[发明专利]一种防止板坯连铸漏钢的结晶器出口安全坯壳厚度确定方法

说明书

本发明公开了一种防止板坯连铸漏钢的结晶器出口安全坯壳厚度确定方法，属于钢铁冶金连铸技术领域。本发明包括如下步骤：步骤1、构建板坯结晶器出口坯壳的等效简支梁受力分析模型；步骤2、根据结晶器出口凝固坯壳受到的载荷和简支梁模型确定材料力学参数；步骤3、由材料力学理论构建结晶器出口坯壳强度校核模型；步骤4、确定结晶器出口坯壳的强度标准；步骤5、根据结晶器出口坯壳强度校核模型，计算危险断面位置坯壳厚度极限。本发明依托板坯连铸工艺实际，理论可靠，简便易行，适用性强，可快速有效确定不同钢种不同断面在不同温度下的结晶器出口宽面和窄面最小安全坯壳厚度，为连铸机设计和连铸工艺优化提供重要支撑。

技术领域

本发明属于钢铁冶金连铸技术领域，更具体地说，涉及一种防止板坯连铸漏钢的结晶器出口安全坯壳厚度确定方法。

背景技术

在连铸结晶器内，由于钢液与水冷铜板的传热，钢液凝固成一定厚度和足够强度的坯壳，然后在结晶器振动和保护渣润滑作用下，坯壳能连续安全的被拉出结晶器。如果凝固坯壳在出结晶器后由于厚度不足或强度不够而不能抵御钢水静压力等的作用，则会破裂发生漏钢。在结晶器内部时薄弱的坯壳有铜板支撑，而被拉出结晶器后失去支撑，在钢水静压力、拉坯力和高温应力等作用下，没有足够的安全坯壳厚度是不能防止漏钢的。漏钢是连铸过程的重大恶性事故，会造成巨大经济损失。

结晶器出口安全坯壳厚度的确定在连铸设备和工艺设计中至关重要，比如结晶器长度设计、拉坯速度设计、结晶器冷却制度确定等。结晶器长度的设计就需要综合考虑拉坯速度和结晶器冷却强度等因素，根据结晶器出口安全坯壳厚度来确定。此外，随着高效连铸技术的发展，提高拉速已成为了很多连铸机的重要任务之一，尤其是在国内板坯连铸机拉速水平不及国际先进水平的现状下。而拉速的提高，根据凝固平方根定律可知，势必会降低结晶器出口的坯壳厚度，增加漏钢风险，所以，必须在保证安全坯壳厚度的条件下，适当提高拉速，也就是说根据安全坯壳厚度，可以推出提高拉速的潜力。结晶器出口安全坯壳厚度的合理确定是避免漏钢的基本要求，也是避免铸坯表面质量问题的重要途径。因此，探究防止漏钢的结晶器出口安全坯壳厚度确定方法，对连铸技术发展具有重要意义。

目前对结晶器出口安全坯壳厚度的研究，一方面是根据现场经验或者利用漏钢坯壳测量的坯壳厚度等方法来估计出结晶器时安全坯壳厚度，比如板坯结晶器出口安全坯壳厚度应大于15mm，小方坯应为8mm～10mm，其没有统一标准和可靠依据，如果安全坯壳厚度人为选取过大，意味着结晶器出口坯壳表面温度一般也过低，坯壳表面温度回升相应加大，从而产生较大的热应力，不利于铸坯表面质量，同时也一定程度限制了拉速水平的提高。另一方面是集中在对连铸方坯和圆坯结晶器出口安全坯壳厚度计算，比如文献《包晶钢圆坯结晶器出口安全坯壳厚度的研究》和《包晶钢大方坯结晶器出口安全坯壳厚度的研究》根据圆坯和方坯特点通过其坯壳受力分析确定安全坯壳厚度，但对于板坯，由于铸机辊列布置与方坯和圆坯不同，按照此方法建立简支梁模型并不准确，即使按照该方法建立简支梁模型计算出来的安全坯壳厚度也远大于正常生产坯壳厚度。文献《特大断面连铸方坯结晶器出口的安全坯壳厚度》对大方坯和小方坯采用有限元方法，建立坯壳三维热力耦合模型计算坯壳应力分布，通过坯壳表面应力分布与材料屈服极限来判断确定安全坯壳厚度，其建模和计算过程繁琐复杂，且不同钢种不同铸坯断面的适用性较差。

关于结晶器出口安全坯壳厚度确定方法，现有技术中也有相关专利公开，如专利公开号：CN 103386472A，公开日：2013年11月13日，发明创造名称为：一种连铸结晶器出口坯壳安全厚度的获取方法及装置，该申请案公开了一种连铸结晶器出口坯壳安全厚度的获取方法及装置，该方法基于不均匀温度场平板的形变，计算连铸结晶器出口与足辊间坯壳的最大鼓肚形变量；以最大鼓度量小于等于临界鼓肚形变量为判据，计算连铸结晶器出口坯壳安全厚度。该申请案结合理论计算以及钢种材料属性得出连铸结晶器出口坯壳安全厚度，改变了通过经验判断连铸结晶器出口坯壳厚度是否合格的做法，对于提升钢材成型质量以及生产安全性具有重要意义。但是，该申请案的不足之处在于：以最大鼓度量小于等于临界鼓肚形变量为判据计算连铸结晶器出口坯壳安全厚度的方式其计算的准确性还有待提升。