[发明专利]测量电渣重熔过程中铸锭温度分布的方法

说明书

本发明属于特钢冶炼领域，其公开了一种测量电渣重熔过程中铸锭温度分布的方法,简单、有效地测量电渣重熔过程中铸锭的温度分布，为电渣重熔工艺优化提供针对性的指导意见。本发明在电渣重熔过程中，加入示踪剂如FeS确定冶炼过程中金属熔池的形状，并获得该状态下铸锭熔化边缘温度；同时，利用在结晶器和底水箱所安装的热电偶及热流量计获得该时刻下铸锭表面温度和热流量；最后，结合传热定律和分离变量法，求出该时间下铸锭的温度分布。本发明适用于所有采用电渣重熔冶炼工艺。

技术领域

本发明属于特钢冶炼领域，具体涉及一种测量电渣重熔过程中铸锭温度分布的方法。

背景技术

电渣重熔(ESR)是利用电流通过熔渣所产生的电阻热作为热源来重熔自耗电极的二次精炼法，是将金属精炼提纯和凝固结晶成形聚于一体的冶炼工艺。一般而言，该设备主要由自耗电极、熔渣、结晶器、底水箱和变压器组成。由于在通电过程中，渣池所产生的焦耳热将自耗电极熔化，金属液滴受到重力作用穿过渣池，并和渣池发生物理化学反应，使得金属液滴所含的硫和夹杂物得到有效地去除。随后，金属液滴在结晶器和底水箱作用下凝固形成铸锭。因该工艺所生产的铸锭杂质元素和夹杂物少，凝固组织致密、均匀，铸锭表面光洁等优点，在对金属材料性能要求高，尤其是特钢领域得到广泛的应用。

但是，电渣重熔工艺是在一个几近密封的环境下进行的，且相应的理论研究尚不完善，导致在电渣重熔过程中，内部冶金工艺参数尤其是铸锭温度分布难以获得。所以，在实际冶炼中，需通过反复试验来确定合理的工艺参数，成本较高，耗时较长且通用性不强。

随着计算机能力飞速发展，通过用自编软件或者商业软件如Ansys或Procast来预测电渣重熔过程中铸锭温度分布逐渐受到重视，但由于对电渣重熔过程中的机理研究尚不全面，模拟所建的相应模型都进行一定的假设，使得所预测结果的精度降低。而且，数值模拟对人员素质，计算所需的软、硬件要求较高，导致难以在生产一线进行普及。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种测量电渣重熔过程中铸锭温度分布的方法，简单、有效地测量电渣重熔过程中铸锭的温度分布，为电渣重熔工艺优化提供针对性的指导意见。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

测量电渣重熔过程中铸锭温度分布的方法，包括以下步骤：

a.在电渣重熔过程中，在T时刻投入一定量的示踪剂，并获取T时刻下结晶器和底水箱壁面的温度及热流量；

b.在电渣重熔结束时，将电渣锭脱锭，并沿中轴线将凝固的铸锭纵向剖开，通过硫印实验显示T时刻下金属熔池形状即熔化前沿，同时，脱锭后在钢锭侧面取渣皮样品，记录位置高度和测量对应渣皮厚度，根据傅里叶传热定律，求出T时刻的结晶器冷却面和底水箱冷却面的铸锭表面温度；

c.根据硫印所示面熔化前沿的最低点为界，将铸锭分为上、下两部分，分别求取铸锭的上部分在T时刻的温度分布和铸锭的下部分在T时刻的温度分布。

作为进一步优化，步骤a还包括：

电渣重熔开始前，测量所冶炼铸锭的导热系数、渣的导热系数、结晶器导热系数、底水箱导热系数、铸锭熔点、结晶器厚度和底水箱厚度。

作为进一步优化，步骤a中，所述示踪剂采用FeS。

作为进一步优化，步骤a中，通过结晶器和底水箱安装一定数量的热电偶与热流量计来获取结晶器和底水箱壁面的温度及热流量。

作为进一步优化，所述热电偶和热流量计在结晶器和底水箱上均匀分布。

作为进一步优化，步骤b中，根据傅里叶传热定律，求出T时刻的结晶器冷却面的铸锭表面温度为：