[發明專利]一種連鑄結晶器保護渣渣耗的測試方法

有效

• 申請號: 201610388053.4
• 申請日: 2016-06-03
• 公開（公告）號: CN105945251B
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 王萬林;張海輝;呂培生;龍旭凱;羅志燦;肖丹
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B22D11/18
• 分類號: B22D11/18
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所43114
• 代理人: 顏勇

技術領域

本發明涉及一種連鑄結晶器保護渣渣耗的測試方法，屬于鋼鐵連鑄技術領域。

背景技術

保護渣是鋼鐵連鑄過程中不可或缺的冶金輔助材料，具有防止鋼液二次氧化、絕熱保溫、吸收夾渣物、控制傳熱、潤滑的功能，對連鑄過程起著關鍵的作用，保證生產順行，其性能的好壞直接影響到鑄坯的表面質量。通過結晶器的振動，鋼液上層的液態保護渣被泵入結晶器壁與鑄坯表面之間的空隙，形成固態渣膜與液態渣膜，渣膜起到控制傳熱的作用。液態渣膜還有潤滑的作用，減少拉坯阻力，防止坯殼結晶器壁的黏結。保護渣的潤滑能力的大小通常用保護渣的消耗量來衡量。當保護渣消耗量小，拉坯時鑄坯與結晶器壁摩擦阻力增加，若阻力超過鑄坯強度，會引起漏鋼事故。此外，拉坯摩擦力的增加會使鑄坯表面縱裂指數增加。當保護渣消耗量大，會導致結晶器壁與鑄坯間的渣膜厚度增加，增加熱阻，不利于帶走鋼水的熱量，可能導致鑄坯出結晶器時厚度過薄，引起漏鋼。合適的保護渣消耗量有助于提高鑄坯表面質量和保證生產順行。因此，一種準確預測保護渣消耗量的方法對于連鑄實際生產的鑄坯質量控制具有重大的指導意義。保護渣的消耗量取決于連鑄工藝參數、鋼種、結晶器結構以及本身的理化性能。

查閱已經公布的文獻和專利，目前計算保護渣渣耗的方法主要有：(1)使用經驗公式：式中，Q為保護渣消耗量，kg/m²，η為保護渣粘度，Pa·s，v_c為拉速，m/min，k為比例常數；(2)通過數值模擬軟件如Fluent軟件模擬連鑄過程中保護渣渣耗；(3)用油代替保護渣進行物理模擬實驗以模擬實際連鑄過程，進而得到保護渣渣耗；方法(1)中的經驗公式只考慮了部分影響保護渣消耗量的因素，因此計算結果并不精準；對于方法(2)，由于實際連鑄過程連鑄結晶器內發生著復雜、多相、高溫的“三傳一反”過程，數學建模需要基于許多假設，同時邊界條件的獲取有限，數值模擬難以準確反映實際過程；方法(3)中的試驗油與實際連鑄保護渣的性質差別大，保護渣渣耗計算結果難以準確反映實際情況；現有的保護渣計算方法并不能很準確預測保護渣消耗量，存在一些不足。日本NKK工學研究所Tsutsumi等,Kawakami等(Tsutsumi K,Murakami H,Nishioka S I,et al:Tetsu-to-Hagane 84,no.9(1998):617-624.Kawakami K,Kitagawa T,Mizukami H,et al:Tetsu-to-Hagané67,no.8(1981):1190-1199.)采用mold simulator測量了不同連鑄澆注工藝保護渣的消耗量；但是測量過程中，只是簡單地把結晶器與坯殼之間所有的保護渣渣膜(含有依附于結晶器的固態渣和靠近坯殼的液態渣)都看成是保護渣消耗，而實際保護渣消耗主要是結晶器與坯殼間液態保護渣沿著拉坯方向流動而產生的。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種連鑄結晶器保護渣渣耗的測試方法，使用結晶器內初始凝固模擬裝置，以實測的溫度和鑄坯厚度為基礎，反算出結晶器熱面熱流密度、鑄坯表面溫度和鑄坯表面熱流密度；在此基礎上，結合保護渣物性參數，計算出液態渣厚度、液態渣運動速度和保護渣消耗量，為準確把握結晶器內保護渣的潤滑和傳熱提供可靠數據，并且更好的優化工藝參數和控制鑄坯質量。

本發明一種連鑄結晶器保護渣渣耗的測試方法，包括下述步驟：

步驟一

基于實驗室小型連鑄實驗模擬工廠鋼鐵連鑄過程；采集結晶器內的熱電偶測量的溫度數據，并傳給數據處理設備；

步驟二

數據處理設備將采集好的溫度數據代入結晶器傳熱數學模型，實時計算通過結晶器熱面各點的熱流密度q_int；

步驟三

切取實驗后初始凝固坯殼并測量出坯殼沿拉坯方向的厚度，利用坯殼厚度、鋼水澆鑄溫度和鋼的傳熱學物理性能參數(密度、熱容，導熱系數和熱焓)反算出坯殼表面沿拉坯方向分布的溫度T_shell和沿拉坯方向分布的熱流密度q_shell；

步驟四

測量保護渣的結晶溫度T_sol；

步驟五

計算出沿拉坯方向分布的結晶器壁與鑄坯之間的液渣膜厚度d_l；

步驟六

計算出液渣運動速度V_z，然后對V_z進行積分得到保護渣消耗量。

本發明中所述溫度采集器優選為熱電偶。