连铸结晶器保护渣摩擦润滑性能评价方法技术

本发明专利技术公开了一种连铸结晶器保护渣摩擦润滑性能评价方法，包括以下步骤：获取铸坯在拉坯过程中的各表面区域的温度、各表面区域与对应的保护渣界面的接触热阻以及保护渣的液渣热阻；根据获取到的每一表面区域的温度、各表面区域与对应的保护渣界面的接触热阻以及保护渣的液渣热阻计算保护渣的固渣与液渣界面的剪应力，从而得到每一表面区域对应的固渣与液渣界面的剪应力；获取所述保护渣的断裂强度；将每一表面区域对应的剪应力逐个与所述保护渣的断裂强度对比；若小于所述保护渣的断裂强度，则通过公式（1）计算所述铸坯的该表面区域的摩擦应力：若大于或等于所述断裂强度，则通过公式（3）计算所述铸坯的该区域表面的摩擦应力。

Evaluation method of friction and lubrication performance of mold fluxes for continuous casting

The invention discloses a continuous casting crystallizer slag friction lubrication performance evaluation method comprises the following steps: obtaining the billet in the casting process in the areas of the surface temperature, the surface area and the corresponding protective slag thermal contact resistance interface and slag slag resistance; shear stress according to each surface area get to the temperature, the surface area and the corresponding protective slag thermal contact resistance interface and slag slag resistance calculation slag solid slag and liquid slag interface, shear stress so as to obtain the corresponding surface area of each solid slag and liquid slag interface; obtaining the fracture strength of slag the shear stress; one by one with the protective slag fracture strength compared to corresponding surface area of each; if the fracture strength is less than that of the slag, by formula (1) to calculate the surface area of the billet friction If the fracture strength is greater than or equal to the fracture strength, the frictional stress on the surface of the billet is calculated by formula (3).

【技术实现步骤摘要】
连铸结晶器保护渣摩擦润滑性能评价方法
本专利技术属于材料性能检测
，具体涉及一种连铸结晶器保护渣摩擦润滑性能评价方法。
技术介绍
结晶器保护渣在连铸过程中有润滑、传热、保温、防止氧化以及吸收夹杂物等功能。其中，保护渣在结晶器铜板和凝固坯壳间的润滑与摩擦对连铸生产顺行和铸坯质量都有重要影响。粘结漏钢在各类漏钢事故中所占比例最大且后果严重，约占漏钢事故总数的而且主要是保护渣润滑不良引起的。此外，摩擦应力还可能对凝固壳表面裂纹产生一定影响。因此，随着连铸要求的提高，研究和完善保护渣润滑评价体系，建立准确的结晶器摩擦模型，对减小结晶器内摩擦应力，提高铸坯质量有非常重要的意义。目前，结晶器保护渣的性能研究主要有：熔化性、传热性、结晶性，以及碱度、粘度和界面张力。一般通过熔化温度、结晶率和粘度评价保护渣的润滑效果，认为在渣耗量相同的情况下，熔化温度越低、结晶率越高以及粘度越小保护渣的润滑效果越好。连铸保护渣在结晶器振动过程中，从铜板与铸坯间的缝隙进入结晶器。由于铜板的温度低，铸坯表面的温度高，因此液面附近的保护渣为部分固态和部分液态。但是随着结晶器高度的下降，铸坯表面温度逐渐降低，液渣厚度随之逐渐减小，固渣厚度逐渐增大。当铸坯表面温度小于保护渣熔化温度时，液渣厚度将减小到零。结晶器内的摩擦润滑行为一般用Thomas的公式进行表征，铸坯与液渣的摩擦应力(式1)，固渣与液渣的剪应力(式2)分别如下：式中，ρslag为保护渣密度，ρsteel为钢液密度，n为液渣粘度温度指数，T2为液渣膜热面温度，μ(T2)为液渣膜热面粘度，vc为拉速，vs为固渣运动速度，vm为结晶器振动速度；dl为液渣膜厚度。从式(1)可以看出，当液渣厚度趋于零时，液渣与铸坯的摩擦应力趋于无穷大，润滑条件急剧恶化。而现有的保护渣润滑性能评价指标(熔化温度、粘度和结晶率)都不能反映这一问题。因此，为了更好的衡量保护渣的润滑性能，需要新的评价指标和方法。目前关于连铸保护渣性能的文献很多，主要是熔化性、传热性、结晶性，以及碱度、粘度和界面张力，还未有关于保护渣断裂强度方面的文献。在保护渣性能评价中考虑断裂强度，其评价体系将更加完善和准确，为优化保护渣成分奠定基础。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，由于目前的保护渣性能指标未考虑其断裂强度，因此当液渣厚度趋于零时，现有的摩擦力模型将失去意义，不能完整的表示结晶器内摩擦力情况。因此，提出连铸保护渣的一个新指标，提供一种更精确的保护渣摩擦润滑性能的评价方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：提供一种连铸结晶器保护渣摩擦润滑性能评价方法，包括以下步骤：获取铸坯在拉坯过程中的各表面区域的温度、各表面区域与对应的保护渣界面的接触热阻以及保护渣的液渣热阻；根据获取到的每一表面区域的温度、各表面区域与对应的保护渣界面的接触热阻以及保护渣的液渣热阻计算保护渣的固渣与液渣界面的剪应力，从而得到每一表面区域对应的固渣与液渣界面的剪应力；获取所述保护渣的断裂强度；将每一表面区域对应的剪应力逐个与所述保护渣的断裂强度对比；若对应的剪应力小于所述保护渣的断裂强度，则通过以下公式计算所述铸坯的该表面区域的摩擦应力：式(1)中，τl/steel表示铸坯与液渣的摩擦应力，ρslag为保护渣密度，ρsteel为钢液密度，n为液渣粘度温度指数，T2为液渣膜热面温度，μ(T2)为液渣膜热面粘度，vc为拉速，vs为固渣运动速度，其与结晶器振动速度vm相等；dl为液渣膜厚度；若对应的剪应力大于或等于所述断裂强度，则通过以下公式计算所述铸坯的该区域表面的摩擦应力，从而得到拉坯过程中随着温度逐渐降低铸坯各部分的截面的摩擦润滑性能：式(3)中，ds为固渣厚度。进一步的，在根据获取到的每一表面区域的温度、各表面区域与对应的保护渣界面的接触热阻以及保护渣的液渣热阻计算保护渣的固渣与液渣界面的剪应力，从而得到每一表面区域对应的剪应力的步骤中：根据各表面区域的温度、各表面区域与对应的保护渣界面的接触热阻和保护渣的液渣热阻计算液渣厚度dl，再根据以下公式得到每一表面区域对应的保护渣的固渣与液渣界面的剪应力：进一步的，在获取铸坯在拉坯过程中各表面区域的温度的过程中，包括：在虚拟环境中模拟铸坯拉坯过程，模拟计算拉坯过程中各表面区域的温度，从而在浇铸铸坯之前模拟出铸坯的各表面区域温度。进一步的，在获取铸坯在拉坯过程中各表面区域的温度的过程中，包括：通过设于连铸结晶器内的温度传感器检测沿拉坯方向的各段铸坯表面的温度，从而获取到铸坯在拉坯过程中各表面区域的温度。进一步的，在获取所述保护渣的断裂强度的步骤中，包括以下步骤：1)先将连铸结晶器保护渣于600～700℃下加热30min，以除掉其中的碳，然后自然冷却至室温，得到除碳保护渣；将除碳保护渣破碎并过40目筛，取筛下物，于60℃真空干燥箱中干燥至恒重，即得除碳保护渣粉料；2)将除碳保护渣粉料装入石墨槽的空腔中，置于1200℃下保温20min，空冷至室温后取出，得到呈长方体的保护渣料块；3)将所述的保护渣料块的两端分别固定在拉伸试验机的两个夹持端上，然后通过拉伸试验机测得该种保护渣的拉伸断裂强度或压缩断裂强度。进一步的，还包括步骤4)：重复步骤2)至3)两次以上，取拉伸断裂强度或压缩断裂强度的平均值。进一步的，在步骤3)中：所述的保护渣料块的两端分别通过一个连接器固定在拉伸试验机的两个夹持端上；所述的连接器为块状，与所述保护渣料块连接的一端为平面，用于与所述保护渣料块的一端黏合。进一步的，所述的连接器的另一端设有一个与该平面垂直的连接环，该连接环上设置有一个开口；所述的连接器每两个为一组，所述的保护渣料块的两端分别设置有一组连接器；每组中的两个连接器通过各自的连接环连接在一起，以使两个连接器的平面朝向相背的方向，其中一个平面用于与所述保护渣料块的一端黏合，另一个平面用于与拉伸试验机的夹持端连接。进一步的，步骤2)中所述的石墨槽的空腔的尺寸为80mm×10mm×30mm。与现有的技术相比，本专利技术具有如下有益效果：将断裂强度作为新的指标对润滑性能进行测评，对铸坯表面上的不同温度对应的固渣与液渣的剪应力采用不同的计算方式，从而使得保护渣的润滑性能得到更精确的评测，为用户提供更准确的结果，便于用户选择更为合适的保护渣，对连铸工艺优化和铸坯质量的提高都具有重要意义。本专利技术完善了连铸保护渣评价方法，通过保护渣断裂强度，可以为连铸生产优化出更好的保护渣成分。在实际连铸生产过程中，考虑保护渣断裂强度后，结晶器内的摩擦与润滑状态更加符合实际，使优化的连铸保护渣能更好的适应连铸生产顺行。采用上述断裂强度获取方法，具有以下有益效果：1、为连铸保护渣的研究提供了一个新指标即断裂强度，并提出了一种完善的断裂强度获取方法，修正了现有的保护渣摩擦数学模型，使模型中保护渣的运动和润滑情况更符合实际。2、通过分析连铸保护渣的断裂强度，有利于优化连铸保护渣的性能，进而为提高连铸工艺和铸坯质量提高打下了基础。3、可以更好地检测连铸保护渣的质量，以进一步提高铸坯质量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连铸结晶器保护渣摩擦润滑性能评价方法，包括以下步骤：获取铸坯在拉坯过程中的各表面区域的温度、各表面区域与对应的保护渣界面的接触热阻以及保护渣的液渣热阻；根据获取到的每一表面区域的温度、各表面区域与对应的保护渣界面的接触热阻以及保护渣的液渣热阻计算保护渣的固渣与液渣界面的剪应力，从而得到每一表面区域对应的固渣与液渣界面的剪应力；获取所述保护渣的断裂强度；将每一表面区域对应的剪应力逐个与所述保护渣的断裂强度对比；若对应的剪应力小于所述保护渣的断裂强度，则通过以下公式计算所述铸坯的该表面区域的摩擦应力：

【技术特征摘要】
1.一种连铸结晶器保护渣摩擦润滑性能评价方法，包括以下步骤：获取铸坯在拉坯过程中的各表面区域的温度、各表面区域与对应的保护渣界面的接触热阻以及保护渣的液渣热阻；根据获取到的每一表面区域的温度、各表面区域与对应的保护渣界面的接触热阻以及保护渣的液渣热阻计算保护渣的固渣与液渣界面的剪应力，从而得到每一表面区域对应的固渣与液渣界面的剪应力；获取所述保护渣的断裂强度；将每一表面区域对应的剪应力逐个与所述保护渣的断裂强度对比；若对应的剪应力小于所述保护渣的断裂强度，则通过以下公式计算所述铸坯的该表面区域的摩擦应力：式(1)中，τl/steel表示铸坯与液渣的摩擦应力，ρslag为保护渣密度，ρsteel为钢液密度，n为液渣粘度温度指数，T2为液渣膜热面温度，μ(T2)为液渣膜热面粘度，vc为拉速，vs为固渣运动速度，其与结晶器振动速度vm相等；dl为液渣膜厚度；若对应的剪应力大于或等于所述断裂强度，则通过以下公式计算所述铸坯的该区域表面的摩擦应力，从而得到拉坯过程中随着温度逐渐降低铸坯各部分的截面的摩擦润滑性能：式(3)中，ds为固渣厚度。2.如权利要求1所述的连铸结晶器保护渣摩擦润滑性能评价方法，其特征在于，在根据获取到的每一表面区域的温度、各表面区域与对应的保护渣界面的接触热阻以及保护渣的液渣热阻计算保护渣的固渣与液渣界面的剪应力，从而得到每一表面区域对应的剪应力的步骤中：根据各表面区域的温度、各表面区域与对应的保护渣界面的接触热阻和保护渣的液渣热阻计算液渣厚度dl，再根据以下公式得到每一表面区域对应的保护渣的固渣与液渣界面的剪应力：3.如权利要求1所述的连铸结晶器保护渣摩擦润滑性能评价方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈登福，谢鑫，俞晟，龙木军，段华美，吕奎，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50