[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

说明书

技术领域

本发明属于钢铁冶金连铸过程数学模型应用领域，特别涉及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。

背景技术

连续铸钢时，铺展于结晶器内钢水液面上的保护渣吸收高温钢水提供的热量，迅速在钢水液面上形成液渣层，靠近液渣层的保护渣仍未达到融化温度，则形成过渡形式的烧结层，而烧结层上则是保持原状态的粉渣层，即为结晶器内钢水液面上保护渣的三层结构；另一方面，液渣层内液态渣随结晶器周期性往复振动持续不断渗入到结晶器壁与初始凝固坯壳间气隙并形成润滑渣膜，其中贴近结晶器壁的液态渣在冷却作用下形成玻璃质和结晶质共存的固体润滑膜，而贴近坯壳表面的液态渣则形成液体润滑膜。图1为连铸结晶器内浇铸状况，基于冶金连铸领域内已被普遍接受的混合摩擦理论，振动结晶器壁与凝固坯壳表面间产生的摩擦力分为两类：(1)固渣膜与凝固坯壳间因固体与固体接触引起的库仑摩擦；(2)液渣膜内由黏性牛顿流体导致的液体摩擦。尽管结晶器壁与凝固坯壳间的接触状态同时受两类摩擦力的影响，且总摩擦力为二者之和，但两类摩擦力在结晶器不同位置所发挥的作用并不相同。研究表明，在结晶器上部液体摩擦力占据绝对主导地位，而结晶器下部则主要以固体摩擦力为主。此外，结晶器上部弯月面区凝固坯壳在液体摩擦力作用下容易被撕裂而形成铸坯表面裂纹，甚至引发漏钢事故，造成重大损失，而下部结晶器壁与固渣膜间的摩擦则导致了结晶器铜板的磨损，使得设备维护成本提升，并增大了铸坯生成表面的可能性。因此，无论是液体摩擦，还是固体摩擦，均是连续铸钢中应被密切监测和控制的重要过程参数，尤其液体摩擦力因其直接控制着连铸顺行和产品质量更是被重点关注的浇铸数据。目前，针对摩擦力的监控除通过保护渣渣耗量来间接评价外，所采用的手段大多是通过对拉坯阻力的检测，Sahoo等人开发了基于多传感器的摩擦力检测方法用来控制摩擦力以改善铸坯质量和浇铸稳定性，姚曼等人开发了基于功率法的摩擦力计算模型，通过检测结晶器振动台负载和空载时的功率差评价摩擦力，奥钢联和达涅利等国际钢铁技术研发巨头设计的结晶器系统中均内置了摩擦力检测模块，尽管一定程度上解决了摩擦力在线检测的问题，其检测值与理论计算值差别较大，且检测机理为“黑匣子”，仍待深入研究和破解。这些研究均侧重于对摩擦力的宏观检测，并主要针对弯月面区的液体摩擦力，而根据牛顿流体力学理论，液体摩擦力即为黏性流体“内摩擦力”，可由方程(1)计算，则在线计算液体摩擦力应是监控其变化的最为直接和精确的手段。基于方程(1)可知，液体摩擦力取决于结晶器与凝固坯壳间的相对运动、保护渣黏度和液渣膜(润滑膜)厚度，前两者在稳定浇铸条件下的数值可由连铸机设定值或保护渣供应商提供，而液渣膜厚度则非常难以确定，截止目前的研究仅能证明其数量级在10-5-10-4m范围，从而成为开发液体摩擦力在线计算模型的瓶颈。

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式中，fl为液体摩擦力，Pa；μf为保护渣黏度，Pa·s；vm为结晶器振动速度，mm·s-1；vc为铸坯拉速，mm·s-1；dl为液渣膜厚度，mm。

发明内容