一種連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣綜合傳熱熱流測(cè)試裝置及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣綜合傳熱熱流測(cè)試裝置及方法，在感應(yīng)電爐中用石墨坩堝熔化并保溫連鑄保護(hù)渣，使保護(hù)渣的成分與溫度均勻一致；用定位電極標(biāo)定熔池液面，將模擬結(jié)晶器的銅模通過(guò)機(jī)械帶動(dòng)插入熔融狀態(tài)的保護(hù)渣池，銅模內(nèi)通水冷卻，液態(tài)保護(hù)渣在銅模上快速冷卻，形成保護(hù)渣膜；溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過(guò)銅模內(nèi)埋的兩排四支熱電偶測(cè)試過(guò)程溫度數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)算通過(guò)保護(hù)渣的傳熱熱流；整個(gè)過(guò)程可實(shí)現(xiàn)銅模按一定振幅與振頻振動(dòng)，模擬鋼鐵冶金生產(chǎn)過(guò)程中連鑄結(jié)晶器的振動(dòng)方式。本發(fā)明的方法可精確控制熔池液面，實(shí)時(shí)測(cè)試保護(hù)渣綜合傳熱熱流，數(shù)據(jù)精度高；試驗(yàn)過(guò)程方便，穩(wěn)定可靠，實(shí)驗(yàn)成本較低。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣綜合傳熱熱流測(cè)試裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣的綜合傳熱性能的測(cè)試裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在連鑄過(guò)程中，鑄坯的初始凝固點(diǎn)一結(jié)晶器內(nèi)彎月面處是至關(guān)重要的地方，因?yàn)樗仁浅跏寄虤さ纳L(zhǎng)點(diǎn)，又是各種表面缺陷的孕育地。為了改善鑄坯的表面質(zhì)量，從連鑄技術(shù)誕生起，這一區(qū)域的傳熱凝固行為就受到了重視。
[0003]但由于這一區(qū)域是一個(gè)涉及多組元(鋼、保護(hù)渣、結(jié)晶器)，多相(液、固態(tài)保護(hù)渣，鋼水和凝固殼)以及非穩(wěn)態(tài)(結(jié)晶器振動(dòng)，鋼水和保護(hù)渣不斷補(bǔ)充)的復(fù)雜物理化學(xué)過(guò)程，給理論分析和實(shí)驗(yàn)帶來(lái)了極大的困難。結(jié)晶器保護(hù)渣是鋼鐵連鑄過(guò)程中廣泛應(yīng)用的一種材料，具有絕熱保溫、防止鋼液二次氧化、吸收鋼液中夾雜物、潤(rùn)滑和控制傳熱的作用。連鑄過(guò)程中保護(hù)渣的使用率達(dá)到80%以上，保護(hù)渣在連鑄過(guò)程中粘度、導(dǎo)熱性、礦相、微觀組織等系列變化對(duì)鑄坯質(zhì)量、能源的利用效率產(chǎn)生重大影響。
[0004]由于結(jié)晶器中極其嚴(yán)酷的環(huán)境:1500°C以上的高溫，周期性的振動(dòng)，瞬間非穩(wěn)定狀態(tài)的流動(dòng)等等，使得對(duì)于結(jié)晶器彎月面處進(jìn)行瞬態(tài)原位觀察非常困難。圖1給出了在結(jié)晶器內(nèi)彎月面處，熔融鋼液、初始凝固鋼殼、熔融保護(hù)渣、重結(jié)晶保護(hù)渣、固渣膜、結(jié)晶器銅壁等之間發(fā)生復(fù)雜的動(dòng)態(tài)綜合熱傳遞過(guò)程示意圖。
[0005]目前，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行保護(hù)渣熱流測(cè)試的方法主要有如下幾種，第一種是夾板法(也稱(chēng)接觸法)。它采用AlN板模擬鋼坯，用SiC發(fā)熱體進(jìn)行加熱；用通水或氣冷卻的SUS304來(lái)模擬銅模；保護(hù)渣放置在AlN板上，加熱使其熔化，通過(guò)控制SUS304高度來(lái)控制渣膜的厚度。夾板法的優(yōu)點(diǎn)是:可通過(guò)熱電偶來(lái)控制并測(cè)量保護(hù)渣的表面溫度，和測(cè)試穩(wěn)態(tài)條件下的綜合熱流。但缺點(diǎn)是:由于熔化后的保護(hù)渣具有流動(dòng)性，保護(hù)渣的量厚度都較難控制。同時(shí)由于SUS304的導(dǎo)熱系數(shù)和銅的差別較大，難以模擬實(shí)際生產(chǎn)條件。第二種方法是澆注法，將熔化的保護(hù)渣澆注到銅模上，讓其自然冷卻收縮，通過(guò)插在銅模內(nèi)的熱電偶測(cè)量通過(guò)銅模的瞬時(shí)熱流；同時(shí)在銅模上部安置熱電偶測(cè)量保護(hù)渣與銅模的界面溫度。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是:可以測(cè)量保護(hù)渣由熔融狀態(tài)到凝固收縮的實(shí)時(shí)熱流以及保護(hù)渣與銅模的界面溫度，從而計(jì)算可得界面熱阻的實(shí)時(shí)變化情況。但其缺點(diǎn)也很明顯:無(wú)法測(cè)得穩(wěn)態(tài)條件下通過(guò)銅模的熱流，同時(shí)該方法無(wú)法控制保護(hù)渣的澆注量，進(jìn)而無(wú)法準(zhǔn)確比較不同成分保護(hù)渣對(duì)界面熱阻的影響。另外一種熱流測(cè)試方法是浸潰法，它將保護(hù)渣在石墨坩堝中熔化，而后將通有冷卻水銅模浸入坩堝中，取出得到有一定厚度的渣膜；同時(shí)通過(guò)測(cè)量冷卻水的進(jìn)出溫度，可計(jì)算得通過(guò)銅模的實(shí)時(shí)熱流。這種方法工序簡(jiǎn)單，操作較為方便，簡(jiǎn)捷，可得到三層分布的保護(hù)渣(熔融層、結(jié)晶層和玻璃層)，實(shí)驗(yàn)條件接近生產(chǎn)實(shí)際。但也存在致命缺點(diǎn):只能測(cè)量瞬時(shí)的綜合熱流，而無(wú)法測(cè)量穩(wěn)態(tài)條件下的熱流。以上所有測(cè)試方法都沒(méi)有考慮實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程結(jié)晶器的振動(dòng)條件，因此需要研究一種連鑄結(jié)晶器綜合傳熱熱流模擬測(cè)試方法，通過(guò)對(duì)連鑄生產(chǎn)工況條件的真實(shí)準(zhǔn)確模擬，尤其是振動(dòng)條件下，測(cè)量保護(hù)渣的瞬時(shí)和穩(wěn)態(tài)條件下的熱流。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣綜合傳熱熱流測(cè)試裝置及方法，解決現(xiàn)有鋼鐵冶金連鑄過(guò)程中鋼液、保護(hù)渣、結(jié)晶器之間熱流不能實(shí)時(shí)監(jiān)控，保護(hù)渣在熱傳遞過(guò)程中的熱動(dòng)力學(xué)變化無(wú)法原位觀察的難題，再現(xiàn)連鑄過(guò)程中實(shí)際工況條件。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣綜合傳熱熱流測(cè)試裝置，包括基座，所述基座上固定有感應(yīng)電爐、液面定位支架、結(jié)晶器銅模運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)支架和振動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)，所述感應(yīng)電爐內(nèi)設(shè)有用于放置連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣的石墨坩堝；所述感應(yīng)電爐上方設(shè)置有液面定位電極和結(jié)晶器銅模，所述液面定位電極固定在能在液面定位電機(jī)帶動(dòng)下在豎直方向上移動(dòng)的液面定位支架上；所述結(jié)晶器銅模固定在能在結(jié)晶器銅模運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)帶動(dòng)下在豎直方向上移動(dòng)的結(jié)晶器銅模運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)支架上，所述振動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)帶動(dòng)所述結(jié)晶器銅模按設(shè)定的振動(dòng)幅度及振動(dòng)頻率振動(dòng)，所述結(jié)晶器銅模內(nèi)部的冷卻管路與冷卻系統(tǒng)管路連通；所述液面定位電機(jī)、結(jié)晶器銅模運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)、振動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)均與計(jì)算機(jī)電連接；所述液面定位電極與所述計(jì)算機(jī)、直流電源連接組成低電壓回路；所述石墨坩堝內(nèi)固定有熱電偶，所述石墨坩堝內(nèi)的熱電偶與所述計(jì)算機(jī)電連接；所述結(jié)晶器銅模內(nèi)固定有至少兩個(gè)溫度傳感器，所述計(jì)算機(jī)通過(guò)溫度采集器與固定在所述結(jié)晶器銅模內(nèi)的溫度傳感器電連接。
[0008]本發(fā)明還提供了一種利用上述裝置測(cè)試連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣綜合傳熱熱流的方法，該方法為:
1)在感應(yīng)電爐中用石墨坩堝熔化1000克煉鋼過(guò)程中的連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣，在1300~1400°C下保溫30分鐘，使連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣充分熔化并且連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣的成分與溫度均勻一致；
2)用液面定位電極標(biāo)定石墨坩堝液面，當(dāng)液面定位電極接觸高溫液面時(shí)，低電壓回路接通，計(jì)算機(jī)記錄此時(shí)液面定位電極的位置，計(jì)算機(jī)根據(jù)液面定位電極的位置信息給結(jié)晶器銅模運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)發(fā)送運(yùn)行指令；
3)結(jié)晶器銅模運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)帶動(dòng)結(jié)晶器銅模運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)支架向下移動(dòng)，使結(jié)晶器銅模插入熔融狀態(tài)的連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣內(nèi)，在振動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，結(jié)晶器銅模按設(shè)定的振幅(1-5_)與振頻(60-300次/分鐘)振動(dòng)，結(jié)晶器銅模內(nèi)最上面一排溫度傳感器的位置與液面定位電極標(biāo)定的液面保持在同一平面；結(jié)晶器銅模內(nèi)通水冷卻，液態(tài)連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣在結(jié)晶器銅模上冷卻，形成保護(hù)渣膜；
4)溫度采集器實(shí)時(shí)采集結(jié)晶器銅模內(nèi)的溫度傳感器測(cè)量的溫度數(shù)據(jù)，并傳給計(jì)算
機(jī)；
5)計(jì)算機(jī)根據(jù)公式
【權(quán)利要求】
1.一種連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣綜合傳熱熱流測(cè)試裝置，包括基座(11 )，其特征在于，所述基座(11)上固定有感應(yīng)電爐(8 )、液面定位支架(5 )、結(jié)晶器銅模運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)支架(2 )和振動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)(3)，所述感應(yīng)電爐(8)內(nèi)設(shè)有用于放置連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣(10)的石墨坩堝(9)；所述感應(yīng)電爐(8)上方設(shè)置有液面定位電極(7)和結(jié)晶器銅模(6)，所述液面定位電極(7)固定在能在液面定位電機(jī)帶動(dòng)下在豎直方向上移動(dòng)的液面定位支架(5)上；所述結(jié)晶器銅模(6)固定在能在結(jié)晶器銅模運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)帶動(dòng)下在豎直方向上移動(dòng)的結(jié)晶器銅模運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)支架(2 )上，所述振動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)(3 )帶動(dòng)所述結(jié)晶器銅模(6 )按設(shè)定的振動(dòng)幅度及振動(dòng)頻率振動(dòng)，所述結(jié)晶器銅模(6)內(nèi)部的冷卻管路與冷卻系統(tǒng)管路(4)連通；所述計(jì)算機(jī)(I)控制所述液面定位電機(jī)、結(jié)晶器銅模運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)、振動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)(3)運(yùn)行；所述液面定位電極(7)與所述計(jì)算機(jī)(I)、直流電源連接組成低電壓回路；所述石墨坩堝(9)內(nèi)固定有熱電偶(13)，所述石墨坩堝(9)下部的熱電偶(13)與所述計(jì)算機(jī)(I)電連接；所述結(jié)晶器銅模(6)內(nèi)固定有至少一排溫度傳感器，且每排溫度傳感器包括兩個(gè)位于同一水平面上的溫度傳感器，所述計(jì)算機(jī)(I)通過(guò)溫度采集器(12)與固定在所述結(jié)晶器銅模(6)內(nèi)的溫度傳感器電連接。
2.一種利用權(quán)利要求1所述的裝置測(cè)試連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣綜合傳熱熱流的方法，其特征在于，該方法為: 1)在感應(yīng)電爐中用石墨坩堝熔化1000克煉鋼過(guò)程中的連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣，在1300~1400°C下保溫30分鐘，使連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣充分熔化并且連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣的成分與溫度均勻一致； 2)用液面定位電極標(biāo)定石墨坩堝液面，當(dāng)液面定位電極接觸高溫液面時(shí)，低電壓回路接通，計(jì)算機(jī)記錄此時(shí)液面定位電極的位置，計(jì)算機(jī)根據(jù)液面定位電極的位置信息給結(jié)晶器銅模運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)發(fā)送運(yùn)行指令； 3)結(jié)晶器銅模運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)帶動(dòng)結(jié)晶器銅模運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)支架向下移動(dòng)，使結(jié)晶器銅模插入熔融狀態(tài)的連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣內(nèi)，在振動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，結(jié)晶器銅模按設(shè)定的振幅與振頻振動(dòng)，結(jié)晶器銅模內(nèi)最上面一排溫度傳感器的位置與液面定位電極標(biāo)定的液面保持在同一平面；結(jié)晶器銅模內(nèi)通水冷卻，液態(tài)連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣在結(jié)晶器銅模上冷卻，形成保護(hù)渣膜； 4)溫度采集器實(shí)時(shí)采集結(jié)晶器銅模內(nèi)的溫度傳感器測(cè)量的溫度數(shù)據(jù)，并傳給計(jì)算機(jī)； 5)計(jì)算機(jī)根據(jù)公式實(shí)時(shí)計(jì)算通過(guò)連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣的傳熱熱流，其中?是通過(guò)連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣的傳熱熱流，I#是結(jié)晶器銅模的導(dǎo)熱系數(shù)，Λ T是結(jié)晶器銅模內(nèi)位于同一排的兩個(gè)溫度傳感器間的溫度差，d是結(jié)晶器銅模內(nèi)位于同一排的兩個(gè)溫度傳感器間的距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述結(jié)晶器銅模內(nèi)固定有兩排溫度傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述結(jié)晶器銅模振幅為l_5mm，振頻為60-300次/分鐘。
【文檔編號(hào)】B22D11/111GK103969292SQ201410233634
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月29日
【發(fā)明者】王萬(wàn)林, 馬范軍, 劉永珍, 黃道遠(yuǎn), 周樂(lè)君 申請(qǐng)人:中南大學(xué)