连铸坯-保护渣-结晶器润滑/摩擦行为反问题及其协调机制研究

合理控制结晶器与铸坯间的传热、摩擦行为是获得高质量连铸坯的重要前提，深入理解和科学调控复杂润滑/摩擦行为是实现高拉速连铸技术的关键。本项目拟开展以复杂结晶器润滑/摩擦行为为主线的系统研究，从集成在线检测与数值模拟的协同研究入手，通过反问题理论方法将二者有机结合，在充分考虑结晶器变形、铸坯收缩及保护渣润滑等因素的基础上，逐级构建面向实测的结晶器传热、润滑/摩擦反问题理论模型，重点探索连铸坯-保护渣-结晶器间的润滑/摩擦行为，从联合实测与模拟的双重角度对其进行完整表述和准确解析；揭示保护渣膜润滑由液态向固态演化过程的特征和规律，厘清并量化影响润滑/摩擦行为的主要因素及作用规律，进而建立能够有效关联工艺条件、振动参数、保护渣理化性能与润滑/摩擦行为的协调机制和量化关系，提出保护渣润滑效果预测判据。研究结果将进一步揭示结晶器内润滑/摩擦行为的本质和机理，为优选保护渣和生产调控奠定坚实的理论基础。

本项目围绕复杂的结晶器冶金过程，从集成在线检测与数值模拟的协同研究入手，通过反问题理论方法将二者有机结合，重点探索了连铸坯-保护渣-结晶器间复杂的润滑/摩擦行为。在开发结晶器传热、摩擦在线监控集成系统的基础上，以在线测得的结晶器温度、热流、摩擦力数据为基础，建立了结晶器传热/铸坯凝固反问题并行计算模型，通过确定结晶器和铸坯之间局部热流的大小及其分布，获得结晶器铜板温度分布及铸坯凝固进程；在此基础上，依据牛顿黏性定律和库伦摩擦定律，同时引入混合润滑理论，构建了结晶器保护渣润滑/摩擦行为数值计算模型，界定和区分铸坯表面摩擦状态，对实际工况下结晶器与铸坯间的渣膜厚度、润滑状况及摩擦应力的非均匀分布进行计算，同时对连铸主要工艺参数对实测结晶器摩擦力的影响及作用规律进行实证分析和归纳。从联合实测与模拟的双重角度，研究了保护渣膜润滑由液态向固态演化过程的特征和规律，揭示了影响润滑/摩擦行为的主要因素及作用机制。本项目研究主要包括以下几部分关键内容：.1）结晶器传热、摩擦在线监控及可视化系统开发；.2）结晶器摩擦力在线检测、现场实证研究；.3）结晶器传热/铸坯凝固反问题并行计算方法及行为解析；.4）结晶器润滑/摩擦行为数值计算方法及物理机制研究；.执行过程中，严格按照项目计划书按步骤、分年度、有层次地开展研究，目前上述研究工作已全部完成，研究结果的整理和总结已经完成，学术论文的整理和进一步发表尚在进行中。截止到到目前，本项研究获授权发明专利3项，授权软件著作权2项，并有3项发明专利正在申请。已发表学术期刊论文10篇，期刊录用和接受论文4篇，学术会议论文9篇，其中，SCI刊源文章8篇，EI刊源10篇。.本项目的研究结果拓展并延伸了润滑/摩擦行为的在线检测和数值模拟研究方法，为进一步澄清润滑/摩擦行为的本质机理提供了新的途径和理论依据，部分研究结果已实用于连铸现场，为监测、调控生产过程中的结晶器传热/润滑/摩擦过程行为提供理论和技术支撑。圆满完成项目预定的各项内容和研究目标。