[发明专利]一种连铸结晶器角部附近钢液初始凝固模拟装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种连铸结晶器角部附近钢液初始凝固模拟装置及方法，属于钢铁连铸技术领域。

背景技术

连铸坯的质量缺陷包括内部质量缺陷和表面质量缺陷，一方面，铸坯缺陷会影响连铸机生产效率、成材率、最终产品性能，从而降低生产经济效益；另一方面，随着连铸连轧和薄带板坯连铸技术的发展，对连铸坯质量要求也越来越高。因此，生产无缺陷铸坯或者不影响终端产品性能可容忍的铸坯是一项冶金工作者的重要任务。据统计，铸坯裂纹约占各类缺陷总和的50％。铸坯的表面质量缺陷包括表面裂纹、深振痕、皮下针孔和宏观夹杂，但主要是表面裂纹，表面横裂纹是最常见、危害最大的铸坯表面缺陷之一。表面横裂纹通常产生于板坯角部附近，多于宽面中心。实际生产中采取了许多的措施来减少角部横裂纹的发生，但是不能根除。从国内外其他钢铁企业的生产情况来看，目前情况较好的企业连铸坯角部横裂纹发生率控制在4％～5％，同时直角连铸板坯角部横裂纹发生率往往呈现不稳定、易反复的特点。研究表明，铸坯表面质量缺陷来源于弯月面区域的坯壳初始凝固过程，并且在二冷区扩展。因此通过研究结晶器角部附近内钢液的初始凝固行为，才能准确了解铸坯角部表面缺陷的产生机理，从而采取相应的措施来消除或减少角部铸坯表面缺陷。

许多人对钢液在结晶器内的初始凝固行为做了很多研究，主要分为四大类：工业现场实验研究、小型中试连铸机实验研究、数学模拟研究和实验室热模拟研究。工业现场实验和小型中试连铸机实验是研究钢液初始凝固行为最理想的方法，但是有以下几个不足之处：实验危险性高，难以准确控制我们所需的实验条件以及获取实时数据；原料消耗量多、能耗高以及影响正常的生产流程，导致实验成本高。有人通过建立数学模型得到解析表达式对初始坯壳的凝固长大、振痕的形成和保护渣的渗入等进行了预测。除此之外，通过数值方法求解数学模型来模拟初始凝固行为以及初始凝固过程中可能产生的表面缺陷。数学模型是建立在一定假设的基础上，而且需要全面准确的边界条件和物性参数，但这些数据的获取比较有限，这些因素会影响模拟结果的准确性，模拟结果难以全面、准确的反应钢液在结晶器内的包含了复杂、高温、多相和瞬态的“三传一反”现象的初始凝固行为。实验室热模拟主要包括低熔点金属连铸模拟和钢高温连铸模拟，低熔点金属连铸模拟可以很方便和有效的研究连铸条件对金属初始凝固行为的影响，但是并不能真实反映钢液的初始凝固过程，并且不能研究保护渣对钢液初始凝固行为的影响。Badri等人和Sohn等人采用结晶器热模拟装置来模拟高温钢液在结晶器内的初始凝固，相比数学模拟以及低熔点金属连铸模拟更具有真实性，但是该装置结晶器的结晶器只有一个冷却面，不能研究结晶器角部附近内钢液的初始凝固行为。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种连铸结晶器角部附近钢液初始凝固模拟装置及方法；使用装备有直角结晶器的模拟装置来模拟实际连铸过程中的结晶器角部附近初始凝固坯壳的形成过程，同时利用埋藏在结晶器内的高速率测温热电偶获取实时温度数据；通过对温度数据的处理、分析以及结合实验获取的初始凝固坯壳，来研究结晶器角部附近内钢液的初始凝固行为，准确了解铸坯角部表面缺陷的产生机理，从而采取相应的措施来消除或减少角部铸坯表面缺陷，这对指导实际生产具有重要意义。

本发明一种连铸结晶器角部附近钢液初始凝固模拟装置，

包括结晶器振动电机(1)、拉坯电机(2)、第一升降电机(3)、第二升降电机(4)、拉坯器(5)、结晶器(6)、冷却水道、惰性保护气罩(12)、定位电极(15)、熔炼炉(16)、基座(17)、温度采集系统(18)、熔炉控制系统(19)、电机控制系统(20)、第一升降托架(21)、第二升降托架(22)；

所述基座(17)上装有第一升降电机(3)、第二升降电机(4)，第一升降电机(3)控制着第一升降托架(21)上下移动，第二升降电机(4)控制着第二升降托架(22)上下移动；

所述熔炼炉(16)设置在所述基座(17)上并处于第一升降电机(3)、第二升降电机(4)之间；所述结晶器振动电机(1)和拉坯电机(2)均设置在所述第一升降托架(21)上；所述温度采集系统(18)与埋藏在结晶器(6)中的热电偶连接；