[发明专利]一种连铸结晶器保护渣渣耗的测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种连铸结晶器保护渣渣耗的测试方法，属于钢铁连铸技术领域。

背景技术

保护渣是钢铁连铸过程中不可或缺的冶金辅助材料，具有防止钢液二次氧化、绝热保温、吸收夹渣物、控制传热、润滑的功能，对连铸过程起着关键的作用，保证生产顺行，其性能的好坏直接影响到铸坯的表面质量。通过结晶器的振动，钢液上层的液态保护渣被泵入结晶器壁与铸坯表面之间的空隙，形成固态渣膜与液态渣膜，渣膜起到控制传热的作用。液态渣膜还有润滑的作用，减少拉坯阻力，防止坯壳结晶器壁的黏结。保护渣的润滑能力的大小通常用保护渣的消耗量来衡量。当保护渣消耗量小，拉坯时铸坯与结晶器壁摩擦阻力增加，若阻力超过铸坯强度，会引起漏钢事故。此外，拉坯摩擦力的增加会使铸坯表面纵裂指数增加。当保护渣消耗量大，会导致结晶器壁与铸坯间的渣膜厚度增加，增加热阻，不利于带走钢水的热量，可能导致铸坯出结晶器时厚度过薄，引起漏钢。合适的保护渣消耗量有助于提高铸坯表面质量和保证生产顺行。因此，一种准确预测保护渣消耗量的方法对于连铸实际生产的铸坯质量控制具有重大的指导意义。保护渣的消耗量取决于连铸工艺参数、钢种、结晶器结构以及本身的理化性能。

查阅已经公布的文献和专利，目前计算保护渣渣耗的方法主要有：(1)使用经验公式：式中，Q为保护渣消耗量，kg/m²，η为保护渣粘度，Pa·s，v_c为拉速，m/min，k为比例常数；(2)通过数值模拟软件如Fluent软件模拟连铸过程中保护渣渣耗；(3)用油代替保护渣进行物理模拟实验以模拟实际连铸过程，进而得到保护渣渣耗；方法(1)中的经验公式只考虑了部分影响保护渣消耗量的因素，因此计算结果并不精准；对于方法(2)，由于实际连铸过程连铸结晶器内发生着复杂、多相、高温的“三传一反”过程，数学建模需要基于许多假设，同时边界条件的获取有限，数值模拟难以准确反映实际过程；方法(3)中的试验油与实际连铸保护渣的性质差别大，保护渣渣耗计算结果难以准确反映实际情况；现有的保护渣计算方法并不能很准确预测保护渣消耗量，存在一些不足。日本NKK工学研究所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测量了不同连铸浇注工艺保护渣的消耗量；但是测量过程中，只是简单地把结晶器与坯壳之间所有的保护渣渣膜(含有依附于结晶器的固态渣和靠近坯壳的液态渣)都看成是保护渣消耗，而实际保护渣消耗主要是结晶器与坯壳间液态保护渣沿着拉坯方向流动而产生的。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种连铸结晶器保护渣渣耗的测试方法，使用结晶器内初始凝固模拟装置，以实测的温度和铸坯厚度为基础，反算出结晶器热面热流密度、铸坯表面温度和铸坯表面热流密度；在此基础上，结合保护渣物性参数，计算出液态渣厚度、液态渣运动速度和保护渣消耗量，为准确把握结晶器内保护渣的润滑和传热提供可靠数据，并且更好的优化工艺参数和控制铸坯质量。

本发明一种连铸结晶器保护渣渣耗的测试方法，包括下述步骤：

步骤一

基于实验室小型连铸实验模拟工厂钢铁连铸过程；采集结晶器内的热电偶测量的温度数据，并传给数据处理设备；

步骤二

数据处理设备将采集好的温度数据代入结晶器传热数学模型，实时计算通过结晶器热面各点的热流密度q_int；

步骤三

切取实验后初始凝固坯壳并测量出坯壳沿拉坯方向的厚度，利用坯壳厚度、钢水浇铸温度和钢的传热学物理性能参数(密度、热容，导热系数和热焓)反算出坯壳表面沿拉坯方向分布的温度T_shell和沿拉坯方向分布的热流密度q_shell；

步骤四

测量保护渣的结晶温度T_sol；

步骤五

计算出沿拉坯方向分布的结晶器壁与铸坯之间的液渣膜厚度d_l；

步骤六

计算出液渣运动速度V_z，然后对V_z进行积分得到保护渣消耗量。

本发明中所述温度采集器优选为热电偶。