受(shou)鑄(zhu)錠(ding)(ding)凝固收縮和(he)鑄(zhu)型(xing)(xing)受(shou)熱(re)(re)膨脹的影響，鑄(zhu)錠(ding)(ding)和(he)鑄(zhu)型(xing)(xing)接觸(chu)隨之發生變化(hua)，即形成(cheng)氣(qi)隙，如(ru)(ru)下圖(tu)所(suo)示。當鑄(zhu)錠(ding)(ding)和(he)鑄(zhu)型(xing)(xing)間氣(qi)隙形成(cheng)以后，鑄(zhu)錠(ding)(ding)向鑄(zhu)型(xing)(xing)的傳(chuan)熱(re)(re)方式不只是簡(jian)單的傳(chuan)導傳(chuan)熱(re)(re)，同時存在小區域的氣(qi)體導熱(re)(re)和(he)輻射傳(chuan)熱(re)(re)，導致鑄(zhu)錠(ding)(ding)－鑄(zhu)型(xing)(xing)界(jie)面熱(re)(re)阻（1/hz)發生非線性變化(hua)。界(jie)面熱(re)(re)量傳(chuan)輸(shu)可分為如(ru)(ru)下三個階(jie)段(duan)。
階(jie)段1: 在(zai)(zai)凝固初(chu)期(qi)，當表面(mian)溫度略低于(yu)鑄錠(ding)液相線溫度時(shi)，在(zai)(zai)鑄錠(ding)外(wai)表面(mian)會形成一定厚度的(de)半固態(tai)(tai)殼(ke)；此(ci)時(shi)，在(zai)(zai)液體(ti)靜壓力(li)和(he)外(wai)界壓力(li)（如凝固壓力(li)和(he)大氣壓等）的(de)作用下(xia)，鑄錠(ding)和(he)鑄型界面(mian)處(chu)于(yu)完(wan)全(quan)接觸狀態(tai)(tai)，如圖(tu)2-84(a)所示，因而界面(mian)的(de)固固接觸熱量傳輸方式在(zai)(zai)界面(mian)傳熱過程(cheng)中起主導作用, 此(ci)界面(mian)宏(hong)觀平均換熱系數hz1可表示為(wei)
h21=a+b·(P1+P3) （2-167)
式(shi)中，a和b為常量；Ph為液體靜壓力；Ps為外界壓力。
階(jie)段2: 在(zai)給定外界(jie)(jie)壓力和液體(ti)靜壓力條件下，半(ban)固(gu)(gu)(gu)態(tai)(tai)(tai)殼(ke)的(de)(de)(de)強(qiang)度(du)存(cun)在(zai)一個臨界(jie)(jie)值σm;隨著(zhu)凝(ning)固(gu)(gu)(gu)過(guo)程的(de)(de)(de)進行，半(ban)固(gu)(gu)(gu)態(tai)(tai)(tai)殼(ke)的(de)(de)(de)強(qiang)度(du)不(bu)(bu)斷(duan)增(zeng)大(da)(da)(da)；當(dang)強(qiang)度(du)大(da)(da)(da)于(yu)臨界(jie)(jie)值時(shi)，半(ban)固(gu)(gu)(gu)態(tai)(tai)(tai)殼(ke)定型；隨后(hou)鑄錠(ding)半(ban)固(gu)(gu)(gu)態(tai)(tai)(tai)殼(ke)逐漸(jian)與鑄型分離，固(gu)(gu)(gu)固(gu)(gu)(gu)接(jie)觸(chu)(chu)積逐漸(jian)減小，氣隙在(zai)界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)某些位置形成(cheng)且其尺寸(cun)逐漸(jian)增(zeng)大(da)(da)(da)，導致(zhi)鑄錠(ding)和鑄型界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)處于(yu)半(ban)完全接(jie)觸(chu)(chu)狀態(tai)(tai)(tai)，如圖2-84(b)所示。在(zai)此階(jie)段，氣隙的(de)(de)(de)尺寸(cun)主要受由(you)(you)液相(xiang)變(bian)固(gu)(gu)(gu)相(xiang)發生(sheng)的(de)(de)(de)凝(ning)固(gu)(gu)(gu)收縮(suo)影(ying)響。盡管(guan)界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)還存(cun)在(zai)部分固(gu)(gu)(gu)固(gu)(gu)(gu)接(jie)觸(chu)(chu)，但界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)熱(re)阻隨著(zhu)凝(ning)固(gu)(gu)(gu)的(de)(de)(de)進行不(bu)(bu)斷(duan)增(zeng)大(da)(da)(da)，由(you)(you)于(yu)鑄錠(ding)和鑄型界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)接(jie)觸(chu)(chu)方式的(de)(de)(de)變(bian)化，界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)熱(re)量(liang)傳(chuan)(chuan)輸主要由(you)(you)固(gu)(gu)(gu)固(gu)(gu)(gu)接(jie)觸(chu)(chu)傳(chuan)(chuan)熱(re)、輻射換熱(re)以及氣相(xiang)導熱(re)傳(chuan)(chuan)熱(re)三分構成(cheng)，其中，固(gu)(gu)(gu)固(gu)(gu)(gu)接(jie)觸(chu)(chu)傳(chuan)(chuan)熱(re)仍(reng)然占據界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)熱(re)量(liang)傳(chuan)(chuan)輸的(de)(de)(de)主導地位。此階(jie)段界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)宏觀平均(jun)換熱(re)系數hz2可(ke)表示為(wei)
此(ci)外(wai)，隨著凝(ning)(ning)固(gu)(gu)的(de)(de)進行，鑄錠和鑄型界(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)上固(gu)(gu)固(gu)(gu)接(jie)觸(chu)(chu)面(mian)(mian)(mian)(mian)積(ji)逐(zhu)漸減小，因(yin)而階段(duan)1界(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)宏(hong)(hong)觀平均換(huan)熱(re)系(xi)數hz1最(zui)大(da)，階段(duan)2界(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)宏(hong)(hong)觀平均換(huan)熱(re)系(xi)數hz2值次(ci)之(zhi)，階段(duan)3界(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)宏(hong)(hong)觀平均換(huan)熱(re)系(xi)數hz3值最(zui)小，這(zhe)與(yu)(yu)實際凝(ning)(ning)固(gu)(gu)過程中界(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)換(huan)熱(re)系(xi)數逐(zhu)漸減小的(de)(de)規律相互印證(zheng)。同時，在鑄錠自身重力的(de)(de)作(zuo)用下，在鑄錠底部位(wei)置(zhi)，界(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)半完全接(jie)觸(chu)(chu)狀態始終貫穿整(zheng)個凝(ning)(ning)固(gu)(gu)過程，這(zhe)與(yu)(yu)鑄錠頂端(duan)界(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)固(gu)(gu)固(gu)(gu)接(jie)觸(chu)(chu)完全消失有所(suo)不同，如圖2-84(d)所(suo)示。
凝固壓(ya)力在氣隙的形成過程(cheng)中扮演了十分重要的角色。研(yan)究表明，增加凝固壓(ya)力（兆(zhao)帕級(ji)）具有明顯的強(qiang)化冷卻(que)效果，但在界面熱(re)量傳輸(shu)變化的三個階段，加壓(ya)強(qiang)化冷卻(que)的程(cheng)度大有不同(tong)。
階段1:當壓(ya)力(li)在幾兆帕下變(bian)化時，由(you)于物(wu)性參數（如強度(du)(du)、密(mi)度(du)(du)和(he)導(dao)熱(re)(re)系(xi)數等(deng)）的變(bian)化量可(ke)以忽(hu)(hu)略(lve)不計，壓(ya)力(li)對鑄(zhu)錠和(he)鑄(zhu)型(xing)界(jie)(jie)面(mian)(mian)完全接觸狀(zhuang)態影響較(jiao)小(xiao)，根據式（2-166)可(ke)知，壓(ya)力(li)對界(jie)(jie)面(mian)(mian)宏(hong)觀平(ping)均換熱(re)(re)系(xi)數的影響可(ke)以忽(hu)(hu)略(lve)不計，因此增加壓(ya)力(li)對階段1的界(jie)(jie)面(mian)(mian)換熱(re)(re)影響很小(xiao)。
階段2:在此階段，鑄(zhu)錠和鑄(zhu)型界面非完全(quan)接觸(chu)狀態主要由(you)凝固收縮(suo)控制。
隨著壓(ya)力的(de)增加，半固(gu)態(tai)(tai)殼抵抗(kang)變形(xing)所需臨界(jie)(jie)(jie)(jie)強度增大，因而加壓(ya)能夠抑(yi)制界(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)非完全接(jie)(jie)觸(chu)(chu)狀(zhuang)態(tai)(tai)的(de)形(xing)成，有(you)助(zhu)于將界(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)在(zai)整個凝(ning)固(gu)過程中實現保持固(gu)固(gu)接(jie)(jie)觸(chu)(chu)的(de)狀(zhuang)態(tai)(tai)。例(li)如，隨著壓(ya)力的(de)增加，H13表面(mian)上的(de)坑變得淺平(ping)，且數量逐漸減少，意(yi)味著鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)錠(ding)(ding)表面(mian)越來越光滑，粗糙度減小，鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)錠(ding)(ding)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)型(xing)界(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)處的(de)固(gu)固(gu)接(jie)(jie)觸(chu)(chu)面(mian)積(ji)增大。根據式（2-168)可知，界(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)宏(hong)觀(guan)平(ping)均(jun)傳熱系數與(yu)壓(ya)力趨(qu)于正比(bi)關系，加壓(ya)能夠顯(xian)著提升此階段界(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)宏(hong)觀(guan)平(ping)均(jun)換熱系數。因此，增加壓(ya)力能夠強化(hua)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)錠(ding)(ding)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)型(xing)間界(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)固(gu)固(gu)接(jie)(jie)觸(chu)(chu)狀(zhuang)態(tai)(tai)，抑(yi)制由(you)凝(ning)固(gu)收(shou)縮(suo)導致界(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)氣隙的(de)形(xing)成，加快鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)錠(ding)(ding)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)型(xing)界(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)傳遞，強化(hua)冷卻效果明顯(xian)。
階段3:界(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)氣(qi)(qi)(qi)(qi)隙(xi)(xi)的(de)長大主要受控(kong)于固態收縮。隨(sui)著(zhu)界(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)氣(qi)(qi)(qi)(qi)隙(xi)(xi)尺(chi)(chi)寸的(de)變(bian)大，外界(jie)(jie)(jie)逐步與界(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)氣(qi)(qi)(qi)(qi)隙(xi)(xi)連通(tong)，在(zai)壓力(li)(li)的(de)作用下，氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)逐漸進入界(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)氣(qi)(qi)(qi)(qi)隙(xi)(xi)內，進而導(dao)致界(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)氣(qi)(qi)(qi)(qi)隙(xi)(xi)與外界(jie)(jie)(jie)之間的(de)壓差(cha)趨于零，壓力(li)(li)對界(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)氣(qi)(qi)(qi)(qi)隙(xi)(xi)的(de)影(ying)響逐漸消失(shi)。此階段，氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)導(dao)熱(re)(re)(re)(re)換(huan)熱(re)(re)(re)(re)與輻射(she)換(huan)熱(re)(re)(re)(re)為界(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)換(huan)熱(re)(re)(re)(re)的(de)主要方式。其中氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)導(dao)熱(re)(re)(re)(re)換(huan)熱(re)(re)(re)(re)系數(shu)(shu)（hc,g)主要由氣(qi)(qi)(qi)(qi)隙(xi)(xi)內氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)導(dao)熱(re)(re)(re)(re)系數(shu)(shu)（kgap)和界(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)氣(qi)(qi)(qi)(qi)隙(xi)(xi)尺(chi)(chi)寸（wgap)決定(ding)，作為計算(suan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)導(dao)熱(re)(re)(re)(re)換(huan)熱(re)(re)(re)(re)系數(shu)(shu)的(de)重要參數(shu)(shu)，在(zai)給(gei)定(ding)壓力(li)(li)下氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)導(dao)熱(re)(re)(re)(re)系數(shu)(shu)（kgap)可由下列(lie)公式進行計算(suan)：
綜上所述，在(zai)通過氣體(ti)維持壓(ya)力的(de)加(jia)壓(ya)條件(jian)下，壓(ya)力對(dui)界(jie)(jie)面換熱系數的(de)影(ying)響主要集(ji)中在(zai)界(jie)(jie)面氣隙(xi)形成(cheng)的(de)第二階段(duan)，即在(zai)鑄(zhu)(zhu)錠殼(ke)凝固收縮(suo)階段(duan)加(jia)壓(ya)通過增大鑄(zhu)(zhu)錠殼(ke)抵抗變形所需臨界(jie)(jie)強度從(cong)而改善界(jie)(jie)面換熱，起到(dao)強化冷卻的(de)作用。
以H13在0.1MPa、1MPa和2MPa壓(ya)(ya)力下(xia)凝(ning)(ning)固為(wei)例(li)，其凝(ning)(ning)固壓(ya)(ya)力通過(guo)充入氬氣獲得。為(wei)了分(fen)析加壓(ya)(ya)對界面(mian)氣隙尺寸和換熱(re)方式的影(ying)響規律，采用埋設熱(re)電偶(ou)(ou)以及(ji)位(wei)(wei)移(yi)傳(chuan)感器實驗，同時(shi)測(ce)(ce)量凝(ning)(ning)固過(guo)程中鑄錠(ding)和鑄型(xing)溫(wen)度(du)變(bian)化曲線(xian)以及(ji)其位(wei)(wei)移(yi)變(bian)化曲線(xian)，其中，1#和2#熱(re)電偶(ou)(ou)分(fen)別(bie)測(ce)(ce)量離鑄錠(ding)外表(biao)面(mian)10mm和15mm位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)處鑄錠(ding)溫(wen)度(du)變(bian)化曲線(xian)；3#和4#熱(re)電偶(ou)(ou)分(fen)別(bie)測(ce)(ce)量鑄型(xing)內表(biao)面(mian)5mm和10mm位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)處鑄型(xing)的溫(wen)度(du)變(bian)化曲線(xian)；位(wei)(wei)移(yi)傳(chuan)感器LVDT1和LVDT2的探(tan)頭位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)離鑄型(xing)內表(biao)面(mian)徑(jing)向距(ju)離均(jun)為(wei)5mm,分(fen)別(bie)插入鑄錠(ding)和鑄型(xing)中測(ce)(ce)量凝(ning)(ning)固過(guo)程中其位(wei)(wei)移(yi)變(bian)化曲線(xian)。測(ce)(ce)量溫(wen)度(du)和位(wei)(wei)移(yi)變(bian)化曲線(xian)的裝(zhuang)置(zhi)(zhi)如圖2-85所示(shi)。
溫度(du)測(ce)量曲線如圖2-86所示，對(dui)于鑄(zhu)錠溫度(du)測(ce)量曲線，存在(zai)“陡升(sheng)”和“振(zhen)蕩”區域，這主要(yao)由熱電偶預熱和澆注引(yin)起(qi)鋼液湍流分(fen)別造成。隨著凝固過(guo)程(cheng)的進行，鑄(zhu)型溫度(du)升(sheng)高(gao)，鑄(zhu)錠溫度(du)不斷(duan)降(jiang)低。
因(yin)鑄型(xing)(xing)(xing)內表(biao)(biao)(biao)面(mian)和(he)鑄錠(ding)外(wai)表(biao)(biao)(biao)面(mian)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)幾(ji)乎難以通過(guo)實驗(yan)進行(xing)準確測(ce)量(liang)，因(yin)而(er)(er)(er)可通過(guo)數值計算(suan)的方(fang)式獲得，即(ji)以測(ce)量(liang)的鑄錠(ding)和(he)鑄型(xing)(xing)(xing)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)變化曲線(xian)作為輸(shu)入量(liang)，采(cai)用Beck 非線(xian)性求解法，計算(suan)鑄型(xing)(xing)(xing)內表(biao)(biao)(biao)面(mian)（Tw,i)和(he)鑄錠(ding)外(wai)表(biao)(biao)(biao)面(mian)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)（Twm),由(you)于鑄錠(ding)和(he)鑄型(xing)(xing)(xing)表(biao)(biao)(biao)面(mian)非鏡面(mian)，有(you)一(yi)定(ding)粗糙度(du)(du)(du)，因(yin)而(er)(er)(er)計算(suan)所得鑄型(xing)(xing)(xing)內表(biao)(biao)(biao)面(mian)（Tw,i)和(he)鑄錠(ding)外(wai)表(biao)(biao)(biao)面(mian)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)（Tw,m)均為宏觀平均表(biao)(biao)(biao)面(mian)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)，計算(suan)結(jie)果(guo)如圖2-87所示。當壓力(li)一(yi)定(ding)時，在鑄錠(ding)鑄型(xing)(xing)(xing)界面(mian)換(huan)熱(re)(re)以及(ji)鑄型(xing)(xing)(xing)外(wai)表(biao)(biao)(biao)面(mian)散(san)熱(re)(re)的影(ying)(ying)響(xiang)下(xia)，鑄錠(ding)外(wai)表(biao)(biao)(biao)面(mian)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)（Tw,i)在整個(ge)凝固過(guo)程中(zhong)持續降低(di)，鑄型(xing)(xing)(xing)內表(biao)(biao)(biao)面(mian)（Tw,m)先增(zeng)加(jia)而(er)(er)(er)后逐漸降低(di)。隨著(zhu)壓力(li)從0.1MPa增(zeng)加(jia)至2MPa,鑄錠(ding)外(wai)表(biao)(biao)(biao)面(mian)降溫(wen)(wen)(wen)速(su)(su)率(lv)和(he)鑄型(xing)(xing)(xing)內表(biao)(biao)(biao)面(mian)升溫(wen)(wen)(wen)速(su)(su)率(lv)明顯(xian)加(jia)快，表(biao)(biao)(biao)明加(jia)壓對鑄錠(ding)和(he)鑄型(xing)(xing)(xing)界面(mian)間換(huan)熱(re)(re)速(su)(su)率(lv)影(ying)(ying)響(xiang)顯(xian)著(zhu)。
當壓力(li)一(yi)定時(shi)(shi)(shi)，界(jie)(jie)面氣(qi)隙寬(kuan)度(du)(du)隨時(shi)(shi)(shi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)變(bian)(bian)(bian)化(hua)關(guan)系可通(tong)過(guo)凝(ning)固(gu)(gu)過(guo)程(cheng)中鑄錠(ding)和(he)鑄型(xing)位(wei)移(yi)(yi)變(bian)(bian)(bian)化(hua)曲線獲得(de)。基于位(wei)移(yi)(yi)傳感(gan)器(qi)的(de)(de)(de)(de)位(wei)移(yi)(yi)測(ce)量(liang)結果(guo)，所(suo)(suo)得(de)界(jie)(jie)面氣(qi)隙寬(kuan)度(du)(du)隨時(shi)(shi)(shi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)變(bian)(bian)(bian)化(hua)關(guan)系如圖2-88(a)所(suo)(suo)示，在(zai)(zai)0.1MPa、1MPa和(he)2MPa下，界(jie)(jie)面氣(qi)隙寬(kuan)度(du)(du)隨時(shi)(shi)(shi)間(jian)變(bian)(bian)(bian)化(hua)規律基本相(xiang)似。以2MPa為例，在(zai)(zai)凝(ning)固(gu)(gu)初(chu)期(qi)，鑄錠(ding)、鑄型(xing)和(he)位(wei)移(yi)(yi)傳感(gan)器(qi)之間(jian)存在(zai)(zai)巨大溫(wen)差，使得(de)位(wei)移(yi)(yi)傳感(gan)器(qi)附近的(de)(de)(de)(de)鋼液迅速凝(ning)固(gu)(gu)，以至于無法測(ce)量(liang)階段2 中凝(ning)固(gu)(gu)收縮(suo)(suo)導致(zhi)的(de)(de)(de)(de)氣(qi)隙寬(kuan)度(du)(du)；同(tong)時(shi)(shi)(shi)，鑄錠(ding)和(he)鑄型(xing)初(chu)期(qi)溫(wen)差巨大，加(jia)速了鑄型(xing)升溫(wen)膨脹和(he)鑄錠(ding)冷卻收縮(suo)(suo)，因而在(zai)(zai)界(jie)(jie)面氣(qi)隙尺寸隨時(shi)(shi)(shi)間(jian)變(bian)(bian)(bian)化(hua)曲線前段不(bu)存氣(qi)隙尺寸緩慢增長部分，取而代之的(de)(de)(de)(de)是氣(qi)隙寬(kuan)度(du)(du)隨時(shi)(shi)(shi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)陡升，而且氣(qi)隙寬(kuan)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)陡升很大程(cheng)度(du)(du)由鑄錠(ding)固(gu)(gu)態收縮(suo)(suo)所(suo)(suo)致(zhi)。因此，位(wei)移(yi)(yi)傳感(gan)器(qi)所(suo)(suo)測(ce)氣(qi)隙尺寸僅(jin)包含了固(gu)(gu)態收縮(suo)(suo)導致(zhi)氣(qi)隙形成(cheng)部分，無因凝(ning)固(gu)(gu)收縮(suo)(suo)形成(cheng)氣(qi)隙部分。在(zai)(zai)低(di)壓下，增加(jia)壓力(li)對鑄型(xing)和(he)鑄錠(ding)的(de)(de)(de)(de)密度(du)(du)影響很小，幾(ji)乎可以忽略不(bu)計(ji)，所(suo)(suo)以增加(jia)壓力(li)對鑄型(xing)固(gu)(gu)態收縮(suo)(suo)導致(zhi)氣(qi)隙的(de)(de)(de)(de)尺寸影響非(fei)常小，所(suo)(suo)以在(zai)(zai)0.1MPa、1MPa和(he)2MPa下，界(jie)(jie)面氣(qi)隙尺寸傳感(gan)器(qi)量(liang)的(de)(de)(de)(de)最大值幾(ji)乎相(xiang)同(tong)，約為1.27mm。
根(gen)據氬氣(qi)導(dao)熱(re)(re)(re)(re)系(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)隨壓力(li)(li)的(de)變(bian)化情況(kuang)［圖2-89(a)]、凝(ning)固過程中(zhong)(zhong)界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)氣(qi)隙(xi)(xi)測量曲線和鑄(zhu)錠外表(biao)面(mian)(mian)(mian)以(yi)及鑄(zhu)型內(nei)表(biao)溫(wen)度的(de)變(bian)化曲線，利用式(shi)(shi)（2-171)和式(shi)(shi)（2-172)可獲(huo)得氣(qi)隙(xi)(xi)形成階段3中(zhong)(zhong)界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)氣(qi)體(ti)(ti)導(dao)熱(re)(re)(re)(re)換(huan)熱(re)(re)(re)(re)系(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)hc,g和輻射換(huan)熱(re)(re)(re)(re)系(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)hr,以(yi)及換(huan)熱(re)(re)(re)(re)方式(shi)(shi)比(bi)例關系(xi)(xi)(xi)，結果如(ru)圖2-89(b)所示。輻射換(huan)熱(re)(re)(re)(re)系(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)不(bu)受(shou)界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)氣(qi)隙(xi)(xi)尺寸的(de)影響，在(zai)(zai)(zai)整(zheng)個凝(ning)固過程中(zhong)(zhong)，基(ji)本保持不(bu)變(bian)；相比(bi)之下，氣(qi)體(ti)(ti)導(dao)熱(re)(re)(re)(re)換(huan)熱(re)(re)(re)(re)系(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)主(zhu)要由(you)氣(qi)體(ti)(ti)導(dao)熱(re)(re)(re)(re)系(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)和面(mian)(mian)(mian)氣(qi)隙(xi)(xi)尺寸共同決(jue)定(ding)，與氣(qi)體(ti)(ti)導(dao)熱(re)(re)(re)(re)系(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)成正比(bi)，與界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)氣(qi)隙(xi)(xi)尺寸成反(fan)比(bi)，因而在(zai)(zai)(zai)凝(ning)固過程中(zhong)(zhong)氣(qi)體(ti)(ti)導(dao)熱(re)(re)(re)(re)換(huan)熱(re)(re)(re)(re)系(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)變(bian)化規律與界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)氣(qi)隙(xi)(xi)尺寸的(de)變(bian)化過程截(jie)然相反(fan)，呈(cheng)現先迅速(su)減小，然后趨于定(ding)值。在(zai)(zai)(zai)各個壓力(li)(li)條件(jian)下，隨著凝(ning)固的(de)進(jin)行，界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)總換(huan)熱(re)(re)(re)(re)系(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)（hc,g+h,)迅速(su)減小，然后趨于穩定(ding)，其中(zhong)(zhong)輻射換(huan)熱(re)(re)(re)(re)系(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)h1在(zai)(zai)(zai)總換(huan)熱(re)(re)(re)(re)系(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)中(zhong)(zhong)的(de)占(zhan)比(bi)為60%~80%[120],且在(zai)(zai)(zai)凝(ning)固中(zhong)(zhong)后期，0.1MPa、1MPa和2MPa壓力(li)(li)下，總界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)換(huan)熱(re)(re)(re)(re)系(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)基(ji)本相等。由(you)此可知(zhi)，低壓下，加壓對由(you)固態收(shou)縮(suo)形成界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)氣(qi)隙(xi)(xi)的(de)尺寸影響幾(ji)乎可以(yi)忽略不(bu)計。
根據(ju)以上(shang)討論可知(zhi)，凝(ning)(ning)固結束后(hou)，界(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)換(huan)(huan)(huan)熱(re)(re)(re)主要(yao)通過氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)導(dao)(dao)熱(re)(re)(re)換(huan)(huan)(huan)熱(re)(re)(re)和輻射換(huan)(huan)(huan)熱(re)(re)(re)兩種方式(shi)進行，因(yin)加(jia)壓(ya)(ya)對(dui)輻射換(huan)(huan)(huan)熱(re)(re)(re)系數的(de)影響很小(xiao)，那(nei)(nei)么加(jia)壓(ya)(ya)主要(yao)通過改(gai)(gai)變(bian)(bian)(bian)界(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)導(dao)(dao)熱(re)(re)(re)換(huan)(huan)(huan)熱(re)(re)(re)系數，從而(er)起到強化(hua)冷卻的(de)效(xiao)果。同時，界(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)導(dao)(dao)熱(re)(re)(re)換(huan)(huan)(huan)熱(re)(re)(re)系數主要(yao)由氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)導(dao)(dao)熱(re)(re)(re)系數和界(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)尺寸決定，因(yin)壓(ya)(ya)力(li)從0.1MPa增加(jia)至2MPa,氬氣(qi)(qi)(qi)導(dao)(dao)熱(re)(re)(re)系數變(bian)(bian)(bian)化(hua)很小(xiao)，進一步可知(zhi)壓(ya)(ya)力(li)主要(yao)通過改(gai)(gai)變(bian)(bian)(bian)界(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)氣(qi)(qi)(qi)隙(xi)宏(hong)觀平均尺寸影響界(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)導(dao)(dao)熱(re)(re)(re)換(huan)(huan)(huan)熱(re)(re)(re)系數，進而(er)改(gai)(gai)變(bian)(bian)(bian)界(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)總(zong)換(huan)(huan)(huan)熱(re)(re)(re)系數。此外，壓(ya)(ya)力(li)對(dui)固態收縮(suo)導(dao)(dao)致的(de)界(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)氣(qi)(qi)(qi)隙(xi)尺寸影響幾(ji)乎可以忽略(lve)不計(ji)，那(nei)(nei)么壓(ya)(ya)力(li)主要(yao)通過改(gai)(gai)變(bian)(bian)(bian)由凝(ning)(ning)固收縮(suo)導(dao)(dao)致界(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)氣(qi)(qi)(qi)隙(xi)的(de)尺寸，從而(er)影響界(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)換(huan)(huan)(huan)熱(re)(re)(re)。為了評估壓(ya)(ya)力(li)對(dui)凝(ning)(ning)固收縮(suo)導(dao)(dao)致界(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)氣(qi)(qi)(qi)隙(xi)形成的(de)影響，利用(yong)界(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)換(huan)(huan)(huan)熱(re)(re)(re)系數對(dui)界(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)氣(qi)(qi)(qi)隙(xi)宏(hong)觀平均尺寸（wm)進行計(ji)算(suan)，計(ji)算(suan)公式(shi)如下(xia)：
式中(zhong)，hz3為(wei)(wei)宏(hong)觀(guan)(guan)界面(mian)換熱(re)系數，通過(guo)將測溫數據作(zuo)為(wei)(wei)輸(shu)入量，利(li)用(yong)Beck 非線性求解(jie)法獲得，計算流程如圖2-78所示。在整個凝固過(guo)程中(zhong)，界面(mian)氣(qi)隙宏(hong)觀(guan)(guan)平均(jun)尺(chi)寸(cun)（wm)明(ming)顯小于因固態(tai)收縮(suo)導致的(de)界面(mian)氣(qi)隙尺(chi)寸(cun)（wgap),同時(shi)，兩者差值（wgap-wm)隨(sui)著(zhu)壓力(li)的(de)增(zeng)(zeng)加而增(zeng)(zeng)大（圖2-90).這表(biao)明(ming)在鑄(zhu)錠(ding)和鑄(zhu)型(xing)間(jian)存在一定的(de)固－固接觸區(qu)或微間(jian)隙區(qu)。這些(xie)區(qu)域的(de)面(mian)積(ji)隨(sui)著(zhu)壓力(li)的(de)增(zeng)(zeng)大而增(zeng)(zeng)大，從而導致傳導換熱(re)的(de)增(zeng)(zeng)加，這與鑄(zhu)錠(ding)表(biao)面(mian)粗糙度的(de)實驗結果符合，也進一步說明(ming)了加壓對(dui)界面(mian)氣(qi)隙尺(chi)寸(cun)的(de)影(ying)響主要集(ji)中(zhong)在凝固收縮(suo)階段。
因此，加(jia)壓主要通過抑制由(you)凝固(gu)(gu)收(shou)縮導(dao)致的(de)(de)(de)(de)氣(qi)隙形成，增(zeng)大(da)固(gu)(gu)固(gu)(gu)接(jie)觸或微(wei)氣(qi)隙的(de)(de)(de)(de)界(jie)面(mian)面(mian)積，強(qiang)化鑄錠和鑄型界(jie)面(mian)完全接(jie)觸狀(zhuang)態，從而(er)增(zeng)加(jia)界(jie)面(mian)氣(qi)體導(dao)熱(re)換熱(re)系數；此外，加(jia)壓下，界(jie)面(mian)換熱(re)系數的(de)(de)(de)(de)增(zeng)加(jia)，加(jia)快了鑄錠固(gu)(gu)態收(shou)縮，導(dao)致凝固(gu)(gu)初(chu)期(qi)由(you)固(gu)(gu)態收(shou)縮引起的(de)(de)(de)(de)氣(qi)隙的(de)(de)(de)(de)尺寸快速增(zeng)大(da)。
