[发明专利]基于热电偶测温连铸结晶器固液渣润滑膜厚度的确定方法

权利要求书

1.一种基于热电偶测温连铸结晶器固液渣润滑膜厚度的确定方法，其特征在于：按如下步骤进行：

步骤一、获取初始数据

1)、确定弯月面高度H

弯月面高度即为渣道长度，由毛细管常数方程(15)得到；

H=2σs-f(ρs-ρf)g---(15)]]>

式中，g为重力加速度，g＝9.8m·s-2；ρs为钢水密度，kg·m-3；σs-f为初凝坯壳与保护渣间界面张力，N·m-1，由Girifalco-Good方程(16)计算；

σs-f=σs+σf-2φσsσf---(16)]]>

式中，σs，σf分别为初凝坯壳和保护渣表面张力，N·m-1，保护渣包括液渣和固渣；Φ为接触界面特性值；

2)、浇铸操作参数

(1)由设计图纸确定连铸结晶器宽面和窄面长度L和W；

(2)由现场稳定浇铸状态下统计数据确定单位面积渣耗量Q；

(3)由设计图纸确定热电偶埋入位置距结晶器热面距离d；

(4)实时测定热电偶温度T_c；

(5)由浇注过程模拟系统在线仿真模型实时计算初凝坯壳表面温度T_s；

3)、保护渣物性参数

(1)由保护渣技术手册确定液渣润滑膜密度ρf；

(2)由保护渣技术手册确定保护渣熔点T_f；

4)、材料导热系数

(1)设定液渣膜和固渣膜导热系数λs和λl；

(2)根据弯月面铜板热面温度，设定铜导热系数；

步骤二、确定结晶器弯月面区固渣润滑膜厚度和液渣润滑膜厚度

基于质量平衡和热流平衡原理建立结晶器弯月面区固渣润滑膜厚度模型(13)和液渣润滑膜厚度模型(14)，确定结晶器弯月面区固渣润滑膜厚度d_s和液渣润滑膜厚度d_l；

ds=(A-A2-4B)D-2E2(C+D)---(13)]]>

dl=(A-A2-4B)C+2E2(C+D)---(14)]]>

式中D＝λ_sλ_mL和W分别为结晶器宽面和窄面长度；Q为单位面积渣耗量；ρf为液渣润滑膜密度；λ_l为液渣润滑膜的导热系数；λ_s为固渣润滑膜的导热系数；λ_m为结晶器铜板的导热系数；T_s为凝固坯壳表面的温度；T_f为保护渣融点的温度；T_m为结晶器铜板热面的温度；T_c为热电偶位置的温度；d为热电偶埋入位置距结晶器热面距离；

步骤三、在线显示固渣润滑膜厚度和液渣润滑膜厚度的结果。

2.按权利要求1所述的基于热电偶测温连铸结晶器固液渣润滑膜厚度的确定方法，其特征在于：所述的步骤二中基于质量平衡和热流平衡原理建立结晶器弯月面区固渣润滑膜厚度模型(13)和液渣润滑膜厚度模型(14)的方法如下：

(1.)质量平衡

弯月面区渣耗量可表示为方程(2)，由于弯月面区润滑膜极薄，则可将稳定浇铸时弯月面区固渣润滑膜和液渣润滑膜考虑为常值，则得到弯月面区渣耗量的另一种表示方式，方程(3)，

M＝2H(L+W)Q                                (2)

式中，M为弯月面区渣耗量，kg；L和W分别为结晶器宽面和窄面长度，m；H为弯月面区高度；Q为单位面积渣耗量，kg·m^-2；d_s和d_l分别为固渣润滑膜和液渣润滑膜厚度，m；ρf为液渣润滑膜密度，kg·m^-3，则由方程(2)和方程(3)得到包含固渣润滑膜厚度d_s和液渣润滑膜厚度d_l的方程(4)，考虑沿拉坯方向固渣润滑膜厚度和液渣润滑膜厚度为定值，得到

(d_s+d_l)²-A(d_s+d_l)+B＝0                        (4)

其中，

A=L+W2---(5)]]>

B=L+W2Qρf---(6);]]>

(2.)热流平衡

基于数值传热学理论可知，垂直拉坯方向上热流密度相同，即同一时刻由钢水传输至结晶器冷却水的热流量一致，因此可建立热电偶位置热平衡方程；

液渣润滑膜与对应位置固渣润滑膜热流相等：

λlTs-Tfdl=λsTf-Tmds---(7)]]>

液渣润滑膜与对应位置结晶器铜板热流相等：

λlTs-Tfdl=λmTm-Tcd---(8)]]>

式中，T为温度，℃，T_s、T_f、T_m和T_c分别表示凝固坯壳表面的温度、保护渣融点的温度、结晶器铜板热面的温度和热电偶位置的温度；λ为材料导热系数，W·m·℃^-1，λ_l，λ_s和λ_m分别表示液渣润滑膜的导热系数、固渣润滑膜的导热系数和结晶器铜板的导热系数；d为热电偶埋入位置距结晶器热面距离，m；则由方程(7)和方程(8)分别推出方程(9)和方程(10)；

(Ts-Tf)λldldsλs=Tf-Tm---(9)]]>

(Ts-Tf)λldldλm=Tm-Tc---(10)]]>

这里由于结晶器铜板热面温度T_m难以确定，则将方程(7)和方程(8)相加，整理得方程(9)至方程(12)；

Cd_s-Dd_l+E＝0                        (9)

C=λlλmTs-TfTf-Tc---(10)]]>

D＝λ_sλ_m                           (11)

E=λlλsdTs-TfTf-Tc---(12)]]>

(3)确定结晶器弯月面区固渣润滑膜厚度和液渣润滑膜厚度

联立求解方程(4)和方程(9)，并基于实际渣膜厚度数量级舍去多余解，即分别得到固渣润滑膜厚度和液渣润滑膜厚度如方程(13)和方程(14)；

ds=(A-A2-4B)D-2E2(C+D)---(13)]]>

dl=(A-A2-4B)C+2E2(C+D)---(14).]]>