[发明专利]一种测定方坯凝固终点的方法

权利要求书

1.一种测定方坯凝固终点的方法，其特征在于，

步骤一：首先确定示踪剂材料，选择铅液作为示踪剂；

步骤二：根据灌注示踪剂时间、铸机参数、示踪剂物性参数以及钢的物性参数建立示踪剂在铸坯中的对流扩散模型，计算示踪剂下落至凝固终点所需要的时间t₁；

步骤三：在浇铸末期将示踪剂熔化，并升温至液态温度，保持熔化状态，防止凝结；利用自制示踪剂灌注容器，将示踪剂均匀连续的加入到结晶器中，拉速保持不变；示踪剂灌注开始时，开始记录时间并在特定位置做好标记，铸坯标记位置到达火焰切割机位置时结束记录时间，得到开始灌注示踪剂到切割铸坯时间为t₂，计算出标记位置距离弯月面的距离S；

步骤四：拉出尾坯后，在做标记位置处对铸坯每隔Amm进行锯切、编号试样；对每块试样按照标准尺寸进行机床加工，找到铸坯中心面；

步骤五：对所加工试样进行X光扫描，根据X光扫描结果可得到示踪剂在铸坯中的分布，测量不同编号试样的坯壳厚度，通过铸坯凝固传热模型对铸坯不同位置的坯壳厚度进行多点校正计算得到铸坯凝固终点；

其中，建立铅液在铸坯中的对流扩散模型求解时间t₁，模型描述如下：

①连续方程

式中，ρ_s-钢液密度，kg/m³；u-速度，m/s；

②动量守恒方程

式中，ρ_s-钢液密度，kg/m³；u-速度，m/s；t-时间，s；μ_eff-有效粘度，Pa·s；g-重力加速度，m/s²；p-压力，Pa；S_u-源项；

③动量守恒方程中的源项

式中，ρ_s为钢液密度，kg/m³；g-重力加速度，m/s²；ρ_pb为铅液的密度，kg/m³；β_T-热膨胀系数，1/K；T-温度，℃；T_r-参考温度，℃；β_C-铅溶质膨胀系数；C_l-铅在液相中的质量分数，％；C_r-参考质量分数，％；f_l-液相分数，％；ξ-很小的正数；A_m-渗透系数，kg·m^-3·s^-1；u-速度，m/s；u_s-拉速，m/s；C-铅的质量分数，％；

④铸坯传热方程

式中，ρ_s-钢液密度，kg/m³；H-焓变,J/mol；u-速度，m/s；k_T,eff-有效导热系数，W/(m·K)；T-温度，℃；L-凝固潜热，J/kg；f_s-固相分数，％；u_s-拉速，m/s；

⑤溶质扩散方程

式中，ρ_pb-铅液的密度，kg/m³；C-铅的质量分数，％；u-速度，m/s；f_s-固相分数，％；D_s-铅在固相中扩散系数，cm²/s；f_l-液相分数，％；D_l-铅在液相中扩散系数，cm²/s；μ_t-粘度，Pa·s；Sc_t-施密特数；u-速度，m/s；u_s-拉速，m/s；C_s-铅在固相中的质量分数，％；C_l-铅在液相中的质量分数，％；根据以上对流扩散模型，计算得到示踪剂下落至凝固终点所需要的时间t₁。

2.根据权利要求1所述测定方坯凝固终点的方法，其特征在于，步骤三所述标记位置距离弯月面的距离S是根据计算公式(6)得到：

式中：l-弯月面距火焰切割位置的距离，m；S-标记位置距弯月面的距离，m；u_s-铸坯的拉速，m/s；t₁-灌铅开始至铅沉入凝固终点的时间，s；t₂-灌铅开始至留坯所用时间，s。