[發(fā)明專利]基于熱電偶測溫連鑄結(jié)晶器固液渣潤滑膜厚度的確定方法

無效

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• 申請日: 2010-11-29
• 公開（公告）號: CN102039385A
• 公開（公告）日: 2011-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孟祥寧;朱苗勇
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號: B22D11/07
• 分類號: B22D11/07;B22D11/18
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 朱光林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋼鐵冶金連鑄過程數(shù)學(xué)模型應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種基于熱電偶測溫連鑄結(jié)晶器固液渣潤滑膜厚度的確定方法。

背景技術(shù)

連續(xù)鑄鋼時，鋪展于結(jié)晶器內(nèi)鋼水液面上的保護(hù)渣吸收高溫鋼水提供的熱量，迅速在鋼水液面上形成液渣層，靠近液渣層的保護(hù)渣仍未達(dá)到融化溫度，則形成過渡形式的燒結(jié)層，而燒結(jié)層上則是保持原狀態(tài)的粉渣層，即為結(jié)晶器內(nèi)鋼水液面上保護(hù)渣的三層結(jié)構(gòu)；另一方面，液渣層內(nèi)液態(tài)渣隨結(jié)晶器周期性往復(fù)振動持續(xù)不斷滲入到結(jié)晶器壁與初始凝固坯殼間氣隙并形成潤滑渣膜，其中貼近結(jié)晶器壁的液態(tài)渣在冷卻作用下形成玻璃質(zhì)和結(jié)晶質(zhì)共存的固體潤滑膜，而貼近坯殼表面的液態(tài)渣則形成液體潤滑膜。圖1為連鑄結(jié)晶器內(nèi)澆鑄狀況，基于冶金連鑄領(lǐng)域內(nèi)已被普遍接受的混合摩擦理論，振動結(jié)晶器壁與凝固坯殼表面間產(chǎn)生的摩擦力分為兩類：(1)固渣膜與凝固坯殼間因固體與固體接觸引起的庫侖摩擦；(2)液渣膜內(nèi)由黏性牛頓流體導(dǎo)致的液體摩擦。盡管結(jié)晶器壁與凝固坯殼間的接觸狀態(tài)同時受兩類摩擦力的影響，且總摩擦力為二者之和，但兩類摩擦力在結(jié)晶器不同位置所發(fā)揮的作用并不相同。研究表明，在結(jié)晶器上部液體摩擦力占據(jù)絕對主導(dǎo)地位，而結(jié)晶器下部則主要以固體摩擦力為主。此外，結(jié)晶器上部彎月面區(qū)凝固坯殼在液體摩擦力作用下容易被撕裂而形成鑄坯表面裂紋，甚至引發(fā)漏鋼事故，造成重大損失，而下部結(jié)晶器壁與固渣膜間的摩擦則導(dǎo)致了結(jié)晶器銅板的磨損，使得設(shè)備維護(hù)成本提升，并增大了鑄坯生成表面的可能性。因此，無論是液體摩擦，還是固體摩擦，均是連續(xù)鑄鋼中應(yīng)被密切監(jiān)測和控制的重要過程參數(shù)，尤其液體摩擦力因其直接控制著連鑄順行和產(chǎn)品質(zhì)量更是被重點關(guān)注的澆鑄數(shù)據(jù)。目前，針對摩擦力的監(jiān)控除通過保護(hù)渣渣耗量來間接評價外，所采用的手段大多是通過對拉坯阻力的檢測，Sahoo等人開發(fā)了基于多傳感器的摩擦力檢測方法用來控制摩擦力以改善鑄坯質(zhì)量和澆鑄穩(wěn)定性，姚曼等人開發(fā)了基于功率法的摩擦力計算模型，通過檢測結(jié)晶器振動臺負(fù)載和空載時的功率差評價摩擦力，奧鋼聯(lián)和達(dá)涅利等國際鋼鐵技術(shù)研發(fā)巨頭設(shè)計的結(jié)晶器系統(tǒng)中均內(nèi)置了摩擦力檢測模塊，盡管一定程度上解決了摩擦力在線檢測的問題，其檢測值與理論計算值差別較大，且檢測機(jī)理為“黑匣子”，仍待深入研究和破解。這些研究均側(cè)重于對摩擦力的宏觀檢測，并主要針對彎月面區(qū)的液體摩擦力，而根據(jù)牛頓流體力學(xué)理論，液體摩擦力即為黏性流體“內(nèi)摩擦力”，可由方程(1)計算，則在線計算液體摩擦力應(yīng)是監(jiān)控其變化的最為直接和精確的手段。基于方程(1)可知，液體摩擦力取決于結(jié)晶器與凝固坯殼間的相對運(yùn)動、保護(hù)渣黏度和液渣膜(潤滑膜)厚度，前兩者在穩(wěn)定澆鑄條件下的數(shù)值可由連鑄機(jī)設(shè)定值或保護(hù)渣供應(yīng)商提供，而液渣膜厚度則非常難以確定，截止目前的研究僅能證明其數(shù)量級在10-5-10-4m范圍，從而成為開發(fā)液體摩擦力在線計算模型的瓶頸。

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式中，fl為液體摩擦力，Pa；μf為保護(hù)渣黏度，Pa·s；vm為結(jié)晶器振動速度，mm·s-1；vc為鑄坯拉速，mm·s-1；dl為液渣膜厚度，mm。

發(fā)明內(nèi)容