CN101398371A - 一种连铸结晶器保护渣热态润滑摩擦状态的检测方法 - Google Patents

Abstract

一种连铸结晶器保护渣热态润滑摩擦状态的检测方法，属于冶金连铸检测技术领域。本方法基于结晶器实测温度的传热与摩擦行为计算相结合，反映连铸生产过程的保护渣热态润滑摩擦状态，其主要步骤为：基于结晶器实测温度的传热计算；结晶器与铸坯间的液态保护渣膜的计算；保护渣热态润滑摩擦状态的计算。其优点是：引入了混合润滑理论，使得对摩擦行为的分析更加具体、合理；基于结晶器温度的实测数据，模拟计算出实际工况下铸坯表面的保护渣的润滑摩擦状态；利用铸坯表面各节点位置的摩擦应力的计算结果，实现对润滑状态的多种显示，为铸坯表面润滑特点的分析和表面质量的预测提供了依据；在结晶器传热计算的基础上易于实现，实用性和移植性强。

Description

一种连铸结晶器保护渣热态润滑摩擦状态的检测方法

技术领域

本发明涉及到一种连铸结晶器保护渣热态润滑摩擦状态的检测方法，属于冶金连铸检测技术领域。

背景技术

结晶器保护渣作为连铸过程的重要生产资料，在润滑、保温、防氧化和吸收夹杂等方面发挥着重要的作用。结晶器内初熔的保护渣在四周的弯月面处，由于结晶器的振动和结晶器铜壁与铸坯间的毛细管作用，沿着铸坯与结晶器间的通道流入其缝隙之中形成起润滑作用的保护渣膜。保护渣的润滑效果对连铸生产至关重要，一旦出现润滑不良，将会导致铸坯表面的多种缺陷，甚至造成漏钢事故。

通常对于保护渣润滑状态的研究，多是在实验室测定保护渣的粘度、熔化温度和结晶温度等静态特性和生产经验对保护渣进行筛选和评价，尚没有检验方法和仪器能够对保护渣在实际连铸生产的热态条件下的润滑行为进行评价，而保护渣的润滑对连铸坯的质量和生产的顺行有重要影响。连铸过程中铸坯表面的摩擦行为能够反映保护渣的热态润滑状态，要想检测热态保护渣的润滑状态，需要知道铸坯表面的局部摩擦信息。但受连铸生产所处的特殊工况所限，现有的检测设备和手段无法对铸坯表面的局部摩擦信息进行直接检测，因此只能通过数值模拟的方法来获取。目前国内外对于保护渣摩擦行为的模拟研究已开展了一些工作，其中具有代表性的内容是：2003年Meng和Thomas在Metallurgical & Materials Transactions B上发表的“Modeling transient slag-layerphenomena in the shell/mold gap in continuous casting of steel”，文中从理论上详细讨论了液态保护渣的摩擦行为，并推导建立了相关的界面模型。但该研究只是基于理想条件，并没有考虑铸坯表面其它形式的润滑摩擦行为，如：液固混合和固态渣的情况。而在实际生产中，由于结晶器内的非稳态传热和保护渣的不均匀流入使得保护渣膜的分布极为复杂，保护渣的润滑摩擦状态也将发生改变。2007年《连铸》刊载了“保护渣物化性能对铸坯与结晶器间摩擦的影响”的文章，文中叙述了铸坯表面与液、固态保护渣的摩擦力的计算方法，还涉及了铸坯表面液、固保护渣摩擦行为的讨论。但该工作对铸坯表面摩擦行为的处理方法过于简单，只能在理想条件下对保护渣的润滑特点进行粗略的定性分析，无法实现保护渣热态润滑摩擦状态的检测，并不具有实用价值。目前尚无关于结晶器保护渣热态润滑摩擦状态检测的技术和专利报道。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的不足，本发明提出了一种连铸结晶器保护渣热态润滑摩擦状态的检测方法，该检测方法应对生产现场的保护渣热态润滑摩擦状态进行检测，使结晶器内传热和润滑的数值计算反映实际连铸生产过程中的保护渣润滑状态。

本发明的基本构思是：利用基于结晶器实测温度的结晶器内传热模拟计算的结果，对结晶器与铸坯间的液态保护渣膜的厚度分布进行计算，判断铸坯表面不同的接触润滑状况并计算摩擦应力，最终实现对连铸生产中保护渣热态润滑摩擦状态检测的目的。

本发明所提出的一种连铸结晶器保护渣热态润滑摩擦状态的检测方法，提供一种基于结晶器实测温度的传热与摩擦行为计算相结合，反映连铸生产过程的保护渣热态润滑摩擦状态，实现其检测任务的步骤如下：

第一步，基于结晶器实测温度的传热计算

开始运行保护渣热态润滑摩擦状态的检测程序后，首先将结晶器实测温度、连铸生产条件和结晶器内传热计算的参数输入到系统中，然后进入结晶器内的传热计算模块，计算出结晶器内的温度分布，并对结晶器热面和铸坯表面的温度分布进行显示。

第二步，结晶器与铸坯间的液态保护渣膜的计算

将第一步所得的结晶器热面和铸坯表面的温度分布数据输入液态保护渣膜计算模块，计算出液态保护渣膜的厚度分布，并对计算结果进行显示。

第三步，保护渣热态润滑摩擦状态的计算

将第一、二步得到的铸坯表面温度和液态保护渣膜厚度的分布数据，以及保护渣膜润滑计算的参数输入保护渣膜润滑计算模块，然后对铸坯表面的接触润滑状况进行判断，当铸坯表面温度高于保护渣的结晶温度时，铸坯表面处于完全的液态润滑；当铸坯表面温度小于等于保护渣的结晶温度且大于其凝固温度时，铸坯表面处于部分液态润滑和部分固态润滑的混合润滑；当铸坯表面温度降至保护渣的凝固温度且没有产生气隙时，液态保护渣膜消失，铸坯表面与固态保护渣膜直接接触，铸坯表面处于完全的固态润滑；随着铸坯表面温度的继续降低，铸坯不断收缩并与固态保护渣膜脱离形成气隙，此时铸坯表面没有摩擦应力作用，随后利用不同润滑状态所对应的摩擦应力公式，计算出保护渣的润滑状态，并对检测结果进行显示，从而实现对保护渣热态润滑摩擦状态的检测，至此检测结束。

上述方法适用于板坯、方坯、圆坯和异型坯连铸保护渣热态润滑摩擦状态的检测。

结晶器温度检测技术是连铸生产中常见的一整套软硬件系统，实现对结晶器局部位置温度的动态检测，其主要用途是进行粘结漏钢的预报。利用由该技术获取的结晶器温度数据，进行随后的传热模拟计算。

液态保护渣膜的计算如下：

先根据式(1)计算出由于铸坯的凝固收缩而在结晶器与铸坯间形成的间隙宽度d_gap(单位m)：

$d_{\mathrm{gap}}=\underset{i=1}{\overset{l\′}{\mathrm{\Σ}}}(T_{\mathrm{sol}}-T_i)E\left(\frac{L}{2}\right)-\left[z\left(\frac{{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{mould}}}{100}\right)\left(\frac{L}{2}\right)\right]---\left(1\right)$

式中i为凝固坯壳节点，i′为最后凝固节点；T_sol和T_i分别为钢的固相线温度和凝固坯壳节点温度，单位℃；E为钢的线收缩系数，单位1/℃；L和z分别为结晶器宽度和距弯月面的距离，单位m；θ_mould为结晶器的倒锥度，单位％。

当铸坯表面温度T_shell高于保护渣的凝固温度T_s-sol时，铸坯表面存在液态保护渣，并认为固态保护渣和液态保护渣完全填充到结晶器与铸坯的间隙当中，即表明间隙宽度为保护渣膜的总厚度。假定保护渣膜中的温度沿厚度方向呈线性分布，利用保护渣的凝固温度T_s-sol来界定保护渣膜的液、固状态。由此可根据下两式对间隙内的液态保护渣膜进行计算：

(T₂-T_mould)/R_int＝(T_shell-T₂)k_eff/d_gap               (2)

(T_shell-T_s-sol)/d_l＝(T_shell-T₂)/d_gap                (3)式中T₂和T_mould分别为固渣冷面和结晶器热面的温度，单位℃；R_int为结晶器/保护渣界面热阻，单位m²·℃/W；k_eff为保护渣的有效导热系数，单位W/(m·℃)；d_l为液态保护渣膜的厚度，单位m。

根据铸坯表面的温度和液态保护渣膜厚度的分布，由保护渣的结晶温度T_s-crys和凝固温度T_s-sol判断铸坯表面的接触状况，并对铸坯表面的摩擦应力计算如下：

当铸坯表面处于完全的液态润滑时，液态摩擦应力的计算公式为：

${\mathrm{\τ}}_{l/s}={\mathrm{\μ}}_s\frac{(n+1)(V_c-V_m)}{d_l}-\frac{({\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{slag}}-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{steel}})\left({\mathrm{gd}}_l\right)}{n+2}---\left(4\right)$

当铸坯表面处于完全的固态润滑时，固态摩擦应力的计算公式为：

τ_s/s＝η(ρ_slaggh₀+ρ_steelgz)                                     (5)

当铸坯表面处于混合润滑时，混合摩擦应力的计算公式为：

τ_mixed＝ατ_s/s+(1-α)τ_l/s                                        (6)

当铸坯表面存在气隙时，摩擦应力为0。

式(4)中μ_s为液渣膜热面的粘度，单位Pa·s；n为液态保护渣粘度温度指数，无量纲；V_C和V_m分别为拉速和结晶器的振动速度，单位m/s；ρ_slag和ρ_steel分别为保护渣和钢的密度，单位kg/m³；g为重力加速度，单位m/s²。式(5)中η为固态保护渣/凝固坯壳界面摩擦系数，无量纲；h₀为表层液态保护渣的深度，单位m。式(6)中α为固态摩擦应力所占的百分比，单位％，随着铸坯表面温度的降低，α从0增至100％。保护渣的结晶温度T_s-crys是指液态保护渣降温过程中出现晶体析出时的温度。

经过上述过程的计算，便得到了铸坯表面各节点位置的摩擦应力结果。在检测结果的显示方面，即可根据摩擦应力结果绘制出铸坯表面整体的润滑状态区域分布图，又可对操作者所关心的铸坯表面局部区域的摩擦应力分布进行显示，如铸坯表面的横向某位置，摩擦应力从弯月面开始沿纵向的变化，或距离弯月面某位置，摩擦应力沿铸坯横向的变化等。

本发明的主要优点是：1)处理保护渣润滑摩擦状态的物理意义清晰，数学模型准确；2)引入了混合润滑理论，使得对摩擦行为的分析更加具体、合理；3)基于结晶器温度的实测数据，模拟计算出实际工况下铸坯表面的保护渣的润滑摩擦状态；4)利用铸坯表面各节点位置的摩擦应力的计算结果，实现对润滑状态的多种显示，为铸坯表面润滑特点的分析和表面质量的预测提供了依据；5)在结晶器传热计算的基础上易于实现，实用性和移植性强。

附图说明

图1是结晶器保护渣热态润滑摩擦状态检测方法的工作流程图。

图2是结晶器与铸坯间保护渣膜的示意图。

图3是铸坯表面的四种接触状况的示意图。

图4是结晶器热电偶布局示意图。

图5是结晶器热面温度分布云图。

图6是铸坯表面温度分布云图。

图7是铸坯与结晶器间液态保护渣膜厚度的分布图。

图8是铸坯表面不同润滑状态的区域分布图。

图9是铸坯表面的横向距离为900mm位置，摩擦应力从弯月面开始沿纵向的变化。

图10是距离弯月面400mm的位置，摩擦应力沿铸坯横向的变化。

图中：1、结晶器，2、铸坯，3、液态保护渣膜，4、液态润滑，5、混合润滑，6、固态润滑，7、气隙，8、热电偶，9、固态保护渣膜，10、凝固坯壳，11、钢水，12、表层液态保护渣，13、弯月面，14、外弧宽面，15、内弧宽面，16、左窄面，17、右窄面。

具体实施方式

下面通过具体的实施例，结合附图对本发明作进一步详细的描述。

图1是结晶器保护渣热态润滑摩擦状态检测方法的工作流程图。开始运行保护渣热态润滑摩擦状态的检测程序后，首先将结晶器的实测温度、连铸生产条件和结晶器内传热计算的参数输入到系统中，然后进入结晶器内的传热计算模块，计算出结晶器内的温度分布，并对结晶器热面和铸坯表面的温度分布进行显示；其次将所得的结晶器热面和铸坯表面的温度分布数据输入液态保护渣膜计算模块，计算出液态保护渣膜的厚度分布，并对计算结果进行显示；第三将铸坯表面温度和液态保护渣膜厚度的分布数据，以及保护渣膜润滑计算的参数输入保护渣膜润滑计算模块，然后对铸坯表面的接触润滑状况进行判断，当铸坯表面温度高于保护渣的结晶温度时，铸坯表面处于完全的液态润滑，当铸坯表面温度小于等于保护渣的结晶温度且大于其凝固温度时，铸坯表面处于部分液态润滑和部分固态润滑的混合润滑，当铸坯表面温度降至保护渣的凝固温度且没有产生气隙时，液态保护渣膜消失，铸坯表面与固态保护渣膜直接接触，铸坯表面处于完全的固态润滑，随着铸坯表面温度的继续降低，铸坯不断收缩并与固态保护渣膜脱离形成气隙，铸坯表面没有摩擦应力作用，随后利用不同润滑状态所对应的摩擦应力公式，计算出保护渣的润滑状态，并对检测结果进行显示，从而实现对保护渣热态润滑摩擦状态的检测，至此检测结束。

图2是结晶器与铸坯间保护渣膜的示意图。此图为结晶器内的正视剖面图，其分区由左至右分别代表结晶器1、固态保护渣膜9、液态保护渣膜3、凝固坯壳10和钢水11。图中T₂和T_mould分别是固态保护渣膜冷面(与结晶器接触的固态保护渣膜的表面)和结晶器热面(与固态保护渣膜接触的结晶器表面)的温度，单位为摄氏度(℃)，R_int是结晶器/保护渣界面热阻，单位为米平方摄氏度/瓦(m²·℃/W)，T_s-sol和T_shell分别是保护渣的凝固温度和铸坯表面温度，单位为摄氏度(℃)，d_gap和d_l分别是结晶器1与铸坯2间由于铸坯的凝固收缩而形成的间隙宽度和液态保护渣膜3的厚度，单位为米(m)。

图3是铸坯表面的四种接触状况的示意图。此图为结晶器内的正式剖面图。生产中保护渣从钢水上部加入，遇高温熔化形成表层液态保护渣12，钢水的上表面称为弯月面13。表层液态保护渣12沿着结晶器1与铸坯2形成的间隙流入，在结晶器1一侧遇冷形成固态保护渣9。在铸坯2一侧，当铸坯表面温度高于保护渣的结晶温度时，铸坯表面处于完全的液态润滑4；当铸坯表面温度小于等于保护渣的结晶温度且大于其凝固温度之间时，铸坯表面处于部分液态润滑和部分固态润滑的混合润滑5；当铸坯表面温度降至保护渣的凝固温度且没有产生气隙7时，液态保护渣膜3消失，铸坯表面与固态保护渣膜9直接接触，铸坯表面处于完全的固态润滑6；随着铸坯表面温度的继续降低，铸坯不断收缩并与固态保护渣膜9脱离形成气隙7，此时铸坯表面没有摩擦应力作用。

图4是结晶器热电偶布局示意图。此图为结晶器内的俯视剖面图。板坯连铸结晶器1由四面铜板构成，包括一对宽面，称为外弧宽面14、内弧宽面15，和一对窄面，称为左窄面16、右窄面17。图中示出同一水平截面内12支结晶器热电偶8的安装位置，单位为毫米(mm)。

图5是结晶器热面温度分布云图。此图为内弧宽面一侧的结晶器热面温度分布正视图，图中横坐标是结晶器热面的横向距离，单位为毫米(mm)，纵坐标是距弯月面的距离，单位为毫米(mm)，纵坐标为0mm处表示弯月面的位置，结晶器热面与铸坯表面的横、纵尺寸是相同的。拉速为2.3m/min，图中曲线是结晶器热面温度的等温线，单位为摄氏度(℃)。

图6是铸坯表面温度分布云图。此图为内弧宽面一侧的铸坯表面温度分布正视图，图中横坐标是铸坯表面的横向距离，单位为毫米(mm)，纵坐标是距弯月面的距离，单位为毫米(mm)，纵坐标为0mm处表示弯月面的位置，拉速为2.3m/min，图中曲线是铸坯表面温度的等温线，单位为摄氏度(℃)。

图7是铸坯与结晶器间液态保护渣膜厚度的分布图。此图为内弧宽面一侧的铸坯与结晶器间液态保护渣膜厚度分布正视图，图中横坐标是铸坯表面的横向距离，单位为毫米(mm)，纵坐标是距弯月面的距离，单位为毫米(mm)，纵坐标为0mm处表示弯月面的位置，拉速为2.3m/min，图中曲线是液态保护渣膜厚度的等高线，单位为毫米(mm)。

图8是铸坯表面不同润滑状态的区域分布图。此图为内弧宽面一侧的铸坯表面不同润滑状态的区域分布正视图，图中横坐标是铸坯表面的横向距离，单位为毫米(mm)，纵坐标是距弯月面的距离，单位为毫米(mm)，纵坐标为0mm处表示弯月面的位置，图中颜色的差异表示铸坯表面不同的润滑状态，由上至下大致的顺序是液态润滑4、混合润滑5、固态润滑6和气隙7，拉速为2.3m/min。如图可见：润滑状态的分布与铸坯表面温度(图6)及液态保护渣膜厚度(图7)的分布具有相对应的关系，横向上呈现出不均匀且不对称的分布特点。在铸坯中上部温度较高，以液态润滑为主；在中下部，铸坯表面处于混合润滑状态，在沿纵向温度较高的区域，混合润滑的范围较长；固态润滑临近混合润滑区，沿着液态保护渣膜刚刚消失的边缘，呈现较窄的带状分布；其它部分由于气隙的产生会使得铸坯表面的摩擦力消失。

图9是铸坯表面的横向距离为900mm位置，摩擦应力从弯月面开始沿纵向的变化。图中横坐标是距弯月面的距离，单位为毫米(mm)，纵坐标是铸坯表面的摩擦应力，单位为千帕(kPa)。拉速为2.3m/min，结晶器的振动速度达到向上的最大值，沿纵向铸坯表面的润滑状态先后经历了液态润滑4、混合润滑5、固态润滑6和气隙7四个阶段。液态润滑的摩擦应力较低，变化平稳；在距离弯月面382mm的位置，进入混合润滑状态，摩擦应力迅速升高；在距离弯月面636mm的位置，进入固态润滑状态，摩擦应力随距离的增加呈线性变化；在距离弯月面751mm的位置，由于气隙的产生，铸坯与固态保护渣膜脱离，摩擦应力消失。

图10是距离弯月面400mm的位置，摩擦应力沿铸坯横向的变化。图中横坐标是铸坯表面的横向距离，单位为毫米(mm)，纵坐标是铸坯表面的摩擦应力，单位为千帕(kPa)。拉速为2.3m/min，结晶器的振动速度达到向上的最大值，在铸坯中上部，由于铸坯表面温度较高，液态保护渣膜存在于较宽的区域，摩擦应力较低，横向整体平均值为4.51kPa。由于铸坯温度分布的不均匀性使其围绕着保护渣结晶温度上下波动，对应着也形成液态润滑4和混合润滑5的交替出现。

取得上述图5、6、7、8、9、10中所示图线的实验是在国内某钢厂的弧形板坯连铸机上进行的，保护渣由人工方式加入，钢水通过浸入式水口由中间罐流入结晶器，目标弯月面高度为82mm，结晶器长为1200mm。沿结晶器水平方向布置有12对纵向排列的热电偶，分别安装在距离结晶器顶部190mm和390mm的水平横截面内，其中每个宽面5对，每个窄面1对，一共24只。热电偶顶端距结晶器热面的距离为10mm，水平横截面内热电偶安装位置如图4所示。热电偶的行用R标记，列用C标记，例如R1C3表示结晶器某个面上的第1行第3列测点。现场温度数据的检测频率为1Hz。

采用本发明技术方法对结晶器保护渣热态润滑状态进行检测，步骤如下：

第一步，基于结晶器实测温度的传热计算

在连铸生产过程中，利用现场结晶器温度检测技术，采集并记录安装在结晶器中的热电偶位置的温度数据，从中选取同一时刻下全部热电偶的温度值用于计算，对应的数据列于表1中，此刻的拉速为2.3m/min。

表1 是实测的同一时刻下结晶器中全部热电偶的温度数据

表1 是实测的同一时刻下结晶器中全部热电偶的温度数据，热电偶的行用R标记，列用C标记，表中第一列是热电偶的行、列位置，第二列是外弧宽面铜板中10个热电偶的温度数据，单位为摄氏度(℃)，第三列是内弧宽面铜板中10个热电偶的温度数据，单位为摄氏度(℃)，第四列是左窄面铜板中2个热电偶的温度数据，单位为摄氏度(℃)，第五列是右窄面铜板中2个热电偶的温度数据，单位为摄氏度(℃)。

开始运行保护渣热态润滑摩擦状态的检测程序后，首先将选取的结晶器实测温度、连铸生产条件和结晶器内传热计算的参数输入到系统中，然后进入结晶器内的传热计算模块，利用传热模拟计算的方法，对结晶器和铸坯进行网格划分和数值计算，传热计算过程的相关参数详见表2。从而获得结晶器热面和铸坯表面的温度分布，即得到了两个面上各节点位置的T_mould和T_shell的取值，以内弧宽面部分为例，将T_mould和T_shell的结果绘制成等温线分别示于图5和图6。

表2 是连铸生产条件与结晶器内传热计算的参数

 

参数	数值	单位
			铸坯断面尺寸钢含碳量浇铸温度钢液相线温度，Tliq钢固相线温度，Tsol钢密度，ρsteel钢热容，csteel钢导热系数，λsteel结晶器密度，ρmould结晶器热容，cmould结晶器导热系数，λmould时间步长       dtdx网格尺寸       dy	1530×1430.171540151714587500—1.2(T—Tliq)(666+0.17T)13.86+0.01113T89003904300.010.0030.002	mm×mm％℃℃℃kg/m3J/(kg·K)W/(m·K)kg/m3J/(kg·K)W/(m·K)smm

表2是连铸生产条件与结晶器内传热计算的参数，第一列是各参数的名称和符号，第二列是各参数的数值或表达式，其中变量T为铸坯温度，单位为摄氏度(℃)，第三列是各参数的单位。

第二步，结晶器与铸坯间的液态保护渣膜的计算

将第一步所得的结晶器热面和铸坯表面的温度分布数据输入液态保护渣膜计算模块，利用结晶器与铸坯间保护渣膜的计算公式(1)～(3)，计算出铸坯表面各节点位置处的液态保护渣膜的厚度值，也以内弧宽面部分为例，将液渣膜厚度的结果绘制成等高线示于图7。

第三步，保护渣热态润滑摩擦状态的计算

将第一、二步得到的铸坯表面温度和液态保护渣膜厚度的分布数据，以及保护渣膜润滑计算的参数输入保护渣膜润滑计算模块，由保护渣的结晶温度T_s-crys和凝固温度T_s-sol判断铸坯表面的接触润滑状况，利用对应的摩擦应力的公式(4)～(6)，计算出铸坯表面各节点位置的摩擦应力值，从而实现对保护渣热态润滑摩擦状态的检测。计算所涉及的参数列于表3中。

表3是铸坯表面摩擦应力计算的参数

 

参数	数值	单位
			钢线性收缩系数，E结晶器锥度，θmould保护渣密度，ρslag表层液态保护渣的深度，h0固态保护渣/凝固坯壳界面摩擦系数，η保护渣结晶温度，Ts-crys保护渣凝固温度，Ts-sol结晶器/保护渣界面热阻，Rint液态保护渣粘度，μ液态保护渣粘度温度指数，n结晶器振幅，A结晶器振频，f拉速，Vc结晶器振动速度，Vm	1.8×10-51.230000.0150.48120110900.00045540·(T-Ts-sol)-n1.244.17188.52.32πfA·cos(2πft)	1/℃％kg/m3m-℃℃m2·℃/WPa·s-mmcpmm/minm/s

表3是铸坯表面摩擦应力计算的参数，第一列是各参数的名称和符号，第二列是各参数的数值或表达式，其中变量T为铸坯温度，单位为摄氏度(℃)，cos()为余弦函数，第三列是各参数的单位。

同样以内弧宽面部分为例，得到如下保护渣热态润滑状态的检测结果与分析：

图8示出了铸坯表面不同润滑状态的区域分布情况，如图可见：润滑状态的分布与铸坯表面温度(图6)及液态保护渣膜厚度(图7)的分布具有相对应的关系，横向上呈现出不均匀且不对称的分布特点。在铸坯中上部温度较高，以液态润滑为主；在中下部，铸坯表面处于混合润滑状态，在沿纵向温度较高的区域，混合润滑的范围较长；固态润滑临近混合润滑区，沿着液态保护渣膜刚刚消失的边缘，呈现较窄的带状分布；其它部分由于气隙的产生使得铸坯表面的摩擦应力消失。

在结晶器的一个振动周期内，当振动速度达到向上的最大值时，铸坯表面将承受最大的拉力作用，讨论这一时刻铸坯表面的摩擦应力的变化对于研究铸坯质量很有价值。为此图9示出了铸坯表面的横向距离为900mm位置，摩擦应力从弯月面开始沿纵向的变化。由图可见：沿纵向铸坯表面的润滑状态先后经历了液态润滑、混合润滑、固态润滑和气隙四个阶段。液态润滑的摩擦应力较低，变化平稳；在距离弯月面382mm的位置，进入混合润滑状态，摩擦应力迅速升高；在距离弯月面636mm的位置，进入固态润滑状态，摩擦应力随距离的增加呈线性变化；在距离弯月面751mm的位置，由于气隙的产生，铸坯与固态保护渣膜脱离，摩擦应力消失。图10示出距离弯月面400mm的位置，摩擦应力沿铸坯横向的变化。如图可知：在铸坯中上部，由于铸坯表面温度较高，液态保护渣膜存在于较宽的区域，摩擦应力较低，横向整体平均值为4.51kPa。由于铸坯温度分布的不均匀性使其围绕着保护渣结晶温度上下波动，对应着也形成液态润滑和混合润滑的交替出现。

Claims (2)

1.一种连铸结晶器保护渣热态润滑摩擦状态的检测方法，其特征在于：提供一种基于结晶器实测温度的传热与摩擦行为计算相结合，反映连铸生产过程的保护渣热态润滑摩擦状态，实现其检测任务的步骤如下：

第一步，基于结晶器实测温度的传热计算

开始运行保护渣热态润滑摩擦状态的检测程序后，首先将结晶器(1)实测温度、连铸生产条件和结晶器内传热计算的参数输入到系统中，然后进入结晶器内的传热计算模块，计算出结晶器内的温度分布，并对结晶器热面和铸坯(2)表面的温度分布进行显示；

第二步，结晶器与铸坯间的液态保护渣膜的计算

将第一步所得的结晶器热面和铸坯表面的温度分布数据输入液态保护渣膜计算模块，计算出液态保护渣膜(3)的厚度分布，并对计算结果进行显示；

第三步，保护渣热态润滑摩擦状态的计算

将第一、二步得到的铸坯表面温度和液态保护渣膜厚度的分布数据，以及保护渣膜润滑计算的参数输入保护渣膜润滑计算模块，然后对铸坯表面的接触润滑状况进行判断，当铸坯表面温度高于保护渣的结晶温度时，铸坯表面处于完全的液态润滑(4)；当铸坯表面温度小于等于保护渣的结晶温度且大于其凝固温度时，铸坯表面处于部分液态润滑和部分固态润滑的混合润滑(5)；当铸坯表面温度降至保护渣的凝固温度且没有产生气隙时，液态保护渣膜消失，铸坯表面与固态保护渣膜直接接触，铸坯表面处于完全的固态润滑(6)；随着铸坯表面温度的继续降低，铸坯不断收缩并与固态保护渣膜脱离形成气隙(7)，此时铸坯表面没有摩擦应力作用，随后利用不同润滑状态所对应的摩擦应力公式，计算出保护渣的润滑状态，并对检测结果进行显示，从而实现对保护渣热态润滑摩擦状态的检测，至此检测结束。

2.根据权利要求1所述的一种连铸结晶器保护渣热态润滑摩擦状态的检测方法，其特征在于：所述方法适用于板坯、方坯、圆坯和异型坯连铸保护渣热态润滑摩擦状态的检测。

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