[發明專利]連鑄結晶器保護渣摩擦潤滑性能評價方法

在審

• 申請號: 201710035568.0
• 申請日: 2017-01-17
• 公開（公告）號: CN106872354A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 陳登福;謝鑫;俞晟;龍木軍;段華美;呂奎
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01N19/02
• 分類號: G01N19/02
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司50212
• 代理人: 劉念芝

技術領域

本發明屬于材料性能檢測技術領域，具體涉及一種連鑄結晶器保護渣摩擦潤滑性能評價方法。

背景技術

結晶器保護渣在連鑄過程中有潤滑、傳熱、保溫、防止氧化以及吸收夾雜物等功能。其中，保護渣在結晶器銅板和凝固坯殼間的潤滑與摩擦對連鑄生產順行和鑄坯質量都有重要影響。粘結漏鋼在各類漏鋼事故中所占比例最大且后果嚴重，約占漏鋼事故總數的而且主要是保護渣潤滑不良引起的。此外，摩擦應力還可能對凝固殼表面裂紋產生一定影響。因此，隨著連鑄要求的提高，研究和完善保護渣潤滑評價體系，建立準確的結晶器摩擦模型，對減小結晶器內摩擦應力，提高鑄坯質量有非常重要的意義。

目前，結晶器保護渣的性能研究主要有：熔化性、傳熱性、結晶性，以及堿度、粘度和界面張力。一般通過熔化溫度、結晶率和粘度評價保護渣的潤滑效果，認為在渣耗量相同的情況下，熔化溫度越低、結晶率越高以及粘度越小保護渣的潤滑效果越好。

連鑄保護渣在結晶器振動過程中，從銅板與鑄坯間的縫隙進入結晶器。由于銅板的溫度低，鑄坯表面的溫度高，因此液面附近的保護渣為部分固態和部分液態。但是隨著結晶器高度的下降，鑄坯表面溫度逐漸降低，液渣厚度隨之逐漸減小，固渣厚度逐漸增大。當鑄坯表面溫度小于保護渣熔化溫度時，液渣厚度將減小到零。

結晶器內的摩擦潤滑行為一般用Thomas的公式進行表征，鑄坯與液渣的摩擦應力(式1)，固渣與液渣的剪應力(式2)分別如下：

式中，ρ_slag為保護渣密度，ρ_steel為鋼液密度，n為液渣粘度溫度指數，T₂為液渣膜熱面溫度，μ(T₂)為液渣膜熱面粘度，v_c為拉速，v_s為固渣運動速度，v_m為結晶器振動速度；d_l為液渣膜厚度。

從式(1)可以看出，當液渣厚度趨于零時，液渣與鑄坯的摩擦應力趨于無窮大，潤滑條件急劇惡化。而現有的保護渣潤滑性能評價指標(熔化溫度、粘度和結晶率)都不能反映這一問題。因此，為了更好的衡量保護渣的潤滑性能，需要新的評價指標和方法。

目前關于連鑄保護渣性能的文獻很多，主要是熔化性、傳熱性、結晶性，以及堿度、粘度和界面張力，還未有關于保護渣斷裂強度方面的文獻。在保護渣性能評價中考慮斷裂強度，其評價體系將更加完善和準確，為優化保護渣成分奠定基礎。

發明內容

針對現有技術存在的上述不足，由于目前的保護渣性能指標未考慮其斷裂強度，因此當液渣厚度趨于零時，現有的摩擦力模型將失去意義，不能完整的表示結晶器內摩擦力情況。因此，提出連鑄保護渣的一個新指標，提供一種更精確的保護渣摩擦潤滑性能的評價方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：提供一種連鑄結晶器保護渣摩擦潤滑性能評價方法，包括以下步驟：

獲取鑄坯在拉坯過程中的各表面區域的溫度、各表面區域與對應的保護渣界面的接觸熱阻以及保護渣的液渣熱阻；

根據獲取到的每一表面區域的溫度、各表面區域與對應的保護渣界面的接觸熱阻以及保護渣的液渣熱阻計算保護渣的固渣與液渣界面的剪應力，從而得到每一表面區域對應的固渣與液渣界面的剪應力；

獲取所述保護渣的斷裂強度；

將每一表面區域對應的剪應力逐個與所述保護渣的斷裂強度對比；

若對應的剪應力小于所述保護渣的斷裂強度，則通過以下公式計算所述鑄坯的該表面區域的摩擦應力：

式(1)中，τ_l/steel表示鑄坯與液渣的摩擦應力，ρ_slag為保護渣密度，ρ_steel為鋼液密度，n為液渣粘度溫度指數，T₂為液渣膜熱面溫度，μ(T₂)為液渣膜熱面粘度，v_c為拉速，v_s為固渣運動速度，其與結晶器振動速度v_m相等；d_l為液渣膜厚度；

若對應的剪應力大于或等于所述斷裂強度，則通過以下公式計算所述鑄坯的該區域表面的摩擦應力，從而得到拉坯過程中隨著溫度逐漸降低鑄坯各部分的截面的摩擦潤滑性能：

式(3)中，d_s為固渣厚度。