CN104690243B - 一种连铸结晶器液态保护渣流动模拟检测方法 - Google Patents

Abstract

一种连铸结晶器液态保护渣流动模拟检测方法，属于钢铁冶金连铸结晶器模拟应用技术领域。本发明包括如下步骤：确定有机玻璃板上沿与振动板之间的缝隙宽度d₂；通过实际结晶器内铸坯弯月面处渣道宽度d₁、实际液态保护渣黏度μ₁和步骤一中得到的缝隙宽度d₂，根据相似性原理，确定合适的实验油黏度μ₂；由有机玻璃板上沿向有机玻璃板与振动板之间的缝隙内均匀注入黏度为μ₂的实验油，使实验油充满缝隙；启动电机，通过偏心轮和连杆带动振动板进行上下振动；待振动稳定后，由有机玻璃板上沿向实验油内注入墨水，观察墨水的流动情况并拍照记录；在主控计算机中观察由压力传感器检测到的缝隙内墨水流动处的压力变化，并储存数据，完成实验。

Description

一种连铸结晶器液态保护渣流动模拟检测方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金连铸结晶器模拟应用技术领域，具体涉及一种连铸结晶器液态保护渣流动模拟检测方法。

背景技术

在钢的连铸过程中，钢水由钢包进入中间包进而流入结晶器，并经结晶器及二冷水冷却凝固成坯，是一个快速传热、承受应力并伴随溶质再分配的凝固过程。其中，连铸结晶器作为连铸机的“心脏”，高温钢液在其内源源不断地消除过热度并推进凝固进程，发生着复杂的流动、传热、凝固、溶质再分配和受力等行为，且各行为之间相互影响、相互作用，极易引发连铸坯表面和皮下质量缺陷。作为连铸工艺中不可或缺的冶金辅助材料，加入到结晶器内的保护渣，在结晶器周期振动产生的泵吸作用下，进入到结晶器与凝固坯壳间隙时，起到改善铸坯润滑和控制结晶器传热等作用。良好的保护渣流动状态有利于减小结晶器和铸坯之间摩擦力，防止坯壳和结晶器壁黏结，使铸坯顺利脱模，并获得良好的铸坯表面质量。

液态保护渣渣膜的厚度、分布的均匀性及其凝固结构对传热和润滑有极其重要的影响。由于连铸结晶器内高温和相对封闭的特点，使得完全依靠检测手段直接了解结晶器内保护渣流动行为几乎不可能。由于摩擦力和渣膜厚度在实际生产中难以准确检测和分离，因此与渣膜厚度有直接关系的保护渣消耗量常被用来作为检验其润滑性能的手段。保护渣消耗量受黏度、拉速、振动参数、凝固温度、碳含量及结晶器几何尺寸等因素的影响，是对结晶器润滑的整体评价，往往依据实际使用中的消耗量进行反向拟合得到经验计算公式，而目前任何一个理论公式计算结果均与实际存在差距，更无法反应液态保护渣在结晶器内的真实流动情况。

目前，此类研究仍停留在数值模拟阶段，而连铸结晶器振动工艺过程中的物理测试是对数值模拟的补充和验证，也是连铸坯质量研究的又一重要途径。因此，提出一种操作简单、调节灵活的连铸结晶器液态保护渣流动模拟检测方法尤为关键。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种可直接观察模拟流动现象、提供实时准确压力数据便于理论分析的连铸结晶器液态保护渣流动模拟检测方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种连铸结晶器液态保护渣流动模拟检测方法，该方法采用的连铸结晶器液态保护渣流动模拟检测装置，包括主控计算机、采集控制器、压力传感器、导管、电机、偏心轮、连杆、用于模拟连铸结晶器铜板的振动板及用于模拟坯壳的有机玻璃板；所述主控计算机与采集控制器的输出端连接，采集控制器的输入端连接压力传感器的输出端，压力传感器的输入端通过导管与开设在振动板上的压力测试孔相连；电机的输出轴连接偏心轮的一侧，偏心轮的另一侧连接连杆的一端，振动板竖直连接在连杆的另一端，有机玻璃板与振动板相对安装；

其特点是，该方法包括如下步骤：

步骤一：确定有机玻璃板上沿与振动板之间的缝隙宽度d₂；

步骤二：通过实际结晶器内铸坯弯月面处渣道宽度d₁、实际液态保护渣黏度μ₁和步骤一中得到的有机玻璃板上沿与振动板之间的缝隙宽度d₂，根据相似性原理，由下式确定合适的实验油黏度μ₂，

$\frac{{\mathrm{\μ}}_1}{d_1}=\frac{{\mathrm{\μ}}_2}{d_2}$

式中：μ₁-实际液态保护渣黏度，μ₂-实验油黏度，d₁-实际结晶器内铸坯弯月面处渣道宽度，d₂-有机玻璃板上沿与振动板之间的缝隙宽度；

步骤三：由有机玻璃板上沿向有机玻璃板与振动板之间的缝隙内均匀注入黏度为μ₂的实验油，使实验油充满缝隙；

步骤四：启动电机，通过偏心轮和连杆带动振动板进行上下振动；

步骤五：待振动稳定后，由有机玻璃板上沿向实验油内注入墨水，观察墨水的流动情况并拍照记录；

步骤六：在主控计算机中观察由压力传感器检测到的缝隙内墨水流动处的压力变化，并储存数据，完成实验。

步骤五中所述的待振动稳定后，由有机玻璃板上沿向实验油内注入墨水，采用的是注射器。

所述墨水采用的是红墨水。

本发明的有益效果：

本发明的连铸结晶器液态保护渣流动模拟检测方法，控制过程简易灵活，针对不同实验要求适应能力强；可直接观察模拟流动现象，提供实时准确压力数据便于理论分析，为结晶器控制工艺过程中的物理测试提供了新思路，对实际生产具有重要的指导意义。

附图说明

图1为本发明的检测方法所采用的连铸结晶器液态保护渣流动模拟检测装置的结构示意图；

图2为本发明的检测方法所采用的连铸结晶器液态保护渣流动模拟检测装置的振动板与压力传感器的连接示意图；

图中：1-主控计算机，2-采集控制器，3-压力传感器，4-导管，5-电机，6-偏心轮，7-连杆，8-振动板，9-有机玻璃板，10-实验油，11-压力测试孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1、图2所示，一种连铸结晶器液态保护渣流动模拟检测方法，该方法采用的连铸结晶器液态保护渣流动模拟检测装置，包括主控计算机1、采集控制器2、压力传感器3、导管4、电机5、偏心轮6、连杆7、用于模拟连铸结晶器铜板的振动板8及用于模拟坯壳的有机玻璃板9；所述主控计算机1与采集控制器2的输出端连接，采集控制器2的输入端连接压力传感器3的输出端，压力传感器3的输入端通过导管4与开设在振动板8上的压力测试孔11相连；电机5的输出轴连接偏心轮6的一侧，偏心轮6的另一侧连接连杆7的一端，振动板8竖直连接在连杆7的另一端，有机玻璃板9与振动板8相对安装。

所述采集控制器2采用可编程控制器PLC，压力传感器3采用的型号为KD201，本实施例中共用十二个压力传感器3；电机5采用的型号为BSHB31112，振动板8由精细研磨校准平面的厚钢板制成，其上开设有十二个压力测试孔11；有机玻璃板9的内侧为斜面，使其与振动板8之间的缝隙自上向下逐渐变宽，有机玻璃板9共制作四块，其上沿与振动板8之间的缝隙宽度分别为0.3mm、0.4mm、0.5mm和0.6mm。

该方法包括如下步骤：

步骤一：选择一块有机玻璃板安装，确定有机玻璃板上沿与振动板之间的缝隙宽度d₂；

步骤二：通过实际结晶器内铸坯弯月面处渣道宽度d₁、实际液态保护渣黏度μ₁和步骤一中得到的有机玻璃板上沿与振动板之间的缝隙宽度d₂，根据相似性原理，由下式确定合适的实验油黏度μ₂，

$\frac{{\mathrm{\μ}}_1}{d_1}=\frac{{\mathrm{\μ}}_2}{d_2}$

式中：μ₁-实际液态保护渣黏度，μ₂-实验油黏度，d₁-实际结晶器内铸坯弯月面处渣道宽度，d₂-有机玻璃板上沿与振动板之间的缝隙宽度；

本实施例中，实际结晶器内铸坯弯月面处渣道宽度d₁为0.08mm，实际液态保护渣黏度μ₁为0.18Pa·s，有机玻璃板上沿与振动板之间的缝隙宽度d₂为0.3mm，根据上式可得：

合适的实验油(如真空泵油)黏度μ₂为0.67Pa·s；

步骤三：由有机玻璃板上沿向有机玻璃板与振动板之间的缝隙内均匀注入黏度为0.67Pa·s的实验油，使实验油充满缝隙；

步骤四：启动电机，通过偏心轮和连杆带动振动板进行上下振动；

步骤五：待振动稳定后，利用注射器由有机玻璃板上沿向实验油内注入红墨水，观察红墨水的流动情况并拍照记录；

步骤六：在主控计算机中观察由压力传感器检测到的缝隙内红墨水流动处的压力变化，并储存数据以便调用分析，完成实验。

本发明可通过更换有机玻璃板9得到不同宽度的实验缝隙，重复步骤一至步骤六的操作，完成多组实验。

Claims (2)

1.一种连铸结晶器液态保护渣流动模拟检测方法，该方法采用的连铸结晶器液态保护渣流动模拟检测装置，包括主控计算机、采集控制器、压力传感器、导管、电机、偏心轮、连杆、用于模拟连铸结晶器铜板的振动板及用于模拟坯壳的有机玻璃板；所述主控计算机与采集控制器的输出端连接，采集控制器的输入端连接压力传感器的输出端，压力传感器的输入端通过导管与开设在振动板上的压力测试孔相连；电机的输出轴连接偏心轮的一侧，偏心轮的另一侧连接连杆的一端，振动板竖直连接在连杆的另一端，有机玻璃板与振动板相对安装；

其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一：确定有机玻璃板上沿与振动板之间的缝隙宽度d₂；

步骤二：通过实际结晶器内铸坯弯月面处渣道宽度d₁、实际液态保护渣黏度μ₁和步骤一中得到的有机玻璃板上沿与振动板之间的缝隙宽度d₂，根据相似性原理，由下式确定合适的实验油黏度μ₂，

$\frac{{\mathrm{\μ}}_1}{d_1}=\frac{{\mathrm{\μ}}_2}{d_2}$

式中：μ₁-实际液态保护渣黏度，μ₂-实验油黏度，d₁一实际结晶器内铸坯弯月面处渣道宽度，d₂-有机玻璃板上沿与振动板之间的缝隙宽度；

步骤三：由有机玻璃板上沿向有机玻璃板与振动板之间的缝隙内均匀注入黏度为μ₂的实验油，使实验油充满缝隙；

步骤四：启动电机，通过偏心轮和连杆带动振动板进行上下振动；

步骤五：待振动稳定后，由有机玻璃板上沿向实验油内注入墨水，观察墨水的流动情况并拍照记录，所述墨水采用的是红墨水；

步骤六：在主控计算机中观察由压力传感器检测到的缝隙内墨水流动处的压力变化，并储存数据，完成实验。

2.根据权利要求1所述的连铸结晶器液态保护渣流动模拟检测方法，其特征在于步骤五中所述的待振动稳定后，由有机玻璃板上沿向实验油内注入墨水，采用的是注射器。