专利名称：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
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；( 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，Sah00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⑴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- !范围，从而成为开发液体摩擦力在线 计算模型的瓶颈。f - u H
权利要求
1. 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，其特征在于按如 下步骤进行步骤一、获取初始数据 1)、确定弯月面高度H弯月面高度即为渣道长度，由毛细管常数方程(15)得到；H \(ps -Pf)s(15)式中，g为重力加速度，g = 9. 8m · S-2 ； P S为钢水密度，kg · m-3 ； σ s-f为初凝坯壳 与保护渣间界面张力，N · m-1，由Girifalco-Good方程(16)计算；^-t =￡JS +σ - 2lN明(16)式中，as, of分别为初凝坯壳和保护渣表面张力，N ·πι-1，保护渣包括液渣和固渣；Φ 为接触界面特性值；2)、浇铸操作参数(1)由设计图纸确定连铸结晶器宽面和窄面长度L和W;(2)由现场稳定浇铸状态下统计数据确定单位面积渣耗量Q；(3)由设计图纸确定热电偶埋入位置距结晶器热面距离d；(4)实时测定热电偶温度T。；(5)由浇注过程模拟系统在线仿真模型实时计算初凝坯壳表面温度Ts；3)、保护渣物性参数(1)由保护渣技术手册确定液渣润滑膜密度Pf ；(2)由保护渣技术手册确定保护渣熔点Tf；4)、材料导热系数(1)设定液渣膜和固渣膜导热系数λs和λ 1 ；(2)根据弯月面铜板热面温度，设定铜导热系数；步骤二、确定结晶器弯月面区固渣润滑膜厚度和液渣润滑膜厚度 基于质量平衡和热流平衡原理建立结晶器弯月面区固渣润滑膜厚度模型(1 和液渣 润滑膜厚度模型(14)，确定结晶器弯月面区固渣润滑膜厚度ds和液渣润滑膜厚度Cl1 ；d _ (A--IA2 -AB)D-2E2(C +功(13)i _ [Λ--JA2-4β)Ο + 2Ξ。二^ 2(C+D)(14)L +WL-hW OT-TeT式中“丁=λ人s =和 W分^^ PiH -1CZf _ 々别为结晶器宽面和窄面长度；Q为单位面积渣耗量；ρ f为液渣润滑膜密度；λ χ为液渣润滑膜的导热系数；λ s为固渣润滑膜的导热系数；λ m为结晶器铜板的导热系数；TS为凝固坯壳表面的温度；Tf为保护渣融点的温度；Tm为结晶器铜板热面的温度；T。为热电偶位置的温度；d为热电偶埋入位置距结晶器热面距离；步骤三、在线显示固渣润滑膜厚度和液渣润滑膜厚度的结果。
2.按权利要求1所述的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，其 特征在于所述的步骤二中基于质量平衡和热流平衡原理建立结晶器弯月面区固渣润滑膜 厚度模型(1 和液渣润滑膜厚度模型(14)的方法如下 (1.)质量平衡弯月面区渣耗量可表示为方程(2)，由于弯月面区润滑膜极薄，则可将稳定浇铸时弯月 面区固渣润滑膜和液渣润滑膜考虑为常值，则得到弯月面区渣耗量的另一种表示方式，方 程⑶，
全文摘要
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，属于钢铁冶金连铸过程数学模型应用领域，包括如下步骤步骤一、获取初始数据；步骤二、确定结晶器弯月面区固渣润滑膜厚度和液渣润滑膜厚度；步骤三、在线显示固渣润滑膜厚度和液渣润滑膜厚度的结果。本发明的优点在于基于质量平衡和热流平衡推导出连铸结晶器弯月面润滑膜厚度计算方程，并在弯月面区安装有热电偶的前提下，将其实时检测到的温度数据导入数学模型，实现润滑膜厚度的实时计算。
文档编号B22D11/07GK102039385SQ201010563750
公开日2011年5月4日 申请日期2010年11月29日 优先权日2010年11月29日
发明者孟祥宁, 朱苗勇 申请人:东北大学