[发明专利]连铸结晶器保护渣摩擦润滑性能评价方法

说明书

技术领域

本发明属于材料性能检测技术领域，具体涉及一种连铸结晶器保护渣摩擦润滑性能评价方法。

背景技术

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，ρ_slag为保护渣密度，ρ_steel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，v_c为拉速，v_s为固渣运动速度，v_m为结晶器振动速度；d_l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。

发明内容

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，本发明采用的技术方案是：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，τ_l/steel表示铸坯与液渣的摩擦应力，ρ_slag为保护渣密度，ρ_steel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，v_c为拉速，v_s为固渣运动速度，其与结晶器振动速度v_m相等；d_l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，d_s为固渣厚度。