CN106680313A - 一种连铸保护渣热流模拟测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了功能材料传热性能的测试技术领域的一种连铸保护渣热流模拟测量装置，包括箱体，所述箱体的内腔顶部设置有功率转换器，所述固定架的内腔设置有冷凝器，所述凹槽的左右侧壁之间设置有灯管，所述固定架的底部设置有冷却水箱，且两组夹板的顶端之间设置有保护渣体，所述保护渣体和冷却水箱之间设置有铜模结晶器，所述铜模结晶器的外壁均匀设置有热敏传感器，所述铜模结晶器的外壁套接有覆膜，所述升降阶梯台的顶部设置有数字采集仪，所述箱体的左壁设置有计算机控制器，用于研究在不同热源、不同输入波形和频率的热流条件下钢铁连铸过程中保护渣的熔化、凝固、结晶、相变等高温热力学行为变化以及对结晶器输出热流的影响。

Description

一种连铸保护渣热流模拟测量装置

技术领域

本发明涉及功能材料传热性能的测试技术领域，具体为一种连铸保护渣热流模拟测量装置。

背景技术

据世界钢铁协会2010年统计，世界钢铁总产量已超过14亿吨，我国钢铁生产总量已达6.27亿吨，占据世界总产量45％左右。这其中，95％以上的钢铁产品都通过连铸技术生产，结晶器保护渣是钢铁连铸过程中广泛应用的一种材料，具有绝热保温、防止钢液二次氧化、吸收钢液中夹杂物、润滑和控制传热的作用。连铸过程中保护渣的使用率达到80％以上，保护渣在连铸过程中粘度、导热性、矿相、微观组织等系列变化对铸坯质量、能源的利用效率产生重大影响。国家科技发展纲要明确提出了发展“高品质、高性能、高效率”的现代钢铁技术，以保持钢铁工业的持续发展活力，因此研究保护渣在结晶器处复杂的高温热动力行为成为钢铁业发展的关键问题之一。目前，国内外进行保护渣热流测试的方法主要有如下几种，第一种是夹板法(也称接触法)。它采用AIN板模拟钢坯，用碳化硅发热体进行加热；用通水或气冷却的SUS304来模拟铜模；保护渣放置在AIN板上，加热使其熔化，通过控制SUS304高度来控制渣膜的厚度。夹板法的优点是：可通过热电偶来控制并测量保护渣的表面温度，和测试稳态条件下的综合热流。但缺点是：由于熔化后的保护渣具有流动性，保护渣的量厚度都较难控制。同时由于SUS304的导热系数和铜的差别较大，难以模拟实际生产条件。第二种方法是浇注法，将熔化的保护渣浇注到铜模上，让其自然冷却收缩，通过插在铜模内的热电偶测量通过铜模的瞬时热流；同时在铜模上部安置热电偶，测量保护渣与铜模的界面温度。这种方法的优点是：可以测量保护渣由熔融状态到凝固收缩的实时热流以及保护渣与铜模的界面温度，从而计算可得界面热阻的实时变化情况。但其缺点也很明显：无法测得稳态条件下通过铜模的热流，同时该方法无法控制保护渣的浇注量，进而无法准确比较不同成分保护渣对界面热阻的影响。另外一种热流测试方法是浸渍法，它将保护渣在石墨坩埚中熔化，而后将通有冷却水的铜模浸入坩埚中，取出得到有一定厚度的渣膜；同时通过测量冷却水的进出温度，可计算得通过铜模的实时热流。这种方法工序简单，操作较为方便，简捷，可得到三层分布的保护渣(熔融层、结晶层和玻璃层)，实验条件接近生产实际。但也存在致命缺点：只能测量瞬时的综合热流，而无法测量稳态条件下的热流，同时无法准确控制保护渣的厚度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种连铸保护渣热流模拟测量装置，以解决上述背景技术中提出的由于熔化后的保护渣具有流动性，保护渣的量厚度都较难控制，无法测得稳态条件下通过铜模的热流，同时该方法无法控制保护渣的浇注量，进而无法准确比较不同成分保护渣对界面热阻的影响，只能测量瞬时的综合热流，而无法测量稳态条件下的热流，同时无法准确控制保护渣的厚度的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种连铸保护渣热流模拟测量装置，包括箱体，所述箱体的内腔顶部设置有功率转换器，所述功率转换器的右侧设置有连接架，所述连接架的底部设置有固定架，所述固定架的内腔设置有冷凝器，所述固定架的底部设置有凹槽，所述凹槽的左右侧壁之间设置有灯管，所述固定架的底部设置有冷却水箱，所述冷却水箱的顶部设置有两组夹板，且两组夹板的顶端之间设置有保护渣体，所述保护渣体和冷却水箱之间设置有铜模结晶器，所述铜模结晶器的外壁均匀设置有热敏传感器，所述铜模结晶器的外壁套接有覆膜，所述冷却水箱的左侧设置有升降阶梯台，所述升降阶梯台的顶部设置有数字采集仪，所述箱体的左壁设置有计算机控制器，所述计算机控制器分别与功率转换器、冷凝器、灯管、铜模结晶器电性连接，所述计算机控制器分别电性输入连接数据采集子系统和数字成像子系统，所述数据采集子系统和数字成像子系统分别电性输入连接热敏传感器和数字采集仪，所述计算机控制器电性输出连接存储子系统。

优选的，所述数据采集子系统包括温度数据采集单元，所述温度数据采集单元电性输出连接温度数据处理单元，所述温度数据处理单元电性输出连接温度数据处理器，所述温度数据处理器电性输出连接温度数据存储单元。

优选的，所述数字成像子系统包括数字数据采集单元，所述数字数据采集单元电性输出连接温度数据处理单元，所述温度数据处理单元电性输出连接数字图像转换单元，所述数字图像转换单元电性输出连接数字成像处理器，所述数字成像处理器分别电性输出连接图像存储单元和驱动单元，所述驱动单元电性输出连接显示器。

优选的，所述存储子系统包括图像数据采集单元，所述图像数据采集单元电性输出连接图像数据处理单元，所述图像数据处理单元电性输出连接图像数据对比单元，所述图像数据对比单元电性输出连接存储处理器，所述存储处理器分别电性输出连接图像数据整理单元和存储接口，所述存储接口电性输出连接存储器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该种连铸保护渣热流模拟测量装置解决了现有的钢铁冶金连铸过程中钢液、保护渣体和结晶器之间热流不能实施监控，保护渣在热传递过程中的热动力学变化无法原位观察的难题，再现了连铸过程中实际工况条件，用于研究、测试和评价保护渣熔体材料传热、导热性能，并对冶金过程的热能利用效率作出合理评价，用于研究在不同热源、不同输入波形和频率的热流条件下钢铁连铸过程中保护渣的熔化、凝固、结晶、相变等高温热力学行为变化以及这些变化对结晶器输出热流的影响。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明系统原理框图；

图3为本发明数据采集子系统原理框图；

图4为本发明数字成像子系统原理框图；

图5为本发明存储子系统原理框图。

图中：1箱体、2功率转换器、3连接架、4固定架、5冷凝器、6凹槽、7灯管、8冷却水箱、9夹板、10保护渣体、11铜模结晶器、12热敏传感器、13覆膜、14升降阶梯台、15数字采集仪、16计算机控制器、17数据采集子系统、18数字成像子系统、19存储子系统、20温度数据采集单元、21温度数据处理单元、22温度数据处理器、23温度数据存储单元、24数字数据采集单元、25温度数据处理单元、26数字图像转换单元、27数字成像处理器、28图像存储单元、29驱动单元、30显示器、31图像数据采集单元、32图像数据处理单元、33图像数据对比单元、34存储处理器、35图像数据整理单元、36存储接口、37存储器。

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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种连铸保护渣热流模拟测量装置，包括箱体1，箱体1的内腔顶部设置有功率转换器2，功率转换器2的右侧设置有连接架3，连接架3的底部设置有固定架4，固定架4的内腔设置有冷凝器5，固定架4的底部设置有凹槽6，凹槽6的左右侧壁之间设置有灯管7，固定架4的底部设置有冷却水箱8，冷却水箱8的顶部设置有两组夹板9，两组夹板9的顶端之间设置有保护渣体10，保护渣体10和冷却水箱8之间设置有铜模结晶器11，铜模结晶器11的外壁均匀设置有热敏传感器12，铜模结晶器11的外壁套接有覆膜13，冷却水箱8的左侧设置有升降阶梯台14，升降阶梯台14的顶部设置有数字采集仪15，箱体1的左壁设置有计算机控制器16，计算机控制器16分别与功率转换器2、冷凝器5、灯管7、铜模结晶器11电性连接，计算机控制器16分别电性输入连接数据采集子系统17和数字成像子系统18，数据采集子系统17和数字成像子系统18分别电性输入连接热敏传感器12和数字采集仪15，计算机控制器16电性输出连接存储子系统19。

其中，数据采集子系统17包括温度数据采集单元20，温度数据采集单元20电性输出连接温度数据处理单元21，温度数据处理单元21电性输出连接温度数据处理器22，温度数据处理器22电性输出连接温度数据存储单元23，数字成像子系统18包括数字数据采集单元24，温度数据处理器22通过温度数据采集单元20和温度数据处理单元21对热敏传感器12所感应的数据进行采集和处理，并通过温度数据存储单元23对处理后的温度数据进行存储，通过数字采集仪15对保护渣体10将发生熔化、结晶、凝固、相变等热力学变化，这一动态过程被数字采集仪15所记录，数字数据采集单元24电性输出连接温度数据处理单元25，温度数据处理单元25电性输出连接数字图像转换单元26，数字图像转换单元26电性输出连接数字成像处理器27，数字成像处理器27通过数字数据采集单元24、温度数据处理单元25和数字图像转换单元26将采集的温度数据进行处理和图像转换，数字成像处理器27分别电性输出连接图像存储单元28和驱动单元29，数字成像处理器27通过图像存储单元28对图像进行存储，然后通过驱动单元29和显示器30对处理的图像进行显示，存储子系统19包括图像数据采集单元31，图像数据采集单元31电性输出连接图像数据处理单元32，图像数据处理单元32电性输出连接图像数据对比单元33，图像数据对比单元33电性输出连接存储处理器34，存储处理器34分别电性输出连接图像数据整理单元35和存储接口36，存储接口36电性输出连接存储器37，将图像数据采集单元31所记录的图像和数据通过计算机控制器16所记录的结果通过图像数据对比单元33进行对比分析，将得到保护渣体10在传热过程中的热动力变化及其对热流的影响，为实际工业生产提供理论依据。

工作原理：铜模结晶器11固定在冷却水箱8上，保护渣体10固定在铜模结晶器11上，保护渣体10放置在灯管7下方，周围采用绝热保护材料的覆膜13进行包覆，底部通冷却水箱8进行冷却，通过对计算机控制器16中的程序进行参数设定，产生所需频率、振幅、功率和波形的热流信号，此热流信号通过功率转换器2转换成相应的功率信号，再传输到灯管7，灯管7将由此产生与此相一致的热流，这样灯管7、保护渣体10和铜模结晶器11之间实现一维传热，来自于灯管7的热流通过保护渣体10向铜模结晶器11传递，用来模拟连铸过程弯月面的实际情况，同时灯管7顶部设置冷凝器5进行冷却保护，保护渣体10将发生熔化、结晶、凝固、相变等热力学变化，这一动态过程被数字成像子系统18所记录，同时由于光、热、粘度、流动性等物理性质发生改变，其传热过程受到影响，嵌入铜模结晶器11中热敏传感器12将温度数据采集单元20所采集温度数据返回计算机控制器16，通过存储子系统19进行管理存储，将数字成像子系统18所记录的图像和计算机控制器16所记录的结果进行对比分析，将得到保护渣体10在传热过程中的热动力变化及其对热流的影响，为实际工业生产提供理论依据。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种连铸保护渣热流模拟测量装置，包括箱体(1)，其特征在于：所述箱体(1)的内腔顶部设置有功率转换器(2)，所述功率转换器(2)的右侧设置有连接架(3)，所述连接架(3)的底部设置有固定架(4)，所述固定架(4)的内腔设置有冷凝器(5)，所述固定架(4)的底部设置有凹槽(6)，所述凹槽(6)的左右侧壁之间设置有灯管(7)，所述固定架(4)的底部设置有冷却水箱(8)，所述冷却水箱(8)的顶部设置有两组夹板(9)，且两组夹板(9)的顶端之间设置有保护渣体(10)，所述保护渣体(10)和冷却水箱(8)之间设置有铜模结晶器(11)，所述铜模结晶器(11)的外壁均匀设置有热敏传感器(12)，所述铜模结晶器(11)的外壁套接有覆膜(13)，所述冷却水箱(8)的左侧设置有升降阶梯台(14)，所述升降阶梯台(14)的顶部设置有数字采集仪(15)，所述箱体(1)的左壁设置有计算机控制器(16)，所述计算机控制器(16)分别与功率转换器(2)、冷凝器(5)、灯管(7)、铜模结晶器(11)电性连接，所述计算机控制器(16)分别电性输入连接数据采集子系统(17)和数字成像子系统(18)，所述数据采集子系统(17)和数字成像子系统(18)分别电性输入连接热敏传感器(12)和数字采集仪(15)，所述计算机控制器(16)电性输出连接存储子系统(19)。

2.根据权利要求1所述的一种连铸保护渣热流模拟测量装置，其特征在于：所述数据采集子系统(17)包括温度数据采集单元(20)，所述温度数据采集单元(20)电性输出连接温度数据处理单元(21)，所述温度数据处理单元(21)电性输出连接温度数据处理器(22)，所述温度数据处理器(22)电性输出连接温度数据存储单元(23)。

3.根据权利要求1所述的一种连铸保护渣热流模拟测量装置，其特征在于：所述数字成像子系统(18)包括数字数据采集单元(24)，所述数字数据采集单元(24)电性输出连接温度数据处理单元(25)，所述温度数据处理单元(25)电性输出连接数字图像转换单元(26)，所述数字图像转换单元(26)电性输出连接数字成像处理器(27)，所述数字成像处理器(27)分别电性输出连接图像存储单元(28)和驱动单元(29)，所述驱动单元(29)电性输出连接显示器(30)。

4.根据权利要求1所述的一种连铸保护渣热流模拟测量装置，其特征在于：所述存储子系统(19)包括图像数据采集单元(31)，所述图像数据采集单元(31)电性输出连接图像数据处理单元(32)，所述图像数据处理单元(32)电性输出连接图像数据对比单元(33)，所述图像数据对比单元(33)电性输出连接存储处理器(34)，所述存储处理器(34)分别电性输出连接图像数据整理单元(35)和存储接口(36)，所述存储接口(36)电性输出连接存储器(37)。