專利名稱：保護渣導溫系數檢測方法
技術領域：
本發明涉及鋼水鑄造過程中的保護渣控制傳熱能力的檢測方法，尤其涉及保護渣導溫系數的檢測方法。
背景技術：
保護渣是煉鋼過程的最后一道工藝要素，它具有絕熱保溫、防止鋼水氧化、吸收夾雜、潤滑及控制傳熱等多種功能，是工藝順行和鑄坯質量的重要保證。通常保護渣以CaO、SiO2二元系為主，外配CaF2、Na2O、Li2O等助熔劑，以及少量的Al2O3、MgO、MnO、FeO等組元，從而達到適宜的熔化溫度和粘度。當保護渣加到連鑄機結晶器中時，均勻覆蓋在鋼水表面，不但減輕鋼水的表面溫降，而且能隔絕空氣，防止鋼水再氧化。保護渣熔化后，又均勻流入結晶器冷卻銅板與初生坯殼之間的縫隙中，起到了潤滑作用，防止坯殼在下行過程中被拉裂；并且不同的保護渣在縫隙中的熱阻不同，因此對控制結晶器的傳熱起著關鍵的作用。保護渣成分不同，其控制傳熱、輻射的能力也不同。目前各研究文獻描述保護渣控制傳熱能力的最常用指標為導熱系數λ，其定義式為q=λdΔT---(1)]]>q為經過被測物體兩點間的熱流密度，ΔT為兩點間溫度差，d為兩點間距。通過測定q、ΔT和d，即可計算出導熱系數。但是熱流密度q的測量是難點，一般很難精確測定。這樣導致對保護渣的控制傳熱能力不能準確確定，影響了對結晶器傳熱的精確控制。
發明內容本發明的目的在于提供一種保護渣導溫系數檢測方法，因為保護渣導溫系數也表征了保護渣控制傳熱的能力，該檢測方法通過對保護渣導溫系數的測定，可得到導溫系數在不同溫度下的變化趨勢，從而反映保護渣在結晶器銅板與鋼水坯殼間的縫隙中凝固時對傳熱的控制能力。
本發明是這樣實現的一種保護渣導溫系數檢測方法，其特征是根據導溫系數的定義推導出的數學表達式a=(Tim+1-TimTi+1m+1-2Tim+Ti-1m+1)Δx2Δτ---(4)]]>式中Tim表示第i節點在m時刻的溫度，Δx為差分步長，即測溫點間距，Δτ為時間間隔，即采樣周期；將多支熱電偶間隔一定距離放置，并在采樣周期內對保護渣進行采樣測溫。
上述的保護渣導溫系數檢測方法，所述熱電偶采用三支且等距離放置；熱電偶等距排列的間距為不大于2毫米；采樣周期為1～20秒。
本發明是通過檢測保護渣導溫系數，來確定保護渣控制傳熱能力。導溫系數a與導熱系數λ、密度ρ及熱容Cp有關，這些參數都是隨著溫度的變化而變化，因此導溫系數能更加合理地反映不同溫度下的傳熱能力。導溫系數的定義式為a=λρCP---(2)]]>根據一維非穩態導熱基本微分方程式∂T∂τ=λρc∂2T∂x2]]>或∂∂τ=a∂2T∂x2---(3)]]>在溫度變化較小的時間和空間范圍內，利用差商代替微商，則上式可轉化為a=(Tim+1-TimTi+1m+1-2Tim+Ti-1m+1)Δx2Δτ---(4)]]>式中Tim表示第i節點在m時刻的溫度，Δx為差分步長，即測溫點間距，Δτ為時間間隔，即采樣周期；
這樣，只要測得三支等距熱電偶的溫度，利用(4)式就可計算出不同溫度下的導溫系數。
由于保護渣能改變結晶器銅板與鋼水坯殼間的熱阻，因此是控制傳熱最有效的手段之一。不同鋼種對冷卻要求不同，如中碳鋼，由于存在線收縮非常明顯的δ→γ相變，因此希望在相變溫度范圍內緩慢冷卻，以減輕過快的應力集中，防止鑄坯表面產生縱裂紋，這就希望保護渣的導溫系數要低；而低碳鋼在初始凝固溫度下均為δ單一相，故可以快速冷卻，以增大出結晶器時的坯殼厚度，防止漏鋼，這就希望保護渣的導溫系數相對要高些。因此，針對不同鋼種，保護渣所應具有的控制傳熱的能力是不同的，對應的導溫系數也就不同，即使是同一鋼種用保護渣，也可通過對導溫系數的檢測來用于保護渣之間的優選。
本發明通過對保護渣導溫系數的測定，可得到導溫系數在不同溫度下的變化趨勢，從而反映了保護渣在結晶器銅板與鋼水坯殼間的縫隙中凝固時對傳熱的影響能力，這對穩定保護渣潤滑與傳熱功能的正常發揮，保證連鑄工藝的順行起到了積極的作用。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步說明。
圖1為保護渣導溫系數檢測裝置結構示意圖；圖2為溫度采集系統示意圖；圖3為測得A保護渣的三支熱電偶的溫度變化圖；圖4為A保護渣導溫系數隨著溫度的變化趨勢圖；圖5為B保護渣導溫系數隨著溫度的變化趨勢圖。
圖中1熱電偶升降系統，2熱電偶夾具托臺，3硅碳棒發熱體，4石墨坩堝，5坩堝升降系統，6熱電偶，7剛玉套管，8計算機，9熱電偶夾持器，10數據采集儀。
具體實施方式
參見圖1、圖2，保護渣導溫系數檢測裝置由控溫系統、熱電偶及坩堝升降系統和溫度采集系統三部分組成。其中控溫系統，采用程序升溫，所用發熱體為硅碳棒3，共用六根，用石墨坩堝4來盛裝保護渣，坩堝外徑100mm，內徑80mm，高100mm。升降系統，分坩堝升降系統5和熱電偶升降系統1兩部分；坩堝升降系統5用于將盛有熔融保護渣的坩堝4頂出爐膛；熱電偶升降系統1用于將測溫用的熱電偶6插入到液渣中，采用手動或電動控制，本實施例采用手搖形式，熱電偶6被置于熱電偶夾具托臺2內。溫度采集系統，包括熱電偶6、數據采集儀10和計算機8，熱電偶6置于剛玉套管7內，被熱電偶夾持器9夾住置于熱電偶夾具托臺2內。采用三支K型熱電偶6進行溫度采集，三支熱電偶6的排列采用等距離放置，所述的等距離是指伸入深度不同，但其間距Δx相同，參見圖2，偶絲直徑為0.4～0.6mm，過粗響應時間長，靈敏度低，過細則容易氧化燒斷，且強度也會下降，從而影響Δx的精度，偶絲直徑取0.5mm。
具體操作步驟為將爐溫升至1400℃，稱取事先已經燒掉碳的保護渣400g，放入石墨坩堝4，在爐內進行加熱熔化，同時將夾有三支K型熱電偶6的夾持器9放入到爐口上方的托臺2中，并與Fluke公司生產的HYDRA2620A型數據采集儀表10連接好采集線，采集線仍為K型熱電偶絲。待保護渣完全熔化，約15分鐘后，停止加熱，液渣厚約30mm，利用坩堝升降系統5將坩堝4頂至爐口進行空冷，同時利用熱電偶升降系統1將三支等距排列的熱電偶6插入到液渣表面下5±2mm處，本實施例中中間的一支熱電偶插入到液渣表面下5mm處；液渣溫度在1300℃以下時開始測量，三支伸入深度不同但等距排列的熱電偶6其間距Δx相同，參見圖2，間距Δx≤2mm，在本實施例中，取Δx＝1mm，則三支插入液渣表面下的深度分別為4mm、5mm、6mm；數據采集儀10同步進行采樣，采樣周期為1～20s，本實施例中取采樣周期為1s；數據采集儀10將數據輸入計算機8，計算機8對數據進行運算處理。
圖3為保護渣A的溫度測定結果，由于存在溫度波動，對數據進行了分段光滑處理，然后利用(4)式計算導溫系數，結果見圖4。該保護渣A導溫系數較低，因此熱阻較大，主要用于中碳鋼連鑄，起緩冷作用，以防止鑄坯表面產生縱裂紋。圖5為保護渣B導溫系數隨溫度的變化關系，由圖5可見保護渣B導溫系數比保護渣A高，其控制傳熱能力比保護渣A要低，因此不適于中碳鋼連鑄用，主要用于低碳鋼。保護渣B的高導熱能力有利于低碳鋼的快速凝固，這對提高拉速、防止漏鋼十分有益。
本發明通過對保護渣導溫系數的測定，可得到導溫系數在不同溫度下的變化趨勢，從而反映了保護渣在結晶器銅板與鋼水坯殼間的縫隙中凝固時對傳熱的影響能力，這對穩定保護渣潤滑與傳熱功能的正常發揮，保證連鑄工藝的順行起到了積極的作用。
以上借助較佳實施例描述了本發明的具體實施方式
，但是應該理解的是，這里具體的描述不應理解為對本發明的實質和范圍的限定，本領域內的普通技術人員在閱讀本說明書后對上述實施例作出的各種修改，都屬于本發明所保護的范圍。
權利要求
1.一種保護渣導溫系數檢測方法，其特征是根據導溫系數的定義推導出的數學表達式a=(Tim+1-TimTi+1m+1-2Tim+Ti-1m+1)Δx2Δτ---(4)]]>式中Tim表示第i節點在m時刻的溫度，Δx為差分步長，即測溫點間距，Δτ為時間間隔，即采樣周期；將多支熱電偶間隔一定距離放置，并在采樣周期內對保護渣進行采樣測溫。
2.根據權利要求1所述的保護渣導溫系數檢測方法，其特征是熱電偶采用三支且等距離放置。
3.根據權利要求1所述的保護渣導溫系數檢測方法，其特征是熱電偶等距排列的間距為不大于2毫米。
4.根據權利要求1所述的保護渣導溫系數檢測方法，其特征是采樣周期為1～20秒。
全文摘要
本發明涉及鋼水鑄造過程中的保護渣控制傳熱能力的檢測方法，尤其涉及保護渣導溫系數的檢測方法。一種保護渣導溫系數檢測方法，是根據導溫系數的定義推導出的數學表達式式中T
文檔編號G06F19/00GK101046456SQ200610025178
公開日2007年10月3日 申請日期2006年3月29日 優先權日2006年3月29日
發明者張晨, 蔡得祥, 劉繼鳴, 朱祖民 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司