连铸出最大厚度Emax的非晶、超微晶、微晶、细晶金属板材。
具体计算程式如下1确定冷却速率Vk根据要求生产的非晶、超微晶、微晶、细晶金属组织，确定不同的冷却速率Vk数值。
2计算快速凝固、冷却时间间隔Δτ由公式(1)计算ΔτΔτ=ΔtVKs---(1)]]>3计算Δτ时间间隔内连铸长度段Δm对于非晶态金属组织，按公式(8)计算Δm=λCPρCPCCPΔτmm---(8)]]>对于超微晶、微晶、细晶金属组织，按公式(9)计算Δm=λCPρCP(CCPΔt+L)VK·Δtmm---(9)]]>4计算连续铸造速度u按公式(10)计算u=ΔmΔτm/s---(10)]]>Vk、Δτ、Δm、u参数只取决于金属热物性和不同的非晶、超微晶、微晶、细晶金属组织，与金属板材厚度无关。金属种类、成分、要求的金属组织确定后，Vk、Δτ、Δm、u参数值也确定了。金属板材厚度变化不影响这些参数值。
5计算ΔVmaxΔVmax是最大液氮喷射速度Kmax＝30m/s、液氮喷射层厚度h＝2mm、金属板材宽度B＝1m固定不变条件下，在Δτ时间间隔内，液氮喷射器5所喷射的液氮量。这个液氮喷射量就是Δτ时间间隔内最大液氮喷射量。ΔVmax可以使用式(13)进行计算，将ΔV以ΔVmax代入并将式(13)改写成式(15)，即可计算出ΔVmax。
ΔVmax＝2BKmaxΔτh dm3(15)6计算ΔQ2max
ΔQ2max是最大液氮喷射量ΔVmax完全气化时所吸取的热量。将式(11)中的ΔV、ΔQ2以ΔVmax、ΔQ2max代替并改写成式(16)，即可计算出ΔQ2max。
ΔQ2max=ΔVmaxrV′KJ---(16)]]>7计算非晶、超微晶、微晶、细晶金属板材最大厚度EmaxΔQ2max既是最大液氮喷射量ΔVmax完全气化时所吸取的热量，同时也是最大厚度Emax时，非晶、超微晶、微晶、细晶金属板材Δm长度段内液态金属所包含的内热能。因此，最大厚度Emax可以按下述方式求得。
对于非晶金属板材，将式(5)中的ΔQ2、E以ΔQ2max、Emax代换并改写成式(17)，即可计算出Emax。
Emax=ΔQ2maxBΔmρCPCCPΔtmm---(17)]]>对于超微晶、微晶、细晶金属板材，将式(6)中的ΔQ2、E以ΔQ2max、Emax代替并改写成式(18)，即可计算出Emax。
Emax=ΔQ2maxBΔmρCP(CCPΔt+L)mm---(18)]]>8计算Vmax将式(12)中V、ΔV以Vmax、ΔVmax代替并改写成式(19)，即可计算出Vmax。
Vmax=ΔVmaxΔτ·60dm3/min---(19)]]>将式(15)代入上式，整理得Vmax＝120BKmaxh dm3/min(19)′B、Kmax、h不变时，Vmax亦不变。
9计算Vgmax将式(14)中的Vg、ΔQ2以Vgmax、ΔQ2max代换并改写成式(20)，即可计算出Vgmax。
Vgmax=ΔQ2maxrV′′60Δτdm3/min---(20)]]>将ΔQ2max计算式(16)代入上式，整理后得Vgmax=120BKmaxhV′V′′dm3/min---(20)′]]>V′、V″是液氮热物性参数，随温度t而变化，当液氮温度t＝-190℃时，V′、V″也确定了。B、Kmax、h不变，Vgmax亦不变。
六铸造厚度为E的非晶、超微晶、微晶、细晶金属板材生产参数的计算程式根据前述，Vk、Δτ、Δm、u参数与金属板材厚度无关，他们的数值仍与铸造最大厚度Emax的非晶、超微晶、微晶、细晶金属板材时的数值相同。而与热量有关的ΔV、ΔQ2V、Vg等参数则因Δm长度段内厚度由Emax减小为E，液态金属数量减小，包含的内热能也减小，导致这些参数值有所下降。他们的计算程式如下1计算比例系数X
X=EmaxE---(21)]]>式中Emax-非晶、超微晶、微晶、细晶金属板材最大厚度 mm；E-非晶、超微晶、微晶、细晶金属板材厚度mm；X-比例系数。
2计算ΔQ2、ΔV、V、Vg因为Δm长度段内液态金属所含的内热能与金属板材厚度成正比，下列公式成立。
X=ΔQ2maxΔQ2=ΔVmaxΔV=VmaxV=VgmaxVg---(22)]]>3计算液氮喷射速度K在液氮喷射层厚度h＝2m不变情况下，液氮喷射量由Vmax下降到V，液氮喷射速度也将由Kmax下降到K。Kmax与K符合式(23)关系。
X=KmaxK---(23)]]>上述公式说明，使用比例系数公式(21)、(22)、(23)，可以通过Emax的相关参数值计算出厚度为E的非晶、超微晶、微晶、细晶金属板材的生产参数值。
根据上述计算程式，可以对不同金属种类和不同厚度的非晶、超微晶、微晶、细晶金属板材进行生产参数计算，根据计算结果进行生产试验，设计、制造L、R、C法连铸机系统和生产相关的板材产品。
为了阐明如何应用L、R、C法及其连铸机系统铸造非晶、超微晶、微晶、细晶金属板材生产参数的计算程式去计算确定生产参数数值以及如何去组织生产。黑色金属以宽度B＝1m的0.23C软钢板，有色金属以宽度B＝1m铝板作为生产参数计算程式的应用以及如何组织生产的实例。
七L、R、C法及其连铸机系统铸造0.23C非晶、超微晶、微晶、细晶钢板和生产参数的确定0.23C钢板相关参数和热物性参数B-钢板宽度， B＝1m；E-钢板厚度， E＝Xm；L-潜热， L＝310KJ/Kg；λCP-平均导热系数， λcP＝36.5×10-3KJ/m·℃·s[附件1]；ρCP-平均密度， CCP-平均比热， CCP＝0.822KJ/Kg·℃[附件1]；t1-凝固初始温度，t1＝1550℃t2-凝固、冷却终止温度， t2＝-190 ℃。
液氮热物理参数数据如下[附件2]
表2液氮热物理参数 ℃ p bar V′ dm3/Kg V″ dm3/Kg rKJ/Kg-190 1.8771.281 122.3 190.7表中t-液氮温度，℃，t＝-190℃；p-t＝-190℃状态下液氮压力，bar，p＝1.877bar；V′-t＝-190℃、p＝1.877bar状态下，1Kg液氮所占体积，dm3/Kg；V″-t＝-190℃、p＝1.877bar状态下，1Kg液氮气化后氮气所占体积，dm3/Kg；r-t＝-190℃、p＝1.877bar状态下的潜热，即1Kg液氮在t＝-190℃、p＝1.877bar状态下气化为氮气所吸收的热量KJ/Kg。
1L、R、C法及其连铸机系统铸造0.23C非晶钢板和生产参数的确定1.1L、R、C法及其连铸机系统铸造最大厚度Emax0.23C非晶钢板和生产参数的确定(1)确定0.23C非晶钥板凝固、冷却全过程的冷却速率Vk取Vk＝107℃/s。
(2)计算Δτ将Vk、t1、t2数据代入式(1)，得Δτ=t1-t2VK=1550-(-190)107=1.74×10-4|s]]>(3)计算Δm对于非晶钢板，按式(8)计算Δm=λCPρCPCCPΔτ=36.5×10-37.86×103×0.822×1.74×10-4=0.3135mm]]>(4)计算u，按式(10)计算u=ΔmΔτ=0.031351.74×10-4=10.81m/min]]>(5)计算ΔVmax，按式(15)计算取Kmax＝30m/sΔVmax＝2BKmaxΔτh＝2×1×103×30×103×1.74×10-4×2＝0.02088dm3(6)计算ΔQ2max，按式(16)计算ΔQ2max=ΔVmaXrV′=0.02088×190.71.281=3.1084KJ]]>(7)计算Emax，按式(17)计算Emax=ΔQ2maxBΔmρCPCCPΔt=3.1084100×0.003135×7.8×10-3×0.822×1740=8.9mm]]>(8)计算Vmax，按式(19)′计算
Vmax＝120BKmaxh＝120×1×103×30×103×2＝7200dm3/min(9)计算Vgmax，按式(20)计算Vgmax=120BKmaxhV′V′′=120×1×103×30×103×21.281×122.3=687400.5dm3/min]]>上述计算表明当液氮喷射器5中的液氮以液氮喷射层厚度h＝2mm、最大液氮喷射速度Kmax＝30m/s的速度，将最大液氮喷射量Vmax＝7200dm3/min喷射到热铸型4出口的0.23C钢板的同时，导向牵引机构6以连续铸造速度u＝10.81m/min的速度牵引板材离开热铸型4的出口，L、R、C法连铸机系统就能够使断面尺寸为1000×8.9mm2的Δm＝0.03135mm长度段所包含的温度为t1＝1550℃液态金属以冷却速率Vk＝107℃/s，凝固、冷却到t2＝-190℃，最后连续铸造出最大厚度Emax＝8.9mm、宽度B＝1000mm的0.23C非晶钢板。
1.2L、R、C法及其连铸机系统铸造厚度E的0.23C非晶钢板和生产参数的确定(1)取E＝5mm。E＝5mm的Vk、Δτ、Δm、u仍和Emax＝8.9mm时的参数值相同。即Vk＝107℃/s、Δτ＝1.74×10-4s、Δm＝0.03135mm、u＝10.81m/min。
(2)计算X，按式(21)计算X=EmaxE=8.95=1.78]]>(3)计算ΔV，按式(22)计算ΔV=ΔVmaxX=0.020881.78=0.01173dm3]]>(4)计算ΔQ2，按式(22)计算ΔQ2=ΔQ2maxX=3.10841.78=1.746KJ]]>(5)计算V，按式(22)计算V=VmaxX=72001.78=4044.9dm3/min]]>(6)计算Vg，按式(22)计算Vg=VgmaxX=687400.51.78=386180.1dm3/min]]>(7)计算K，按式(23)计算K=KmaxX=301.78=16.9m/s]]>上述计算表明在连续铸造速度u＝10.81m/min和液氮喷射层厚度h＝2mm不变情况下，液氮喷射量下降到V＝4044.9dm3/min，相应的液氮喷射速度下降到K＝16.9m/s，即可连续铸造出E＝5mm的0.23C非晶钢板。
2L、R、C法及其连铸机系统铸造0.23C超微晶钢板和生产参数的确定研究0.23C超微晶钢板连续铸造生产时，探讨不同冷却速率Vk条件下可以生产的最大厚度Emax和其他厚度E的超微晶钢板生产参数。取冷却速率Vk2×106℃/s、4×106℃/s、6×106℃/s、8×106℃/s作为0.23C超微晶钢板的参数组合。
2.1L、R、C法及其连铸机系统铸造冷却速率Vk＝2×106℃/s的0.23C超微晶最大厚度Emax钢板和生产参数的确定取Kmax＝30m/s、h＝2mm固定不变。Vk＝2×106℃/s。
(1)计算Δτ，按式(1)计算Δτ=t1-t2VK=1550-(-190)2×1068.7×10-4s]]>(2)计算Δm对于超微晶钢板，凝固过程有潜热存在，按式(9)计算Δm=λCPρCP(CCPΔt+L)VK·Δt]]>=36.5×10-37.86×103(0.822×1740+310)×2×106×1740]]>=0.0636mm.]]>(3)计算u，按式(10)计算u=ΔmΔτ=0.06368.7×10-4=4.39m/min]]>(4)计算ΔVmax，按式(15)计算ΔVmax＝2BKmaxΔτh＝2×1×103×30×103×8.7×10-4×2＝0.1044dm3(5)计算ΔQ2max，按式(16)计算ΔQ2max=ΔVmaxrV′=0.1044×190.71.281=15.55KJ]]>(6)计算Emax，对于超微晶钢板，按式(18)计算Emax=ΔQ2maxBΔmρCP(CCPΔt+L)=15.55100×0.00636×7.8×10-3(0.822×1740+310)=18mm]]>(7)计算Vmax，按式(19)′计算Vmax＝120BKmaxh＝120×1×103×30×103×2＝7200dm3/min(8)计算Vgmax，按式(20)′计算Vgmax=120BKmaxhV′V′′=120×1×103×30×103×21.281×122.3=687400.5dm3/min]]>2.2L、R、C法及其连铸机系统铸造冷却速率Vk＝2×106℃/s的0.23C超微晶厚度为E的钢板和生产参数的确定(1)取E＝15mm。E＝15mm的Vk、Δτ、Δm、u仍和Emax＝18mm时的参数值相同。即Vk＝2×106℃/s、Δτ＝8.7×10-4s、Δm＝0.0636mm、u＝4.39m/min
(2)计算X，按式(21)计算X=EmaxE=1815=1.2]]>(3)计算ΔV，按式(22)计算ΔV=ΔVmaxX=0.10441.2=0.087dm3]]>(4)计算ΔQ2，按式(22)计算ΔQ2=ΔQ2maxX=15.551.2=12.96KJ]]>(5)计算V，按式(22)计算V=VmaxX=72001.2=6000dm3/min]]>(6)计算Vg，按式(22)计算Vg=VgmaxX=687400.51.2=572833.8dm3/min]]>(7)计算K，按式(23)计算K=KmaxX=301.2=25m/s]]>使用其他的冷却速率Vk的组合，生产最大厚度Emax和其他厚度E的0.23C超微晶钢板的生产参数计算程式与冷却速率Vk＝2×106℃/s组合是相同的。计算结果列于表3、表4、表5、表6、表7、表8。计算过程不再赘述。
3L、R、C法及其连铸机系统铸造最大厚度Emax和其他厚度E的微晶钢板和生产参数的确定微晶金属组织的冷却速率范围是Vk≥104℃/s～106℃/s。设定使用冷却速率Vk＝106℃/s凝固、冷却连续铸造出的钢板为微晶钢板(一)，使用冷却速率Vk＝105℃/s凝固、冷却连续铸造出的钢板为微晶钢板(二)。对微晶钢板(一)和微晶钢板(二)进行连续铸造最大厚度Emax和其他厚度E的L、R、C法及其连铸机系统的生产参数计算。其计算程式和公式的使用与超微晶钢板的生产参数计算程式和使用的公式完全相同。其相关参数计算结果列于表3、表4、表5、表6、表7、表8。计算过程从略。
4L、R、C法及其连铸机系统铸造最大厚度Emax和其他厚度E的细晶钢板和生产参数的确定细晶金属组织的冷却速率范围是Vk≤104℃/s。其相关参数计算结果列于表3、表4、表5、表6、表7、表8。计算过程从略。
表3 0.23C非晶、超微晶、微晶、细晶钢板最大厚度Emax和生产参数(B＝1m、Kmax＝30m/s、h＝2mm)
表4E＝20mm，0.23C非晶、超微晶、微晶、细晶钢板的生产参数(B＝1m、h＝2mm)
表5 E＝15mm，0.23C非晶、超微晶、微晶、细晶钢板的生产参数(B＝1m、h＝2mm)
表6E＝10mm，0.23C非晶、超微晶、微晶、细晶钢板的生产参数(B＝1m、h＝2mm)
表7E＝5mm，0.23C非晶、超微晶、微晶、细晶钢板的生产参数(B＝1m、h＝2mm)
表8 E＝1mm，0.23C非晶、超微晶、微晶、细晶钢板的生产参数(B＝1m、h＝2mm)
表3提供了连铸0.23C非晶、超微晶、微晶、细晶钢板的最大厚度Emax的数值以及相应的生产参数。表4～表8提供了厚度E＝20mm、15mm、10mm、5mm、1mm的0.23C非晶、超微晶、微晶、细晶钢板的生产参数。在上述厚度范围内通过查表就可以确定相关生产参数。
对于微晶(二)钢板，因为Δm＝0.284mm，当钢板厚度小于2.84mm时，Δm＞E/10，不符合一维稳态导热条件。同样，细晶钢板Δm＝0.899mm，钢板厚度E小于9mm时，也不符合一维稳态导热条件。即表8的微晶(二)数据和表7、表8的细晶数据不能使用。
为了满足表3～表8的生产参数要求，L、R、C法的连铸机喷射系统应能对于E＝1mm～8.9mm的0.23C非晶钢板，液氮喷射量应能在809dm3/min～7200dm3/min范围内调节，液氮喷射速度应能在3.37m/s～30m/s范围内调节。
对于E＝1mm～18mm0.23C超微晶钢板，液氮喷射量应能在400dm3/min～7200dm3/min范围内调节，液氮喷射速度应能在1.7m/s～30m/s范围内调节。
对于E＝1mm～25.5mm的0.23C微晶(一)钢板，液氮喷射量应能在282.4dm3/min～7200dm3/min范围内调节，液氮喷射速度应能在1.18m/s～30m/s范围内调节。
对于E＝1mm～80.6mm的0.23C微晶(二)钢板，液氮喷射量应能在89.3dm3/min～7200dm3/min范围内调节，液氮喷射速度应能在0.37m/s～30m/s范围内调节。
对于E＝1mm～255mm0.23C细晶钢板，液氮喷射量应能在28.2dm3/min～7200dm3/min范围内调节，液氮喷射速度应能在0.12m/s～30m/s范围内调节。
八L、R、C法及其连铸机系统铸造非晶、超微晶、微晶、细晶铝板和生产参数的确定铝板相关参数和热物性参数B-铝板宽度，B＝1m；E-铝板厚度，E＝Xm；L-潜热，L＝397.67KJ/Kg[附件1]；λCP-平均导热系数， λCP＝256.8×10-3KJ/m·℃·s[附件1]；
ρCP-平均密度，CCP-平均比热， CCP＝1.085KJ/Kg·℃[附件1]；t1-凝固初始温度， t1＝750℃；t2-凝固、冷却终止温度，t2＝-190℃。
冷源条件与0.23C钢板连续铸造相同。液氮热物理参数如表2所示。
1L、R、C法及其连铸机系统铸造非晶铝板和生产参数的确定1.1L、R、C法及其连铸机系统铸造最大厚度Emax非晶铝板和生产参数的确定(1)确定非晶铝板凝固、冷却全过程的冷却速率Vk取Vk＝107℃/s(2)计算Δτ，按式(1)计算Δτ=t1-t2VK=750-(-190)107=9.4×10-5s]]>(3)计算Δm，按式(8)计算Δm=λCPρCPCCPΔτ=256.8×10-32.591×103×1.085×9.4×10-5=0.093mm]]>(4)计算u，按式(10)计算u=ΔmΔτ=0.0939.4×10-5=59.15m/min]]>(5)计算ΔVmax，按式(15)计算取Kmax＝30m/s。
ΔVmax＝2BkmaxΔτh＝2×1×103×30×103×9.4×10-5×2＝0.01128dm3(6)计算ΔQ2max，按式(16)计算ΔQ2max=ΔVmaxrV′=0.01128×190.71.281=1.679KJ]]>(7)计算Emax，按式(17)计算Emax=ΔQ2maxBΔmρCPCCPΔt=1.679100×0.0093×2.591×10-3×1.085×940=6.8mm]]>(8)计算Vmax，按式(19)′计算Vmax＝120BKmaxh＝120×1×103×30×103×2＝7200dm3/min
(9)计算Vgmax，按式(20)′计算Vgmax=120BKmaxhV′V′′=120×1×103×30×103×21.281×122.3=687400.5dm3/min]]>1.2L、R、C法及其连铸机系统铸造厚度E非晶铝板和生产参数的确定(1)取E＝5mm。E＝5mm的Vk、Δτ、Δm、u仍和Emax＝6.8时的参数值相同。即Vk＝107℃/s、Δτ＝9.4×10-5s、Δm＝0.093mm、u＝59.15m/s。
(2)计算X，按式(21)计算X=EmaxE=6.85=1.36]]>(3)计算ΔV，按式(22)计算ΔV=ΔVmaxX=0.011281.36=0.0083dm3]]>(4)计算ΔQ2，按式(22)计算ΔQ2=ΔQ2maxX=1.6791.36=1.24KJ]]>(5)计算V，按式(22)计算V=VmaxX=72001.36=5294.1dm3/min]]>(6)计算Vg，按式(22)计算Vg=VgmaxX=687400.51.36=505441.5dm3/min]]>(7)计算K，按式(23)计算K=KmaxX=301.36=22.1m/s]]>对L、R、C法连铸0.23C非晶钢板和非晶铝板的生产参数进行对比可知在液氮生产参数数值相同条件下(Vmax＝7200dm3/min、Kmax＝30m/s、h＝2mm)，0.23C非晶钢板最大厚度Emax＝8.9mm，非晶铝板Emax＝6.8mm，钢板比铝板厚1.31倍。而非晶钢板u＝10.81m/min，非晶铝板u＝59.15m/min，即每分钟可以铸出厚度为8.9mm的0.23C非晶钢板10.81m，却可以生产厚度为6.8mm的非晶铝板59.15m。这主要是因为两者Δm数值不同导致的。而非晶金属组织的Δm数值是由公式(8)决定的。
Δm=αCPΔτ---(8)]]>式中αCP-金属平均导温系数αCP=λCPρCPCCPm2/s]]>使用L、R、C法连铸金属板材时，如果某金属λCP较大而ρCPCCP较小，则该金属传导的热量较大而储热量较小，导致该金属的Δm长度段数值较大。因为图2的a-c面传热量为ΔQ1。
ΔQ1=λCPAΔtΔmΔτ]]>λCP增大，ΔQ1也增大，为保持ΔQ1＝ΔQ2，Δ Q2也必须增大。ΔQ2是Δm长度段内液态金属所包含的内热能。
ΔQ2＝BEΔmρCPCCPΔt铝的ρCPCCP较小，ΔQ2要增大必须使Δm增大，Δm增大使ΔQ2增大同时也使ΔQ1减小。当Δm增大到某一个数值使ΔQ1＝ΔQ2时，Δm的数值也就确定了。
根据计算，0.23C钢αCP＝0.0203m2/h，铝αCP＝0.329m2/h，0.23C钢Δτ＝1.74×10-4s，铝的Δτ＝9.4×10-5s。αCP和Δτ共同作用结果使非晶铝的Δm＝0.093mm而0.23C非晶钢的Δm＝0.03135mm，两者相差约3倍。铝的Δm增大使连续铸造速度增大到u＝59.15m/min。这使得图1中的导向牵引结构6的牵引速度要达到59.15m/min。而且运动要求平稳、无颤动，机构设置有一定的难度。
2L、R、C法及其连铸机系统铸造超微晶铝板和生产参数的确定取冷却速率Vk2×106℃/s、4×106℃/s、6×106℃/s、8×106℃/s作为超微晶铝板参数组合。
2.1L、R、C法及其连铸机系统铸造冷却速率Vk＝2×106℃/s的最大厚度Emax超微晶铝板和生产参数的确定取Kmax＝30m/s、h＝2mm固定不变。
(1)计算Δτ，按式(1)计算Δτ=t1-t2VK=750-(-190)2×106=4.7×10-4s]]>(2)计算Δm对于超微晶铝板、凝固过程释放出潜热。按式(9)计算。
Δm=λCPρCP(CCPΔt+L)VK·Δt]]>=256.8×10-32.591×103(1.085×940+397.67)×2×106×940]]>=0.176mm]]>
(3)计算u，按式(10)计算u=ΔmΔτ=0.1764.7×10-4=22.5m/min]]>(4)计算ΔVmax，按式(15)计算ΔVmax＝2BKmaxΔτh＝2×1×103×30×103×4.7×10-4×2＝0.0564dm3(5)计算ΔQ2max，按式(16)计算ΔQ2max=ΔVmaxrV′=0.0564×190.71.281=8.4KJ]]>(6)计算Emax，对于超微晶铝板，按式(18)计算Emax=ΔQ2maxBΔmρCP(CCPΔt+L)]]>=8.4100×0.0176×2.591×10-3(1.085×940+397.67)]]>=13mm]]>(7)计算Vmax，按式(19)′计算Vmax＝120BKmaxh＝120×1×103×30×103×2＝7200dm3/min(8)计算Vgmax，按式(20′计算Vgmax=120BKmaxhV′V′′=120×1×103×30×103×21.281×122.3]]>=687400.5dm3/min]]>对使用冷却速率Vk＝2×106℃/s生产其他厚度E的超微晶铝板进行生产参数计算；对使用冷却速率Vk＝4×106℃/s、6×106℃/s、8×106℃/s生产最大厚度Emax和其他厚度E的超微晶铝板进行生产参数计算；对使用冷却速率Vk＝106℃/s、105℃/s、104℃/s生产最大厚度Emax和其他的厚度E的微晶(一)、微晶(二)、细晶铝板进行生产参数计算。将上述所有的计算结果全部列于表9、表10、表11、表12、表13、表14。计算过程不再赘述。
表9非晶、超微晶、微晶、细晶铝板最大厚度Emax和生产参数(B＝1m、Kmax＝30m/S、h＝2mm)
表10E＝20mm，非晶、超微晶、微晶、细晶铝板的生产参数(B＝1m、h＝2mm)
表11E＝15mm，非晶、超微晶、微晶、细晶铝板的生产参数(B＝1m、h＝2mm)
表12E＝10mm，非晶、超微晶、微晶、细晶铝板的生产参数(B＝1m、h＝2mm)
表13E＝5mm，非晶、超微晶、微晶、细晶铝板的生产参数(B＝1m、h＝2mm)
表14E＝1mm，非晶、超微晶、微晶、细晶铝板的生产参数(B＝1m、h＝2mm)
表9提供了连铸非晶、超微晶、微晶、细晶铝板的最大厚度Emax的数值以及相应的生产参数。表10～表14提供了厚度E＝20mm、15mm、10mm、5mm、1mm非晶、超微晶、微晶、细晶铝板的生产参数。在上述厚度范围内通过查表就可以确定相关生产参数。
对于超微晶铝板，冷却速度Vk在2×106℃/s～6×106℃/s范围内，Δm在0.176mm～0.102mm之间，当铝板厚度小于1.76mm～1.02mm时，Δm＞E/10，不符合一维稳态导热条件；对于微晶(一)铝板，Δm＝0.249mm，当铝板厚度小于2.5mm时不符合一维稳态导热条件；对于微晶(二)铝板，Δm＝0.786mm，当铝板厚度小于7.86mm时不符合一维稳态导热条件；对于细晶铝板，因为Δm＝2.49mm，铝板厚度必须大于25mm才能符合一维稳态导热条件。
表9～表14也提供了L、R、C法连铸机喷射系统在液氮喷射量V及液氮喷射速度K方面调节范围的相关资料。
为保证b面位置处于图2所示的热铸型4出口处，在设计导向牵引机构6和液氮喷射器5时，应当考虑连续铸造速度u和液氮喷射量V能够根据b面实际所处的位置而作出微量调节以确保b面处于热铸型出口的正确位置上。对于液氮喷射流与金属型(板)材7交接处的C面，则应通过更改图2所示的喷嘴结构，以确保液氮喷射流与金属型(板)材在C面相交接。
L、R、C法及其连铸机系统的适用性很强，可以连续铸造生产出各种牌号和规格的钢和铝、铜、钛等有色金属的非晶、超微晶、微晶、细晶金属组织型材以及设计、制造L、R、C法的连铸机系统。其工作原理和生产参数的确定可以参照连续铸造0.23C钢和铝的非晶、超微晶、微晶、细晶板材计算程式进行。
图4是L、R、C法及其连铸机系统热铸型出口向上铸造非晶、超微晶、微晶、细晶金属型材原理图。是一个备用方案，不再详述。
L、R、C法及其连铸机系统连续铸造非晶、超微晶、微晶、细晶金属型材的经济效益目前世界范围内还没有哪一个工厂、企业能够使用快速凝固方法生产出金属组织为非晶、超微晶、微晶、细晶的黑色和有色金属各种规格的型材。但是，本发明能够做到。L、R、C法及其连铸机系统生产的产品将以优良的性能、合理的价格独占全世界的相关市场。
根据图1、图2所示的L、R、C法的原理和相关参数设计、制造的L、R、C法及其连铸机自动生产线的全套设备。同样可以独占国际市场。
对于L、R、C法及其连铸机系统连续铸造黑色和有色金属的非晶、超微晶、微晶、细晶金属型材的大型联合企业，除矿山、冶炼厂外，基本组成是熔炼厂、液氧空气分离厂以及L、R、C法连续铸造厂。旧有的钢铁及有色金属联合企业将出现重大改变。
综合上述个方面，本发明的经济效益，无论怎样的估计都不会过分。
附件1钢和铝、钛、铜等有色金属在不同温度下热性质表15 0.23C软钢在不同温度下热性质[7]温 度 比 热 热 函 热 导 率K℃ J/kg·k kcal/kg·k KJ/kg kcal/kg w/m·k kcal/m·h cal/cm·s·k273 0469 0.112 0 051.844.6 0.124 ρ＝7.86(15℃)373 100 485 0.116 47.7 11.4 51.043.9 0.122 BOH 930℃退火473 200 519 0.124 98.7 23.6 48.641.8 0.116 0.23C，0.11Si573 300 552 0.132 153.1 36.6 44.438.2 0.106 0.63Mn，0.034S673 400 594 0.142 211.7 50.6 42.636.7 0.102 0.034P，0.07Ni773 500 661 0.158 276.1 66.0 39.333.8 0.094873 600 745 0.178 348.5 83.3 35.630.6 0.085 比热为50℃以下973 700 845 0.202 430.1 102.831.827.4 0.076 平均值1023 750 1431 0.342 501.7 119.928.524.5 0.0681073 800 954 0.228 549.4 131.325.922.3 0.0621173 900 644 0.154 618.4 147.826.422.7 0.0631273 1000 644 0.154 683.2 163.627.223.4 0.0651373 1100 644 0.154 748.1 178.828.524.5 0.0681473 1200 661 0.158 814.2 194.629.725.6 0.0711573 1300 686 0.164 882.4 210.9表16 常见有色金属在不同温度下热性质[9]铝Al温 度 密 度 定 压比 热CP 热 导 率λkJ/kg·℃ W/m·℃℃ g/cm3(kcal/g·℃)(kcal/m·h·℃)20 2.696 0.896(0.214)206(177)100 2.690 0.942(0.225)205(176)300 2.65 1.038(0.248)230(198)400 2.62 1.059(0.253)249(214)500 2.58 1.101(0.263)268(230)600 2.55 1.143(0.273)280(241)800 2.35 1.076(0.257)63 (54)熔点＝(660±1)℃沸点＝(2320±50)℃熔化潜热q熔＝(94±1)kcal/kg平均定压比热 (上式适用於0～600℃)平均定压比热 (适用于658.6～1000℃)
金属材料平均热物性的确定黑色和有色金属的热物性数据都随温度而变化。在计算相关的生产参数时，都采用平均热物性数据的处理方法。但是，在目前金属材料的热物性与温度的相关资料中，温度变化范围通常只表列到常温状态。0℃以下的低温热物性，一般没有相关的数据资料。为简便起见，低温热物性的数据就采用0℃时的物性数据。这样得到的平均热物性数据是偏大的。因此，使用这些平均热物性数据得到的生产参数也是偏大的。正确的生产参数必须通过生产试验予以最终确定。
0.23C钢平均热物性的确定平均比熱CCP的確定从表15取得0.23C钢的温度与比热关系数据，列于表17表17 0.23C钢温度与比热关系
从表17看，温度自750℃以下，比热数值随温度下降而下降。0℃以下的低温比热数据，都取作0℃时的比热数值，0.469KJ/Kg·k。这个数值应是偏大的。
液态金属快速凝固、冷却过程中非晶态金属转变温度Tg与金属熔点温度Tm有如下关系。
Tg/Tm＞0.5[1]0.23C液态钢从1550℃快速下降到750℃是完成非晶转变的温度段。从表17的t与C关系资料中可以看出，在这个温度段内计算出的平均比热数值是较大的。将这个平均比热值作为从1550℃降到-190℃整个过程的平均比热值应当是偏大和可靠的。
1300℃-1550℃温度段的平均比热。取液态钢比热值CL作为本温度段的平均比热值。
CL＝0.84KJ/kg·℃[8]。
计算1300℃-750℃温度段的平均比热CCP1CCP1＝(0.686+0.661+0.644+0.644+0.644+0.954+1.431)÷7＝0.8031KJ/Kg·℃计算1550℃-750℃平均比热值CCP2CCP2＝(CL+CCP1)÷2＝(0.84+0.8031)÷2＝0.822KJ/kg·℃取0.23C钢平均比热值CCP＝0.822KJ/kg·℃
平均导热系数λCP的确定表180.23C钢温度与导热系数关系
计算0℃-1200℃导热系数λCP平均值λCP＝(51.8+51.0+48.6+44.4+42.6+39.3+35.6+31.8+28.5+25.9+26.4+27.2+28.5+29.7)÷14＝36.5w/m·℃取0.23C钢导热系数平均值λCP＝36.5×10-3KJ/m·s·℃。从750℃-1200℃温度段λ值看，取λCP＝36.5KJ/m·s·℃数值是偏大的。用来计算传热量、喷射液氮量也是偏大和可靠的。
铝平均热物性的确定平均比热CCP的确定表19铝温度舆比热关系
计算300℃-600℃铝比热平均值CCPCCP＝(1.038+1.059+1.101+1.143)÷4＝1.085KJ/kg·℃取铝的比热平均值CCP＝1.085KJ/Kg·℃
平均导热系数λCP的确定表20铝温度与导热系数关系
计算300℃-600℃铝导热系数平均值λCPλCP＝(230+249+268+280)÷4＝256.8×10-3KJ/m·s·℃取铝的导热系数平均值λCP＝256.8×10-3KJ/m·s·℃平均密度CP的确定表21铝温度与密度关系
计算300℃-600℃铝密度平均值ρCPρCP＝(2.65+2.62+2.58+2.55)÷4＝2.591×103kg/m3取铝的密度平均值ρCP＝2.591×103kg/m3其他有色金属如铝合金、铜合金、钛合金等的热物性可在相关的手册中查出，在此不再赘述。
附件2液氮热物理性质[10]Chapter 5NITROGEN AND AMMONIANITR0GEN(N2)MoleCular weight 28.016tboil＝77.350k at 760mm Hg；tmelt＝63.150K；tcr＝126.250k；pcp＝33.96bar；ρcr＝304kg/m3Thermodynamic properties of saturated nitrogen[141，142]；V(dm3/kg)，Cp(KJ/kg·deg)，i and r(KJ/Kg)and S(KJ/Kg·deg)
continued
参考文献[1]李月珠.快速凝固技术和材料.北京国防工业出版社，1993.113-8，22. 周尧和，胡壮麒，介万奇.凝固技术.北京机械工业出版社，1998.10227-224[3]崔忠圻.金属学与热处理.北京机械工业出版社54-55. 李文彬.低温应用工程.北京兵器工业出版社，1992.6. W.R.Gambill et al.；CEP Symp.Ser.，57(32)127-137(1961)；R.Viskanta，NuclearEng.Sci.，10202(1961). 王补宣.工程传热传质学(下册).北京科学出版社。1998.9173. Turkdcgan，E.T.Iron making and steel-making，1985，579-86. 蔡开科，潘毓淳，赵家贵.连续铸钢500问.北京冶金工业出版社，1997.10208. 角田ぼガ＞.，日本金属学会志，44(1980)94. N.B.VargaftikTable on the Thermophysical properties of Liquids andGases，and.E d.，John willey&sons，Inc.，1975.Chapter5.
权利要求
1 L、R、C法是使用图1、图2所示的温度tb＝-190℃、压力pb＝1bar的恒温、恒压低温工作室8和温度t＝-190℃、压力p＝1.877bar的低温工作介质液氮作为强大的工作冷源。液氮喷射器5将不同的液氮喷射量V以不同的液氮喷射速度K和固定不变的液氮喷射层厚度h＝2mm的液氮向不同牌号的金属板材7喷出。导向牵引机构6以连续铸造速度u牵引金属板材7离开宽度为B、厚度为E的热铸型4的矩形断面出口，在Δτ时间间隔内牵引出Δm极薄金属长度段。喷射液氮与金属板材表面在图2所示的C截面相交，通过喷射液氮以气化吸热方式将Δm长度段液态金属包含的内热能快速地全部取走。使Δm长度段的液态金属以不同的冷却速率Vk由开始凝固温度t1快速凝固、冷却到终止温度t2＝-190℃，从而得到与冷却速率Vk相应的非晶、超微晶、微晶、细晶金属组织。导向牵引机构6继续牵引Δm金属长度段离开热铸型4出口，液氮喷射器5继续将厚度h＝2mm的液氮喷向Δm金属长度段，使Δm长度段包含的液态金属以不同的冷却速率Vk继续快速凝固、冷却。不断重复上述过程就可以铸造出不同牌号、不同规格的非晶、超微晶、微晶、细晶金属板材。只要将图1、图2所示的热铸型4出口断面的形状和尺寸造成与要求生产的金属型材断面形状和尺寸一致，就能连铸出各种钢和铝、铜、钛等黑色和有色金属的不同金属牌号和不同规格的非晶、超微晶、微晶、细晶金属型材。根据上述原理，L、R、C法铸造非晶、超微晶、微晶、细晶金属型(板)材的特征是1.1确定只与金属热物性及金属组织有关的生产参数计算公式冷却速率Vk、快速凝固、冷却时间间隔Δτ、Δτ时间间隔内连续铸造的金属长度段Δm、连续铸造速度u。1.2确定采用高喷射速度、极薄液膜和均相气化喷射技术并与液氮热物性和只与金属型(板)材包含的热量有关的液氮喷射参数计算公式液氮喷射量V、液氮喷射层厚度h、液氮喷射速度K、液氮喷射量V气化为氮气后所占体积Vg。1.3确定L、R、C法铸造最大厚度Emax和其他厚度E的非晶、超微晶、微晶、细晶金属型(板)材生产参数的计算程式。并以0.23C钢板和铝板作实例，说明该计算程式在黑色和有色金属中的实际应用。
2 权利要求1所述只与金属热物性及金属组织有关的生产参数计算公式。其特征是2.1确定快速凝固、冷却全过程的冷却速率Vk，其特征是获得非晶态金属组织的冷却速率Vk≥107℃/s，凝固过程释放潜热L＝0；获得微晶金属组织的冷却速率Vk＞104℃/s～106℃/s，凝固过程释放的潜热L≠0；获得细晶金属组织的冷却速率Vk≤104℃/s，凝固过程释出的潜热L≠0。液态金属以冷却速率Vk＝106℃/s～107℃/s范围内任何一个冷却速率Vk进行凝固、冷却时，凝固冷却结束后可能得到介于非晶和微晶金属组织之间的、发明人暂时称之为超微晶金属组织，凝固过程中释出潜热L≠0。上述各金属种类、成分和金属组织确定的Vk值，应根据生产试验结果进行调整。上述内容除了超微晶金属组织是发明人提出的概念以外，其他相关资料均见诸公开发表的文献。2.2确定快速凝固、冷却时间间隔Δτ，其特征是Δτ是生产宽度为B、厚度为E矩形断面的Δm长度段包含的液态金属，由凝固初始温度t1开始凝固、冷却到终止温度t2＝-190℃全过程所需的时间间隔。Δτ=t1-t2VKs---(1)]]>2.3确定Δτ时间间隔内，连续铸造的金属长度段Δm，其特征是图3中Δm长度段就是a-c截面的间距。只要板材厚度E＞10Δm，a-c截面间的热传导可以认为是一维稳态平壁导热。根据一维稳态平壁导热原理，在Δτ时间间隔内，a-c截面间Δm长度段传导的热量为ΔQ1。ΔQ1=λCPAΔtΔmΔτKJ---(3)]]>在同一Δτ时间间隔内，牵引出的Δm长度段包含的液态金属内热能为ΔQ2。对于非晶态金属ΔQ2＝BEΔmρCPCCPΔtKJ(5)对于超微晶、微晶、细晶金属组织ΔQ2＝BEΔmρCP(CCPΔt+L)KJ(6)上述公式中λCP-平均金属导热系数 W/m·℃[附件1]；ρCP-平均金属密度 g/cm3[附件1]；CCP-平均金属比热 KJ/Kg·℃[附件1]；L-金属潜热 KJ/Kg ；Δm-a-c截面间距m ；Δt-a-c截面间温度差，Δt＝t1-t2， ℃ ；A-垂直于导热方向的截面积 m2；B-金属板材宽度 m ；E-金属板材厚度 m 。令ΔQ1＝ΔQ2，在Δτ时间间隔内，a-c截面间传导的热量就是a-c截面间Δm长度段液态金属包含的内热能。如果在这同一Δτ时间间隔内喷射的液氮量V以吸热气化方式将ΔQ1即ΔQ2全部取走，使Δm长度段内液态金属以获得非晶、超微晶、微晶、细晶金属组织的冷却速率Vk从t1快速凝固、冷却到t2＝-190℃，就可以得到非晶、超微晶、微晶、细晶金属板材。因此，这也是L、R、C法连续铸造非晶、超微晶、微晶、细晶金属板材的关键技术之一。对于非晶态金属组织，令(3)式等于(5)式，可得出Δm=λCPρCPCCPΔτmm---(8)]]>对于超微晶、微晶、细晶金属板材，令(3)式等于(6)式，并Δτ＝Δt/Vk代入，得Δm=λCPρCP(CCPΔt+L)VK·Δtmm---(9)]]>2.4确定连续铸造速度u，其特征是u=ΔmΔτm/s---(10)]]>
3 权利要求1所述的，采用高喷射速度、极薄液膜和均相气化的喷射技术及与金属型(板)材包含的热量有关的液氮喷射生产参数公式，其特征是在确定液氮喷射速度时，采用高速度喷射液氮，最大液氮喷射速度Kmax可达到30m/s。确定液氮喷射层厚度h＝2mm固定不变。这就形成高喷射速度、极薄液氮液膜的液氮喷射技术。这个液氮喷射技术可使整个h＝2mm的液氮层都处于极大的贴壁温度梯度之内，整个液氮层的高度都参与热交换，在2mm高度上各点的喷射液氮都直接同时进行吸热气化。同时，液氮从液氮喷射器5的喷嘴向工作室8的大空间喷出，压力迅速由p1＝1.877bar下降到p2＝1bar，而温度仍然保持t＝-190℃，比液氮沸点tboil＝-195.81℃高，液氮将产生均相容积气化。综合这两方面技术将使得在Δτ时间间隔内由a-c截面传导到喷射液氮与板材交接处C面的ΔQ1，也即是ΔQ2的热量全部为液氮通过吸热气化方式取走。这也是L、R、C法铸造非晶、超微晶、微晶、细晶金属板材的重要关键技术之一。3.1确定液氮喷射量V及其气化为氮气后所占的体积Vg，其特征是首先确定在Δτ时间间隔内将Δm长度段液态金属内热能全部取走的液氮喷射量ΔV。ΔV=ΔQ2rV′dm3]]>式中ΔV-在Δτ时间间隔内液氮喷射量dm3；r-液氮潜热。在p＝1.877bar，t＝-190℃状态下，1Kg液氮气化为氮气所吸收的热量KJ/Kg[附件2]；V′-液氮比容积。在在p＝1.877bar，t＝-190℃状态下，1Kg液氮的体积。
KJ/Kg[附件2]；ΔQ2-在Δτ时间间隔内，Δm长度段液态金属所包含内热能。也就是a截面向c截面传导的热量ΔQ1。 KJ 。ΔQ2可按说明书中式(5)或式(6)计算出，r及V′可在附件2查出。ΔV可按说明书中式(11)计算出。液氮喷射量V可按下式求出。V=ΔVΔτ·60dm3/min---(12)]]>在液氮喷射量V确定以后，液氮喷射器5将这个液氮量V喷在金属型(板)材表面上，液氮喷射量V吸热气化后的体积Vg按下式计算。Vg=ΔQ2rV′′60Δτdm3/min---(14)]]>式中Vg-液氮喷射量V在p＝1.877bar、t＝-190℃状态下，气化为氮气后所占的体积。
dm3/min ；V″-喷射液氮在p＝1.877bar、t＝-190℃状态下，1Kg液氮气化为氮气后所占的体积。
dm3/Kg[附件2]；ΔQ2、r、Δτ意义见前述。Vg可以作为强力抽气系统抽气量的设计依据。3.2确定液氮喷射层厚度h，液氮喷射速度K，其特征是金属板材上、下表面的液氮喷射层厚度h可按下式计算。h=ΔV2BKΔτmm---(13)]]>式中h-液氮喷射层厚度 mm ；K-液氮喷射速度m/s；B-包括将两侧厚度折算到上下表面的金属板材宽度 mm 。ΔV、Δτ意义见前述。
4 权利要求1所述的L、R、C法铸造最大厚度Emax和其他厚度E的非晶、超微晶、微晶、细晶金属型(板)材生产参数的计算程式，并以0.23C钢板和铝板作实例，说明该计算程式在黑色和有色金属中的实际应用。其特征是4.1确定L、R、C法铸造最大厚度Emax的非晶、超微晶、微晶、细晶金属板材生产参数的计算程式，其特征如下(1)确定冷却速率Vk根据要求生产的非晶、超微晶、微晶、细晶金属组织，确定不同的冷却速率Vk数值。(2)计算快速凝固、冷却时间间隔ΔτΔτ=ΔtVKs---(1)]]>(3)计算Δτ时间间隔内连铸长度段Δm对于非晶金属组织，按式(8)计算Δm=λCPρCPCCPΔτmm---(8)]]>对于超微晶、微晶、细晶金属组织，按式(9)计算Δm=λCPρCP(CCPΔt+L)VK·Δtmm---(9)]]>(4)计算连续铸造速度uu=ΔmΔτm/s---(10)]]>(5)计算ΔVmax在Kmax＝30m/s、h＝2mm、B＝1m条件下，按式(15)计算ΔVmax＝2BKmaxΔh dm3(15)(6)计算ΔQ2max按式(16)计算ΔQ2max=ΔVmaxV′rKJ---(16)]]>(7)计算非晶、超微晶、微晶、细晶金属板材最大厚度Emax对于非晶金属板材，按式(17)计算Emax=ΔQ2maxBΔmρCPCCPΔtmm---(17)]]>对于超微晶、微晶、细晶金属板材，按式(18)计算Emax=ΔQ2maxBΔmρCP(CCPΔt+L)mm---(18)]]>(8)计算Vmax按式(19)或式(19)′计算Vmax=ΔVmaxΔτ·60dm3/min---(19)]]>Vmax＝120BKmaxh dm3/min(19)′B、Kmax、h不变，Vmax亦不变。(9)计算Vgmax按式(20)或式(20)′计算Vgmax=ΔQ2maxrV′′60Δτdm3/min---(20)]]>Vgmax=120BKmaxhV′V′′dm3/min---(20)′]]>V′、V″是液氮热物性参数，随温度t而变化，当液氮温度t＝-190℃时，V′、V″也确定了。B、Kmax、h不变，Vgmax也不变。4.2L、R、C法铸造同一金属种类厚度为E的非晶、超微晶、微晶、细晶金属板材生产参数的计算程式，其特征如下Vk、Δτ、Δm、u参数与金属板材厚度无关，其数值仍与铸造同一金属最大厚度Emax的非晶、超微晶、微晶、细晶金属板材时的数值相同。其他的生产参数计算程式如下(1)计算比例系数XX=EmaxE---(21)]]>式中 Emax-非晶、超微晶、微晶、细晶金属板材最大厚度mm；E-非晶、超微晶、微晶、细晶金属板材厚度 mm；X-比例系数 。(2)计算ΔQ2、ΔV、V、Vg因为Δm长度段内液态金属所含的内热能与金属板材厚度成正比，下面公式成立。X=ΔQ2maxΔQ2=ΔVmaxΔV=VmaxV=VgmaxVg---(22)]]>(3)计算液氮喷射速度K在液氮喷射层厚度h＝2mm不变情况下，液氮喷射量由Vmax下降到V，液氮喷射速度也将由Kmax下降到K。Kmax与K符合式(23)关系。X=KmaxK---(23)]]>上述公式说明，使用比例系数公式(21)、(22)、(23)，可以通过Emax的相关参数值计算出厚度为E的非晶、超微晶、微晶、细晶金属板材的生产参数值。4.3本权利要求所陈述的L、R、C法铸造最大厚度Emax和其他厚度E的非晶、超微晶、微晶、细晶金属板材生产参数的计算程式，其特征是完全适用于不同牌号、不同规格的黑色及铝、铜、钛等有色合金板材。说明书中列出的0.23C钢板和铝板生产参数计算结果的表3～表14就是具体应用的实例。列出说明书中表3、表9主要生产参数值如下表3 0.23C非晶、超微晶、微晶、细晶钢板最大厚度Emax和主要生产参数(B＝1m、Kmax＝30m/s、h＝2mm)
表9 非晶、超微晶、微晶、细晶铝板最大厚度Emax和主要生产参数(B＝1m、Kmax＝30m/s、h＝2mm)
从上述表3、表9数据可以看出，在B＝1m、Vmax＝7200dm3/min、Kmax＝30m/s、h＝2mm相同生产条件下，黑色金属的0.23C钢板和有色金属的铝板，在最大厚度Emax和连续铸造速度u的数值方面相差很大。这主要与黑色金属和有色金属热物性差异有关，在使用L、R、C法及其连铸机系统铸造金属型材时应予以特别注意。有关的生产特征及详细论述参看说明书相关部分。
5 L、R、C连铸机系统铸造非晶、超微晶、微晶、细晶金属型(板)材的特征是L、R、、C连铸机系统主要由下列装置、设备构成。使用真空绝热技术的温度tb＝-190℃、压力pb＝1bar的恒温、恒压工作室8及金属型(板)材切断、运转等装置；使用耐火及绝热材料的热铸型4；包括液氮喷射器5及其他液氮喷射装置；金属型(板)材导向牵引机构6；强力抽气装置；液体金属转运及浇注等附属装置以及为了铸造出非晶、超微晶、微晶、细晶品质优良、合格的金属型(板)材的相关设备、装置。
6 权利要求5所述的L、R、C连铸机系统的设备、装置技术参数的确定。其特征如下工作室8使用温度tb＝-190℃、压力pb＝1bar的恒温、恒压。工作室内环境温度与喷射液氮的温度都是t＝-190℃，可以保证自液氮喷射器5喷出的液氮只与连铸出的金属型(板)材进行热交换。如果根据生产试验结果调整工作室的温度tb，则喷射液氮的温度t也应作相应的调整。工作室8的压力pb＝1bar，自液氮喷射器5出口喷出的液氮压力为p＝1.877bar，两者压力差Δp＝0.877bar，液氮喷射到工作室大空间后，压力会迅速下降到1bar，有利于实现均相容积气化。液氮喷射装置5的液氮喷射量V、液氮喷射速度K和强力抽气系统的抽气量Vg，都应该能够调节。V、K、Vg的数值调节范围应根据金属种类和金属组织的要求，按照L、R、C法及其连铸机系统铸造最大厚度Emax和其他厚度E的非晶、超微晶、微晶、细晶金属型(板)材生产参数的计算程式进行计算后予以确定。喷射液氮与金属型(板)材7的交接点设定在图2热铸型4出口的C截面处，保证离开C截面的金属型(板)材都是温度t＝-190℃的等温面，有利于a-c截面间传热量ΔQ1(即ΔQ2)迅速自金属型(板)材内部传导到金属型(板)材表面，使喷射液氮迅速吸热气化而得到要求的金属组织。因为液氮喷射系统及喷嘴设置在热铸型4内，在液氮喷射系统与热铸型连接处要选择合适的绝热材料。导向牵引机构6的连续铸造速度u的调节范围，应根据对金属种类和金属组织的要求，按照L、R、C法及其连铸机系统铸造最大厚度Emax和其他厚度E的非晶、超微晶、微晶、细晶金属型(板)材生产参数的计算程式进行计算后予以确定。对导向牵引机构6的运动性能应参照连续铸造的金属型(板)材的公差范围提出相应的技术要求。为保证b面位置处于图2所示的热铸型4出口处，在设计导向牵引机构6和液氮喷射器5时，应当考虑连续铸造速度u和液氮喷射量v能够根据b面实际所处的位置而做出微量调节，以确保b面处于热铸型4出口的正确位置上。对于液氮喷射流与金属型(板)材7交接处的C面，则应通过更改图2所示的喷嘴结构以确保液氮喷射流与金属型(板)材在C面相交接。其他装置均按说明书及权利要求书中相应的技术要求进行设计、制造。不再赘述。L、R、C法及其连铸机系统铸造最大厚度Emax和其他厚度E的非晶、超微晶、微晶、细晶金属型(板)材的特征是完全适应于不同牌号、不同规格的黑色及铝、铜、钛等有色合金的金属型(板)材的产品，也适用于设计、制造相应的自动生产连铸机系统。注公式序号与说明书一致
全文摘要
L、R、C法以图1所示的t
文档编号B22D30/00GK101081429SQ20041000260
公开日2007年12月5日 申请日期2004年1月13日 优先权日2004年1月13日
发明者明柱文, 罗惠容 申请人:明柱文, 罗惠容