[发明专利]一种钢连铸结晶器内初凝坯壳厚度的预测系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金过程生产技术领域，具体涉及一种钢连铸结晶器内初凝坯壳厚度的预测系统及方法。

背景技术

连铸结晶器作为连铸机中最关键的部件，被称为连铸机的“心脏”。高温钢液通过浸入式水口流入到结晶器，在结晶器冷却水的作用下，形成一定形状的初生凝固坯壳。结晶器内初生凝固坯壳均匀性对连铸坯表面质量和连铸可浇性起着决定性作用，且凝固坯壳厚度关系着铸坯强度，对初凝坯壳抵抗铸坯内部钢水静压力，防止漏钢至关重要。为此，连铸结晶器内初凝坯壳不仅要求坯壳厚度均匀，而且要求坯壳厚度足够厚，从而保证铸坯表面质量和连铸生产的安全性。

基于结晶器初凝坯壳的重要性，准确表征其厚度和均匀性，对于优化连铸结晶器工艺和设备，提高连铸坯质量和连铸生产率十分重要。然而，由于结晶器内凝固坯壳的生长受结晶器冷却强度、锥度、保护渣性能和钢液流动等多因素共同影响，结晶器内钢液凝固是十分复杂的不透明高温过程，很难用物理方法在线检测，因此只能是对坯壳厚度进行预测。目前，预测坯壳厚度的方法主要分为试验测量法和数值模拟法两大类。

试验测量法主要包括漏钢坯壳宏观测量法、射钉法、示踪剂法、打孔排液法。漏钢坯壳宏观测量法(文献“板坯连铸结晶器内凝固壳的测定与分析”，特种铸造及有色合金,1998,(3):7-9.文献“板坯连铸结晶器内漏钢坯壳厚度的测量与分析”,内蒙古科技大学学报,2012,30(2):104-106.等)采用游标卡尺或者直尺测量凝固坯壳厚度，获得沿结晶器不同位置处坯壳厚度分布，但由于漏钢过程中残留于凝固坯壳表面的钢液会继续凝固，使得测量值较实际坯壳厚度偏大。射钉法(文献“应用射钉法测量板坯凝固坯壳的厚度”,鞍钢技术,2005,(6):36-39.文献“射钉法测量板坯凝固坯壳厚度的应用实践”,连铸,2011,(3):28-30.专利CN101992281B,等)采用将含FeS的钢钉射入铸坯，根据铸坯硫印所示钢钉熔化情况及S的分布，确定坯壳厚度。该方法能在连铸二冷区和空冷区直接射钉确定铸坯凝固坯壳厚度，但无法直接对结晶器凝固坯壳进行测量，只能采用回归凝固系数和数学模型确定，无法真实反应结晶器内初凝坯壳厚度。示踪剂法(文献“Application of isotopes in industry and metallurgy”,Bulletin of the National Institute of Sciences of India,1959:13-15.文献“Estimation of shell thickness in a continuously cast steel billet using radiotracers”,Isotopes and Radiation Technology in industry.等)采用向结晶器内加入相关的放射性同位素，解剖钢坯，测量同位素分布，确定坯壳厚度。该方法产生放射性污染，对人体伤害较大，在现场的可操作性差，并没有得到广泛应用。打孔排液法属于破坏性试验，该方法的原理与漏钢坯壳宏观测量法类似，同样存在坯壳测量值偏大的缺点，且该方法还存在影响正常生产，试验成本高等缺点，所以几乎不采用。