CN113084102B - 基于润湿性的结晶器保护渣液渣层厚度测试装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于润湿性的结晶器保护渣液渣层厚度测试装置及方法,主要包括测量装置和基于润湿性的测量丝,所述测量丝通过所述测量装置***连铸结晶器保护渣渣层,测量丝是并排设置的第一金属丝和第二金属丝,第一金属丝的全部长度或一段长度上设置有表面涂层,所述表面涂层对液渣润湿性好于所述第二金属丝根据所述测量丝对钢、渣间润湿性差异反映出烧结层/液渣层/钢液界面,从而获得液渣层厚度。采用本发明的保护渣液渣层厚度测试装置及方法,操作简便,误差小,测试效率高,并且可同时获得保护渣液渣层和保护渣渣层总厚度信息。

Description

基于润湿性的结晶器保护渣液渣层厚度测试装置及方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶炼工艺技术领域,涉及一种结晶器保护渣液渣层厚度测试装置和测试方法,尤其是基于润湿性的结晶器保护渣液渣层厚度测试装置及测试方法。
背景技术
在钢铁生产领域中,连铸作为钢液的主要成形工艺,对钢产量和质量有重要影响。为保证连铸过程的顺行和改善铸坯表面质量,生产中采用结晶器保护渣。保护渣加入结晶器后,在钢液纵向传热作用下烧结并熔化,自上而下形成粉渣层-烧结层-液渣层,主要起隔热保温、防止钢液二次氧化以及吸收钢液中夹杂物的作用;液渣经弯月面流入坯壳与结晶器壁间,在铜壁冷却作用下由内至外形成液渣膜-固体渣膜,控制铸坯润滑与横向传热。其中,液渣层厚度对保护渣功能的实现有重要影响。若液渣层太薄,铸坯与结晶器壁间无法形成足够厚度的渣膜,容易导致粘结漏钢事故的发生;另外随着钢液面波动,液渣层不能有效隔绝钢液避免卷渣,引起铸坯表面夹渣等缺陷。若液渣层太厚,结晶器壁容易形成大渣圈,堵塞弯月面液渣流动通道,不能形成均匀稳定的渣膜,在应力作用下产生裂纹甚至裂纹漏钢。综上所述,在连铸过程中控制合理的渣层结构,特别是维持具有适宜厚度的液渣层是非常重要的,因而对液渣层厚度的精确检测和控制也显得尤为关键。
目前,液渣层厚度的测量方法根据测量原理可分为四种。(1)温差法:利用保护渣烧结层、液渣层以及钢液间温度差,采用金属丝、铜丝、铝丝进行测量。由于金属丝间熔点存在差异,各自的熔化状态不同,故可根据它们的长度差计算渣层厚度。这种方法最为关键的问题在于保护渣各层间温度并非保持不变,而是存在一定的温度梯度,金属丝熔化的位置并不能真实反映各层间界面的位置,故该方法实际测量过程中误差较大。(2)电极法:将两根MoSi2棒电极以一定速率***保护渣渣层中,根据两次电阻值发生突变的时间间隔计算液渣层厚度。此方法能快速反应保护渣结构变化,但测试结果受MoSi2棒粘渣粘钢、电气和噪音等因素影响。(3)碳浓度检测法:将一根碳浓度传感器***保护渣层中,实时传输结晶器内碳浓度信息至计算机中,根据碳浓度最大值位置与首次出现钢液中碳含量浓度值的位置间距计算液渣层厚度。该方法一定程度上减少了人工误差,然而结果受富碳层厚度、传感器***速度以及响应频率等因素影响。(4)热流密度计算法:根据结晶器振动时烧结层/液渣层/钢液界面的热流密度波动,通过AR模型计算热流密度的频率-功率图谱和液渣层厚度。该方法自动化程度较高并且可实时获得液渣层厚度信息,然而需要在结晶器上安装大量热电偶,对现有设备进行改造,不利于大规模推广。鉴于上述方法存在界面不准确、测量误差大、效率低等缺陷,亟需开发一种新的结晶器保护渣液渣层厚度测试装置及测试方法。
发明内容
针对现有技术的所述不足,本发明的主要目的是提供一种基于润湿性的结晶器保护渣液渣层厚度测试方法,以解决现有技术中液渣层厚度测量误差大、效率低的技术问题;第二目的在于提供一种保护渣液渣层厚度的测试装置。
为了解决所述技术问题,本发明提出的基于润湿性的结晶器保护渣液渣层厚度测试装置和方法,主要包括测量装置和基于润湿性的测量丝,所述测量丝通过所述测量装置***连铸结晶器保护渣渣层,通过所述测量丝对钢、渣间润湿性差异反映出烧结层/液渣层/钢液界面,从而获得液渣层厚度。
优选地,所述测量装置包括手柄、伸缩杆、测量杆、带孔挡渣板、计时器。
优选地,所述测量丝由一根金属丝和一根有表面涂层的金属丝构成。
优选地,所述金属丝熔点高于结晶器钢液温度。
优选地,所述表面涂层对液渣润湿性好于所述金属丝,其是金属氧化物,如氧化铝、三氧化二铁等氧化物及两者的混合物。
优选地,测量丝垂直***结晶器,通过所述表面涂层粘液渣反映烧结层/液渣层界面,所述金属丝粘钢反映液渣层/钢液界面。
基于润湿性的结晶器保护渣液渣层厚度测试方法,其特征在于包括如下步骤:
1)按照工艺要求,准备前述的基于润湿性的结晶器保护渣液渣层厚度测试装置;
2)将测量手柄1前端的第一金属丝和第二金属丝***连铸结晶器保护渣渣层,根据第一金属丝和第二金属丝对钢液、渣间润湿性差异,在第一金属丝的表面涂层上形成烧结层/液渣层界面,在第二金属丝上形成液渣层/钢液界面,从而获得液渣层厚度。
进一步地:
在步骤1)、2)之间,还包括:A调整测量杆与测量手柄的角度,以适应现场操作环境需要;
B通过测量手柄将测量丝垂直***保护渣渣层中,直至挡渣板底端与保护渣渣面齐平,或者测量丝的上端与保护渣渣面齐平;
所述的获得液渣层厚度,是在所述第一金属丝的表面涂层上找到烧结层/液渣层界面,在所述第二金属丝上找到液渣层/钢液界面;利用测量尺,或者测量杆上的刻度尺测量烧结层/液渣层界面至液渣层/钢液界面间距即为液渣层厚度,表面涂层顶端至液渣层/钢液界面间距即为保护渣渣层总厚度。
与现有技术相比,采用本发明的保护渣液渣层厚度测试装置及方法,具有如下有益效果:
1、本发明根据物质间润湿性的差异,通过氧化物涂层粘渣,金属丝粘钢液的方式获得清晰的烧结层/液渣层/钢液界面,解决了现有测量方法界面不准确导致的误差问题,测试结果准确。
2、本发明利用氧化物涂层和金属丝对液渣、钢液间润湿性差异,根据烧结层/液渣层/钢液界面测量保护渣液渣层厚度,原理可靠、结构简单易操作,并且可同时测量保护渣液渣层和渣层总厚度。
附图说明
图1为本发明实施例中保护渣液渣层厚度测试装置的结构示意图;
图2为本发明实施例中保护渣层状结构示意图;
图3为本发明实施例中测量丝上的烧结层/液渣层/钢液界面示意图;
图4为本发明实施例中保护渣液渣层厚度测量方法的流程图。
其中:手柄1、测量杆2、螺栓3、伸缩杆4、测量丝5、第一金属丝6、第二金属丝7、表面涂层8、固定螺栓9、挡渣板10、计时器11、刻度尺12。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行描述。应当理解,此处所描述实施例仅是本发明的一部分实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的目的主要是提供一种基于润湿性的结晶器保护渣液渣层厚度测试方法,以解决现有技术中液渣层厚度测试误差大、效率低的技术问题。
请参照图1,本发明实施例提供的基于润湿性的结晶器保护渣液渣层厚度测试装置,包括手柄1,手柄1前端设置有测量丝5,测量丝5是并排设置的第一金属丝6和第二金属丝7,第一金属丝6的全部长度或一段长度上设置有表面涂层8,所述表面涂层8对液渣润湿性好于所述第二金属丝7。第一金属丝6和第二金属丝7,具有符合测试金属液的熔点,通常大于金属液的熔点。
图中,手柄1前端可转动式连接有测量杆2,手柄1前端与测量杆2之间通过调角螺栓3可转动式连接,图中所示是通过螺栓3以调节其与手柄1之间的角度,手柄1的长度是可伸缩的,具体是在手柄1上设置一段可伸缩的伸缩杆4,通过该可伸缩的伸缩杆4调整其长度,以满足多种空间位置距离的测量需要;测量杆2的前端倾斜向下,便于测量时深入待测量的保护渣渣层中;在测量杆2的前端,设置有挡渣板10,便于对测试位置进行定位;测量丝5穿过挡渣板孔10的通孔,并固定或连接在于测量杆2或挡渣板10上,图中通过固定螺栓9安装于测量杆2或挡渣板10上。
本实施例中,第一和第二金属丝皆为Q195金属丝。第一金属丝6的表面设有表面涂层8,表面涂层8长度为80mm,厚度为0.3~0.5mm。两根Q195金属丝为国家标准17号金属丝,长度150mm。表面涂层8是金属氧化物,如氧化铝,或三氧化二铁,或两者的混合物。
制作表面涂层8时,将氧化物粉末与水玻璃按1:2比例混合,搅拌后用涂刷均匀涂抹在金属丝上,把上述金属丝置于300℃烘干机中干燥2h后自然冷却,氧化物涂层制备完成。
在手柄1上设有计时器11,使用时设定计时器11的时间,如3s,在时间到达后发出警报的声音,提醒测量者结束测量,将测量丝5从结晶器中取出。
在测量杆2上,设置有刻度尺12,以方便测量第二金属丝7上的液渣层/钢液界面与表面涂层8上的烧结层/液渣层界面间的间距。
如图2所示,保护渣加入结晶器后由于钢液纵向传热的作用,从上到下依次形成粉渣层-烧结层-液渣层。本实施例的装置,根据表面和Q195金属丝对各层的润湿性不同区分层间界面。如图3所示,第二金属丝与钢液间有良好的润湿作用,故其粘附的钢液顶端可判定为钢液面。第一金属丝的表面涂层与固体粉渣和烧结层间不存在润湿作用,与液渣润湿性强,故其粘附的液渣顶端可判定为渣液面。两界面间距即为液渣层厚度,表面涂层顶端与钢液面间距即为保护渣渣层总厚度。
图4是本发明的测量方法流程图;本发明以测量板坯连铸200系不锈钢结晶器保护渣渣层厚度为例(生产条件:拉速1m/min,铸坯断面200×1240mm2,中间包内钢液温度1485℃),概括的操作步骤如下:
1)按照工艺要求,准备本发明所述的基于润湿性的结晶器保护渣液渣层厚度测试装置;
2)将测量手柄1前端的第一金属丝6和第二金属丝7***连铸结晶器保护渣渣层,根据第一金属丝6和第二金属丝7对钢、渣间润湿性差异反映出烧结层/液渣层/钢液界面,从而获得液渣层厚度。
更具体的操作步骤如下:
S1、按照工艺要求,准备本发明所述的基于润湿性的结晶器保护渣液渣层厚度测试装置;将测量丝5穿过挡渣板10安装于测量杆2上,保持第一金属丝6的表面涂层8顶端与挡渣板底部齐平;
S2、调整测量杆2与手柄1间的角度和伸缩杆4的长度,以适应现场操作环境;
S3、通过手柄1将测量丝5垂直***保护渣渣层中,直至挡渣板10底端与保护渣渣面齐平,处于同一平面;
S4、保持测试位置,待计时装置11发出停止测试信号后,立即将测量丝5取出结晶器;
S5、在所述第二金属丝7上找到液渣层/钢液界面,在所述第一金属丝6的表面涂层8上找到烧结层/液渣层界面,通常需要将测量丝5从测量装置上取下,这样方便准确确定前述界面;
S6、利用测量尺,或者测量杆2上的刻度尺12测量烧结层/液渣层界面至液渣层/钢液界面间距即为液渣层厚度,表面涂层顶端至液渣层/钢液界面间距即为保护渣渣层总厚度。
采用上述步骤,分别对结晶器内窄边、宽度1/4位置和1/2位置的保护渣渣层厚度进行三次重复测试,结果如表1所示。
表1板坯连铸200系不锈钢结晶器保护渣渣层厚度测试结果(mm)
Figure GDA0003659717300000081
实施例二
本实施例对板坯连铸300系不锈钢结晶器保护渣渣层厚度进行测试,现场工艺条件:拉速1.1m/min,铸坯断面200×1530mm2,中间包内钢液温度1496℃。利用实施例1中所述方法,根据S1~S6步骤,分别对结晶器内窄边、宽度方向1/4位置和1/2位置保护渣渣层厚度进行三次重复测试,结果如表2所示。
表2板坯连铸300系不锈钢结晶器保护渣渣层厚度测试结果(mm)
Figure GDA0003659717300000091
实施例三
本实施例对板坯连铸包晶钢结晶器保护渣液渣层厚度进行测试,现场工艺条件:拉速1.2m/min,铸坯断面230×1530mm2,中间包内钢液温度1547℃。在本实施例中,计时器11预设测试时长为2s。利用实施例一中所述方法,按照S1~S6步骤,分别对结晶器窄边、宽度方向1/4位置和1/2位置保护渣渣层厚度进行三次重复测试,结果如表3所示。
表3板坯连铸包晶钢结晶器保护渣渣层厚度测试结果(mm)
Figure GDA0003659717300000092
Figure GDA0003659717300000101
最后需要说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案,尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本技术方案的宗旨和范围,均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.基于润湿性的结晶器保护渣液渣层厚度测试方法,其特征在于包括如下步骤:
1)按照工艺要求,准备基于润湿性的结晶器保护渣液渣层厚度测试装置;
所述的基于润湿性的结晶器保护渣液渣层厚度测试装置,包括测量手柄(1),在测量手柄(1)的前端,设置有测量丝(5),测量丝(5)是并排设置的第一金属丝(6)和第二金属丝(7),第一金属丝(6)的全部长度或一段长度上设置有表面涂层(8),所述表面涂层(8)对液渣润湿性好于所述第二金属丝(7);第一金属丝(6)和第二金属丝(7), 熔点大于钢液的熔点;
在测量手柄(1)前端可转动式连接有测量杆(2);所述测量丝(5)设置在测量杆(2)的前端;
2)将测量手柄(1)前端的第一金属丝(6)和第二金属丝(7)***连铸结晶器保护渣渣层,根据第一金属丝(6)和第二金属丝(7)对钢、渣间润湿性差异反映出烧结层/液渣层/钢液界面,在第一金属丝(6)的表面涂层(8)上形成烧结层/液渣层界面,在第二金属丝(7)上形成液渣层/钢液界面,从而获得液渣层厚度。
2.根据权利要求1所述的基于润湿性的结晶器保护渣液渣层厚度测试方法,其特征在于:在测量杆(2)的前端,设置有挡渣板(10),挡渣板(10)上设置有通孔,第一金属丝(6)和第二金属丝(7)分别穿过通孔,并固定于测量杆(2)或挡渣板(10)上。
3.根据权利要求1所述的基于润湿性的结晶器保护渣液渣层厚度测试方法,其特征在于,第一金属丝(6)和第二金属丝(7)的长度相等。
4.根据权利要求1—3任一所述的基于润湿性的结晶器保护渣液渣层厚度测试方法,其特征在于,所述表面涂层(8)是氧化铝,或三氧化二铁,或两者的混合物。
5.根据权利要求1—3任一所述的基于润湿性的结晶器保护渣液渣层厚度测试方法,其特征在于,在测量手柄(1)上设置计时装置(11)。
6.根据权利要求4所述的基于润湿性的结晶器保护渣液渣层厚度测试方法,其特征在于,在测量杆(2)上,设置有刻度尺(12)。
7.根据权利要求2或3任一所述的基于润湿性的结晶器保护渣液渣层厚度测试方法,其特征在于,测量手柄(1)前端与测量杆(2)之间通过螺栓(3)可转动式连接。
8.根据权利要求1—3任一所述的基于润湿性的结晶器保护渣液渣层厚度测试方法,其特征在于:
在步骤1)、2)之间,还包括:A调整测量杆(2)与测量手柄(1)的角度,以适应现场操作环境需要;
B通过测量手柄(1)将测量丝(5)垂直***保护渣渣层中,直至挡渣板(10)底端与保护渣渣面齐平,或者测量丝(5)的上端与保护渣渣面齐平。
9.根据权利要求1—3任一所述的基于润湿性的结晶器保护渣液渣层厚度测试方法,其特征在于:所述的获得液渣层厚度,是在所述第一金属丝(6)的表面涂层(8)上找到烧结层/液渣层界面,在所述第二金属丝(7)上找到液渣层/钢液界面;利用测量尺,或者测量杆(2)上的刻度尺(12)测量烧结层/液渣层界面至液渣层/钢液界面间距即为液渣层厚度,表面涂层顶端至液渣层/钢液界面间距即为保护渣渣层总厚度。
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高速连铸结晶器内的保护渣膜;Masahito HANAO等;《鞍钢技术》;20081010(第05期);61-66 *

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