CN101349663A - 连铸二冷区传热系数测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连铸二冷区传热系数测量方法，该测量方法为将热电偶投入结晶器内，并固定在铸坯内，通过铸坯拖动流经二冷区；通过热电偶对铸坯内部两测温点进行温度测量，并输出电信号；采用信号处理单元对电信号进行隔离放大，并转换成数字信号输出；剖开铸坯，测量出铸坯内部两测温点之间的距离；采用计算单元记录各测量数据，并进行计算处理，计算出传热系数。该测量方法采用拖偶法直接对进入二冷区的铸坯内部温度进行测量，并通过计算得出传热系数，能够实际反映二冷区内的各种传热的综合影响，测量数据更加准确可靠，提高了实际生产应用性；通过采用支架固定热电偶，避免了热电偶发生摆动现象，更加提高了测量的准确性。

Description

连铸二冷区传热系数测量方法

技术领域

本发明涉及板坯连铸二冷技术，更具体地说，涉及一种连铸二冷区传热系数测量方法，该方法能够测量连铸二冷区的综合传热系数。

背景技术

在板坯连铸过程中，为了制定合理的二冷配水制度，以及为连铸凝固传热模型提供准确的热传递边界条件，需要对连铸二冷区传热系数进行测量。公告号为CN86102931A的中国专利公开了一种传热系数测定仪，该专利是先采用加热控温系统对金属试件进行加热，然后通过热电偶对金属试件进行测温并输出电势信号，电势信号经过放大转换后，输入计算机，再通过计算机控制金属试件进行加热至指定温度；然后再通过控制系统启动延时，待金属试件的温度均匀后停止加热，取下保温盖，并开始喷水冷却金属试件，最后由计算机计算出传热系数，整个测定是通过实验的方式进行的。但在实际的连铸过程中，由于二冷区内传热方式有多种，请参阅图1所示，传热方式包括：喷雾水冷却、滞留水加热、夹辊接触传热和铸坯辐射传热，而上述专利通过实验得到的传热系数关系式只反应了喷雾水与铸坯之间的换热关系，缺少了考虑夹辊热传导、辐射和滞留水加热的影响，不能很好的描述铸坯在二冷区的整个换热过程，使得出的传热系数存在片面性，只能定性地反应喷雾水与二冷换热系数之间的关系，与实际生产要求存在一定距离。

发明内容

针对现有技术中存在的上述的测定的传热系数较片面、无法反映整个二冷区综合换热过程的缺点，本发明的目的是提供一种连铸二冷区传热系数测量方法，该测量方法能够测量二冷区的综合传热系数，并提高了测量的准确性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

该连铸二冷区传热系数测量方法的具体步骤如下：

A.将热电偶投入结晶器内，并固定在铸坯内，通过铸坯拖动流经二冷区；

B.通过热电偶对铸坯内部两测温点进行温度测量，并输出电信号；

C.采用信号处理单元对所述的电信号进行隔离放大，并转换成数字信号输出；

D.剖开铸坯，测量出铸坯内部两测温点之间的距离以及铸坯内部外侧测温点与相应的铸坯表面之间的距离；

E.采用计算单元记录各测量数据，并进行计算处理，计算出传热系数。

所述的步骤A的具体步骤为：

A1.选取两个热电偶设置并固定在一支架上，并将两个热电偶的一端通过导线连接到信号处理单元；

A2.采用一配重块吊置在支架上；

A3.使用耐火材料层对两个热电偶及配重块的外部进行包裹；

A4.对支架进行预热处理；

A5.将设置在支架上的热电偶及配重块投入结晶器内；

A6.使热电偶固定在铸坯内部，并通过铸坯拖动流经二冷区。

所述的步骤E中的计算步骤为：

E1.通过步骤B中的铸坯内部两测温点的温度以及步骤C中的两测温点之间的距离，计算出铸坯热流密度；

E2.通过步骤E1中的铸坯热流密度，计算出相应的铸坯表面温度；

E3.通过相应的铸坯表面温度，计算出传热系数。

所述的步骤E1中的计算铸坯热流密度的计算公式为 $q=\mathrm{\λ}\frac{T_1-T_2}{\mathrm{\Δl}},$

其中，q为铸坯热流密度，T₂为铸坯内部外侧测温点的温度，T₁为铸坯内部内侧测温点的温度，λ为铸坯导热系数，Δl为两测温点之间的距离。

所述的步骤E2中的计算铸坯热流密度的计算公式为q＝λ(T₂-T₀)/L，

其中，q为铸坯热流密度，T₂为铸坯内部外侧测温点的温度，T₀为相应的铸坯表面温度，λ为铸坯导热系数，L为铸坯内部外侧测温点与相应的铸坯表面之间的距离。

所述的步骤E3中的计算传热系数的计算公式为q＝h(T₀-T_w)，

其中，q为铸坯热流密度，T₀为相应的铸坯表面温度，T_w为冷却水温度，h为传热系数。

在上述技术方案中，本发明的连铸二冷区传热系数测量方法为将热电偶投入结晶器内，并固定在铸坯内，通过铸坯拖动流经二冷区；通过热电偶对铸坯内部两测温点进行温度测量，并输出电信号；采用信号处理单元对电信号进行隔离放大，并转换成数字信号输出；剖开铸坯，测量出铸坯内部两测温点之间的距离；采用计算单元记录各测量数据，并进行计算处理，计算出传热系数。该测量方法采用拖偶法直接对进入二冷区的铸坯内部温度进行测量，并通过计算得出传热系数，能够实际反映了二冷区内的各种传热的综合影响，测量数据更加准确可靠，提高了实际生产应用性；通过采用支架固定热电偶，避免了热电偶发生摆动现象，更加提高了测量的准确性。

附图说明

图1是连铸二冷区的综合传热原理示意图；

图2是本发明的连铸二冷区传热系数测量方法的流程示意图；

图3是本发明的传热系数测量原理示意图；

图4是本发明的测量方法中采用的热电偶与支架的结构示意图；

图5是本发明的测量方法中被剖开的铸坯的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

请参阅图2所示，本发明的连铸二冷区传热系数测量方法的具体步骤为先将热电偶投入结晶器内，并固定在铸坯内，通过铸坯拖动流经二冷区；然后通过热电偶对铸坯内部两测温点进行温度测量，并输出电信号；再采用信号处理单元对电信号进行隔离放大，并转换成数字信号输出；然后再将冷却后的铸坯剖开，测量出铸坯内部两热电偶的测温点之间的距离以及铸坯内部外侧测温点与相应的铸坯表面之间的距离；最后采用计算单元记录各测量数据，并进行计算处理，计算出传热系数。

请结合图3、图4所示，热电偶10可选取两个钨铼热电偶，由于当热电偶10刚投入结晶器1内时，钢液还未凝固成铸坯，两热电偶10会随钢液的流动发生摆动，导致位置发生偏移，对测量结果造成误差，因此将两个热电偶10平行的设置并固定在一个耐火材料的支架11上，为了避免支架11对钢液流动造成影响，进而影响钢液传热，支架11厚度和宽度的取值一般选取在10mm以内，并且支架11长度取值小于结晶器1下口厚度尺寸。将两个热电偶10在支架11上呈不对称设置，因为，如果两热电偶10的测量点在铸坯内呈轴对称，会容易造成两个热电偶10测量的温度值相同。为了避免支架11与钢液之间的传热对测量结果造成影响，热电偶10一端探头14要突出支架11下缘30～100mm。在两个热电偶10的另一端分别通过导线12连接到信号处理单元，导线12可采用钨铼丝；另外，还采用耐火材料层对两个热电偶10的外部单独进行严密包裹，防止两个热电偶10之间产生短路，造成测量错误。在支架11上还吊置了一个密度大于钢液的金属配重块13，使得支架11与热电偶10能沉入到钢液下，随着铸坯一起拉动，也可以起到防止支架11摆动的作用。为了防止配重块13吸热造成该区域的传热规律发生变化，可使配重块13和支架11保持一定距离，500mm左右较佳。一般密度较大的金属物的熔点较低，投入到钢液中，很快就发生溶化，起不到配重的作用，因此采用耐火材料层包裹在配重块13外部，起到良好的隔热作用。在投入热电偶10前，需要对支架11进行预热，避免测量时支架11因大量吸热而破坏铸坯传热规律，对测量结果造成影响。

请再结合图3所示，当热电偶10投入结晶器1内后，通过配重块13的重力，直接与支架11一起沉入钢液中，当热电偶10的探头14随钢液流至结晶器1下口时，以被凝固在钢坯内部，并通过钢坯拖动，流经二冷区2。此时，通过两个热电偶10对钢坯内部的两个测温点进行测量，并产生电信号通过导线输出。信号处理单元可采用隔离放大器4和A/D转换器5，依次对电信号进行隔离放大和A/D转换，并将转换形成的数据信号输出。计算单元6可采用工控机，接收数据信号并记录，该数据即为铸坯内部的两个测温点的温度值，请结合图5所示，设其中位于铸坯3内部的外侧测温点的温度为T₂，位于铸坯3内部的内侧测温点的温度为T₁，同时还记录下浇注过程的时间、二冷区2的测温位置等数据。当铸坯3流出二冷区2并完成冷却后，将铸坯3剖开，测量出铸坯3内部两测温点a、b之间的距离值Δl以及铸坯3内部外侧测温点a与相应的铸坯3表面c之间的距离值L；将Δl与L的数值输入计算单元6，通过计算出，可得出传热系数h。由于在二冷区2内，铸坯3表面通过喷淋水蒸发、夹辊导热、热辐射和冷却水等传热方式使其表面温度降低，并形成一定的温度梯度，铸坯3内部热量垂直于铸坯3表面传出，符合傅立叶导热规律。因此，传热系数h可通过以下具体计算步骤求得：先通过计算公式 $q=\mathrm{\λ}\frac{T_1-T_2}{\mathrm{\Δl}}$ 来计算出铸坯热流密度q，式中，q为铸坯热流密度，T₂为铸坯3内部外侧测温点的温度，T₁为铸坯3内部内侧测温点的温度，λ为铸坯3导热系数，Δl为两测温点之间的距离，由于λ为常数，其他数据均以测得，便能计算出q的数值；同理，通过计算公式q＝λ(T₂-T₀)/L，其中，T₀为相应的铸坯表面温度，λ为铸坯导热系数，L为铸坯内部外侧测温点与相应的铸坯表面之间的距离，便能计算出相应的铸坯3表面的温度T₀；最后通过计算公式q＝h(T₀-T_w)计算出传热系数h，式中，q为铸坯热流密度，T₀为相应的铸坯3表面温度，T_w为冷却水温度，h为传热系数，由于铸坯热流密度q为定量，冷却水温度T_w可方便测得，因此便能最终求得传热系数h，并可通过显示器7将传热系数h以及浇注过程的时间、二冷区2的测温位置等数据以报表的形式进行显示。由于该测量方法是采用拖偶法直接对进入二冷区2的铸坯3内部温度进行测量，能够实际反映了二冷区2内的各种传热的综合影响，因此传热系数h为二冷区2的综合传热系数。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (6)

1.一种连铸二冷区传热系数测量方法，其特征在于，

该测量方法的具体步骤如下：

A.将热电偶投入结晶器内，并固定在铸坯内，通过铸坯拖动流经二冷区；

B.通过热电偶对铸坯内部两测温点进行温度测量，并输出电信号；

C.采用信号处理单元对所述的电信号进行隔离放大，并转换成数字信号输出；

D.剖开铸坯，测量出铸坯内部两测温点之间的距离以及铸坯内部外侧测温点与相应的铸坯表面之间的距离；

E.采用计算单元记录各测量数据，并进行计算处理，计算出传热系数。

2.如权利要求1所述的连铸二冷区传热系数测量方法，其特征在于：

所述的步骤A的具体步骤为：

A1.选取两个热电偶设置并固定在一支架上，并将两个热电偶的一端通过导线连接到信号处理单元；

A2.采用一配重块吊置在支架上；

A3.使用耐火材料层对两个热电偶及配重块的外部进行包裹；

A4.对支架进行预热处理；

A5.将设置在支架上的热电偶及配重块投入结晶器内；

A6.使热电偶固定在铸坯内部，并通过铸坯拖动流经二冷区。

3.如权利要求1所述的连铸二冷区传热系数测量方法，其特征在于：

所述的步骤E中的计算步骤为：

E1.通过步骤B中的铸坯内部两测温点的温度以及步骤C中的两测温点之间的距离，计算出铸坯热流密度；

E2.通过步骤E1中的铸坯热流密度，计算出相应的铸坯表面温度；

E3.通过相应的铸坯表面温度，计算出传热系数。

4.如权利要求3所述的连铸二冷区传热系数测量方法，其特征在于：

所述的步骤E1中的计算铸坯热流密度的计算公式为 $q=\mathrm{\λ}\frac{T_1-T_2}{\mathrm{\Δl}},$

其中，q为铸坯热流密度，T₂为铸坯内部外侧测温点的温度，T₁为铸坯内部内侧测温点的温度，λ为铸坯导热系数，Δl为两测温点之间的距离。

5.如权利要求3所述的连铸二冷区传热系数测量方法，其特征在于：

所述的步骤E2中的计算铸坯热流密度的计算公式为q＝λ(T₂-T₀)/L，

其中，q为铸坯热流密度，T₂为铸坯内部外侧测温点的温度，T₀为相应的铸坯表面温度，λ为铸坯导热系数，L为铸坯内部外侧测温点与相应的铸坯表面之间的距离。

6.如权利要求3所述的连铸二冷区传热系数测量方法，其特征在于：

所述的步骤E3中的计算传热系数的计算公式为q＝h(T₀-T_w)，

其中，q为铸坯热流密度，T₀为相应的铸坯表面温度，T_w为冷却水温度，h为传热系数。

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