CN109570464B - 一种模拟薄带连铸结晶器初始凝固的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟薄带连铸结晶器初始凝固的装置和方法，该模拟装置包括炉体、熔炼坩埚、冷却基体以及升降机构，冷却基体的底端内凹形成有用于模拟薄带连铸结晶辊辊缝的条形孔，条形孔两长边所在的侧壁内埋设有与温度采集系统连接的热电偶以及通有冷却介质的冷却液管道，条形孔的底端通过密封件密封，条形孔内的气压被排空至低于炉体内的气压，密封件在冷却基体插入坩埚后在钢水高温下能够熔化挥发以使钢水进入条形孔内。本发明钢水在负压吸附作用下被快速的压入条形孔中并在冷却介质的作用下快速凝固成壳，冷却基体保留了薄带连铸激冷和挤压两个特征，能够更加真实的模拟薄带连铸的工艺过程。

Description

一种模拟薄带连铸结晶器初始凝固的装置及方法

技术领域

本发明属于金属亚快速凝固技术领域，尤其涉及一种模拟薄带连铸结晶器初始凝固的装置及方法。

背景技术

双辊薄带连铸技术是冶金及材料领域内的一项前沿技术，是钢铁行业一项革命性的变化。它简化了传统冶金工业中薄型钢材的生产过程，省去了传统生产工艺的中间冷却和再加热工序，不仅有效节约了基建投资，还大大减少了能源消耗和环境污染。双辊薄带连铸直接将钢液注入由两个同速且相向旋转的结晶辊和一对侧封板组成的三角熔池内，高温钢液在水冷结晶辊的表面快速冷却，并形成凝固坯壳，在结晶辊作用下，两片凝壳在kiss点处结合，再经过铸轧直接形成1-5mm厚度的薄铸带。此工艺被誉为是20世纪冶金工业最伟大的技术进步，是一种具有流程短、成本低、能耗少等各项优势的低碳经济新技术。双辊薄带连铸由于其特殊的工艺原理决定了薄带连铸工艺及其产品具有不同于传统连铸连轧技术的众多优异特点,其将连续铸造和热轧工艺融为一体与传统工艺相比具有工艺流程短、投资少、能耗低、生产成本低、环境负荷低等一系列优点。

薄带连铸的薄带组织具有亚快速凝固的特点，如细化的凝固组织，合金元素固溶度增加，偏析形成倾向减少，平衡相析出被抑制等，这些特点可以极大改善铸带的组织性能，使铸带在微观结构上发生显著变化。除生产传统材料，双辊薄带技术还可以用于非晶带材的生产，在难以轧制的高合金薄带钢生产方面有着巨大潜力如国外正在开发的TWIP钢、INVAR合金、镁合金带、耐热钢、铁素体不锈钢、高硅电工钢、高速钢等。

但薄带连铸工艺过程控制要求十分严格，铸带坯的质量受工艺过程影响极大，熔池结构、冷却速率、结晶器条件等各种参数对薄带表面质量及性能均有明显的影响，攻克薄带连铸生产工艺的关键问题是如何稳定连续的生产合格及高质量的薄带产品，因此需要研究分析各个因素的共同影响以确保铸带的质量。

由于现场实验及中试试验研究成本高，实验周期长，条件控制不够精确，而仿真数值模拟方面的研究在基于假设和边界条件的前提下只能起到有限的模拟作用，难以全面和精确的研究熔体凝固前沿接触界面复杂而迅速的反应现象。基于以上背景，T.Loulou等在《Estimation of thermal contact resistance during the first stages of metalsolidification process:I-experiment principle and modelisation》和《Estimationof thermal contact resistance during the first stages of metal solidificationprocess:II-experimental setup and results》中开发了亚快速凝固模拟装置，用Sn,Pb,Zn作为凝固材料研究了金属在Ni基底上凝固时最初阶段的瞬态传热。熔化的金属液滴落在金属基体上凝固。测温采用了半内在式热电偶，即Ni基体作为热电偶的两种金属之一，另一种金属采用Cr导线嵌入基体中的不同部位，通过Back非线性估算法求解表面热流和热阻，研究了基底表面粗糙度、熔体温度、熔体材料成分、表面润滑剂等对热流的影响。但其结果对于高熔点金属的的凝固过程则不一定适用，所得样品不适合进行凝固组织和性能方面的研究；Strezov L在《Mechanisms of initial melt/substrate heat transfer pertinentto strip casting》中开发了薄带连铸过程的模拟装置，该装置通过设计与薄带连铸钢液凝固初期相类似的环境，尝试获得对实际薄带连铸有指导意义的结果，浸入桨倾斜，与实际双辊薄带连铸几何特征(铸辊具有一定曲率)一致。在与钢液表面接触之前，首先将浸入桨(含铜块)加速至设定速率，而后快速地浸入钢液，停留一段时间后升起浸入桨至初始位置。该装置的主要问题是只有一面受冷却基体冷却，不能得到实际生产中双面基体冷却的完整铸带，另外该装置缺少喷水冷却装置，不具备二次冷却能力，模拟具有明显的局限性。

申请号为201310027733.X的中国专利公开了一种模拟薄带连铸工艺过程的方法和装置，将一对耐火材料包裹的有一定间距的铜块快速浸入钢液中，同时两铜块的间隙之间放置一根热电偶，实验过程中钢液会在间隙中凝固，凝固的坯壳将热电偶包裹起来，这样就可以得到钢液的凝固过程和凝固后的冷却过程的温度数据。然而上述专利并不能真实的模拟实际熔池内钢水与结晶辊之间的相对运动，而且两块铜块之间过小的间隙容易导致钢液凝固堵塞，不能形成完整的凝固坯壳。其次，该专利直接将热电偶设置在间隙中，并且铜基体没有通冷却水，基体冷却强度不够，且基体的温度不能控制，实际薄带连铸过程中，对薄带质量的关键影响因素为结晶辊的温度、钢水与结晶辊的相对运动速度以及熔池内钢液的温度，上述专利并不能真实的模拟双辊薄带连铸结晶器工作过程。申请号为201810998878.7的中国专利同样存在上述专利类似的问题。

综上所述，如何更加接近真实工况的模拟双辊薄带连铸结晶器工作过程，以提高模拟的准确性，是行业内亟待解决的一个关键技术问题。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的之一在于提供一种薄带连铸结晶器初始凝固模拟装置及方法，能够更加真实的模拟薄带连铸的工艺过程，最终获得与薄带连铸工艺过程及组织相近的实验样品。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种模拟薄带连铸结晶器初始凝固的装置，包括炉体、设置于炉体内的熔炼坩埚以及控制熔炼坩埚加热温度的温控系统，还包括位于熔炼坩埚上方的冷却基体以及控制冷却基体升降以从炉体外插入炉体内的升降机构；

所述冷却基体的底端内凹形成有用于模拟薄带连铸结晶辊辊缝的条形孔，所述条形孔两长边所在的侧壁内埋设有与温度采集系统连接的热电偶以及通有冷却介质的冷却液管道；

所述条形孔的底端通过密封件密封，所述条形孔内的气压被排空至低于所述炉体内的气压，所述密封件在所述冷却基体插入所述坩埚后在钢水高温下能够熔化以使钢水进入所述条形孔内。

进一步的，所述炉体位于熔炼坩埚的上方设有开口，所述开口上设有可启闭的盖体，所述冷却基体经所述开口进入所述炉体内。

进一步的，所述冷却液管道在所述侧壁内呈蛇形布设，埋藏在所述侧壁内的热电偶沿条形孔深度方向均布。

进一步的，所述密封件的材质为石蜡、琼脂、ABS树脂或聚苯乙烯树脂。

进一步的，所述升降机构采用电动控制的卷扬机或丝杆机构。

进一步的，所述温控系统包括贯穿安装在感应炉炉体壁面上且朝向所述熔炼坩埚的红外测温计以及与红外测温计电性连接的PID控制装置，所述PID控制装置与所述感应熔炼线圈电性连接。

进一步的，还包括气氛控制系统，所述气氛控制系统包括真空泵及装有保护气体的气瓶，所述炉体上设有进气阀和出气阀，所述气瓶通过管道与所述进气阀对接，所述真空泵通过抽气管与所述炉体连通。

进一步的，在炉体上还设有用于测量炉体内氧分压的氧分压测量仪。

进一步的，所述条形孔的宽度为1mm-2mm。

进一步的，还包括设置于炉体外对冷却基体表面进行喷水冷却的喷头。

一种模拟薄带连铸结晶器初始凝固的方法，采用上述装置，包括如下步骤：

步骤一：打开炉体，将一定量金属放置于熔炼坩埚中，封闭炉体，开启真空泵对炉体抽真空，随后向炉体内充入惰性气体；

步骤二：感应熔炼线圈通电，温度控制系统实时接收坩埚内的温度反馈信号进而调节感应熔炼线圈加热功率，实现金属融化；

步骤三：将冷却基体通过升降机构快速向下插入炉体内并浸入钢水内一定深度，密封件在钢水的高温作用下熔化，钢水在负压作用下快速吸入条形孔内，通过钢水在条形孔内的相对运动来模拟实际生产中熔池内钢水与旋转结晶辊的相对运动，与此同时进入条形孔内的钢水在冷却基体的激冷作用下快速凝固成坯壳，当冷却基体在钢水内的停留时间达到设定时间时，将冷却基体从坩埚内快速抽离至炉体外，热电偶测量的温度数据通过温度采集系统传输至计算机单元，经Beck反算法计算得到形核凝固过程中的热流值；

步骤四：通过喷头对冷却基体进行喷水，使之快速降温，以模拟生产现场工艺，之后取下条形孔内的坯壳，留作后续分析研究。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本装置中基体采用独特的内部真空结构，开口用密封件密封，基体插入到熔体后密封件熔化挥发，钢水在负压吸附作用下被快速的压入条形孔中并在冷却介质的作用下快速凝固成壳，冷区基体保留了薄带连铸激冷和挤压两个特征，而且可以直接得到双面冷却基体冷却的完整铸带，其提供的薄带凝固过程及凝固组织与双辊薄带凝固过程及凝固组织相似。

2、本申请中的模拟装置相比于其他实验室模拟装置，不仅能准确高效地获取界面温度数据，从而全面地分析冷却基体与熔体间的界面传热行为，而且创新性的突破了单面接触面的限制，获取得到双面亚快速凝固样品，可进一步对初始形核凝固过程、合金元素的偏析分布、第二相析出规律以及铸带的力学性能进行分析研究，具有创新性的研究意义。

3、实验场地占地小，成本能源消耗低，升温快，实验周期较短，可实现绝大多数金属及合金材料的实验，炉体设有氧分压测量仪，实现对气氛的准确控制。

4、本装置可实现在不同气体气氛下进行实验，研究不同气氛对亚快速凝固的影响，同时基体内表面可实现不同粗糙度、镀层等方面的改造，可研究不同凝固表面条件下的形核凝固行为。

综上所述，本发明在双辊薄带连铸的模拟中具有明显优势，可直接获得1mm-2mm厚度的完整铸带，可进行双辊薄带连铸过程中钢液和冷却基体的接触界面传热行为、完整初始铸带凝固组织的形成演变规律以及铸带表面质量和力学性能等方面的研究。

附图说明

图1为本薄带连铸结晶器初始凝固模拟装置的结构示意图；

图2为本发明冷却基体的主视图；

图3为本发明冷却基体的侧视图；

图4为实施例中由本薄带连铸结晶器初始凝固模拟装置所测得热流图；

图5为实施例中所得初始凝固铸带纵截面显微组织图。

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。

参见图1，一种薄带连铸结晶器初始凝固模拟装置，包括炉体1、熔炼坩埚2和控制熔炼坩埚2加热温度的温控系统，炉体1内设有支撑平台3，熔炼坩埚2设置在该支撑平台3上，在熔炼坩埚2的外部绕设有感应熔炼线圈4，感应熔炼线圈4优先采用水冷电缆，熔炼坩埚2通过感应熔炼线圈4通电产生的热量对其内的金属进行加热。

本实施例模拟装置还包括位于熔炼坩埚2上方的冷却基体5、控制冷却基体5升降以从炉体1外插入炉体内的升降机构6。

在一实施例中，在炉体1上部还可以设有对冷却基体5进行喷水冷却的喷头7，冷却基体在熔体内停留一段时间后快速上升至初始位置，喷头7随即启动对冷却基体5进行喷水冷却，对初始凝固组织进行进一步冷却，以模拟生产现场工艺。

参见图2和图3，具体的，在冷却基体5的底端内凹形成有用于模拟薄带连铸结晶辊辊缝的条形孔8，基体外围四周包有耐火材料，条形孔8两长边所在的侧壁内埋设有与温度采集系统9连接的热电偶10以及通有冷却介质的冷却液管道11；条形孔8的底端通过密封件12密封，条形孔8内的气压被排空至低于炉体炉膛的气压，密封件12需要满足在冷却基体5插入坩埚后在钢水高温下能够熔化挥发以使条形孔开口打开的要求，因此密封件12的材质既需要能够承受一定的高温，使其不至于在基体还没有插入钢水中时，即熔化或烧损失去密封效果，又要满足在钢水高温作用下能够熔化挥发的要求，因此可以采用石蜡、琼脂、ABS树脂、聚苯乙烯树脂等。

本实施例中，冷却基体5通过升降机构6快速插入坩埚的钢水内，通过温控系统3对钢水的温度进行控制，通过条形孔8两长边所在的侧壁模拟结晶辊的辊面，条形孔8模拟薄带连铸结晶辊辊缝，通过冷却液管道11保证足够的亚快速凝固冷却条件，当冷却基体5插入钢水中时，密封件12在钢水的高温作用下熔化挥发进而将条形孔8底部开口端打开，因条形孔8内的气压小于炉体1内的气压，钢水13在负压吸附作用下被快速的压入到条形孔8中并在冷却介质的作用下快速凝固成壳，相当于给予钢水一个抽拉力，实现钢水在辊缝中的运动，而钢水在通过条形孔8开口处时，因界面突然变窄，因此钢水被挤压着进入条形孔中，相当于起到了实际结晶辊的传输和挤压作用。因此，冷却基体5保留了薄带连铸激冷和挤压两个特征，而且可以直接得到双面冷却基体冷却的完整铸带，相比专利201310027733.X，其提供的薄带凝固过程及凝固组织与双辊薄带凝固过程及凝固组织相似。

具体的，在条形孔8的底端设有抽吸孔，当密封件将条形孔开口端封闭后，抽吸孔通过管道与负压泵连接，利用负压泵对条形孔抽真空，当真空度达到设定值时，停止抽真空，将抽吸孔封堵，从而使得条形孔内保持真空环境。

在一实施例中，参见图1，本实施例模拟装置还包括气氛控制系统，炉体1顶部设有炉口，炉口正对熔炼坩埚2，炉口通过可启闭的盖体14封闭，从而将炉体1封闭，金属材料放置于坩埚中加热融化，熔炼坩埚周围环绕感应加热线圈通电后为其加热。气氛控制系统包括真空泵15及装有保护气体的气瓶(图中未示出)，在炉体的两个对角线的侧壁上分别设有进气阀16和出气阀17，气瓶通过与进气阀16连通，进而向炉体内通入保护气体，多余的保护气体从出气阀17排出，至于保护气体的类型可以为氮气、氩气、硫化氢中的一种，或者它们之间的混合气体，根据具体模拟条件进行选择。真空泵15通过抽气管与炉体1的炉腔连通，在抽气管上设有真空度测量仪18，以保证实验气氛条件，同时在出气阀处装有氧分压测量仪19，以监测炉内气氛条件。以上气氛控制系统保证了金属材料在加热融化过程中处于真空状态或高纯保护性气氛下，具体气氛条件根据实验设定来具体调整。

作为本发明的另一种优选方案，温控系统包括贯穿安装在炉体1壁面上且朝向坩埚的红外测温计20以及与红外测温计20电性连接的PID控制装置21，PID控制装置21与感应熔炼线圈4电性连接。在加热过程中，红外测温计20将测取的温度数据传输至PID控制装置21，PID控制装置根据接受的温度数据信号实时调控感应熔炼线圈4的加热功率，以实现金属材料的融化。至于具体的控制过程为PID控制技术常用手段，本领域技术人员可以根据实际要求进行相应设计，本实施例在此不再赘述。

优选的，升降机构6采用电动控制的卷扬机或丝杆机构，冷却基体设置在连杆的底端，连杆的顶端与卷扬机或丝杆机构连接，通过升降机构的控制端控制卷扬机或丝杆机构控制基体沉入或脱离熔池的速度，实现冷却基体插入金属熔液的运动参数设定，至于丝杆机构的具体结构均可以采用现有结构，在此不再赘述。

优选的，冷却液管道11在侧壁内呈蛇形布设，埋藏在侧壁内的热电偶10沿条形孔8深度方向均布。本实施例中，冷却液管道11采用蛇形冷却液管道，可以对两侧内表面进行充分的冷却，保证足够的亚快速凝固冷却条件。具体的，冷却液管道与热电偶相距2mm，与冷却基体外表面相距2mm，两侧壁各埋藏3根热电偶10，均距离内表面1mm，分别分布在条形孔的上部、中部和下部，从而得到不同凝固位置的温度数据，更加全面地反映形核凝固过程，热电偶10设置在基体内表面与蛇形管道之间，所用热电偶采用Omega公司生产的K型高灵敏度热电偶，采集卡使用Ni采集卡，实施过程中获得的温度数据通过温度采集系统传输至计算机单元，经Beck反算法计算得到形核凝固过程中的热流值。

本申请中的模拟装置相比于其他实验室模拟装置，本装置不仅能实现薄带连铸凝固的真实物理模拟，而且能准确高效地获取界面温度数据，从而全面地分析冷却基体与熔体间的界面传热行为，创新性的突破了单面接触面的限制，获取得到双面亚快速凝固样品，可进一步对初始形核凝固过程、合金元素的偏析分布、第二相析出规律以及铸带的力学性能进行分析研究，具有创新性的研究意义。

一种模拟薄带连铸结晶器初始凝固的方法，包括以下步骤：

步骤一：打开炉体，将一定量金属放置于熔炼坩埚2中，封闭炉体1，开启真空泵15对炉体1抽真空，随后向炉体1内充入惰性气体；

步骤二：感应熔炼线圈4通电，温度控制系统实时接收坩埚内的温度反馈信号进而调节感应熔炼线圈4加热功率，实现金属融化；

步骤三：将冷却基体5通过升降机构6快速向下插入炉体1内并浸入钢水内一定深度，密封件12在钢水的高温作用下熔化，钢水在负压作用下快速吸入条形孔内，通过钢水在条形孔8内的相对运动来模拟实际生产中熔池内钢水与旋转结晶辊的相对运动，与此同时进入条形孔8内的钢水在冷却基体5的激冷作用下快速凝固成坯壳，当冷却基体5在钢水内的停留时间达到设定时间时，将冷却基体5从坩埚内快速抽离至炉体外；

步骤四：通过喷头7对冷却基体5进行喷水，使之快速降温，以模拟生产现场工艺，热电偶10测量的温度数据通过温度采集系统9传输至计算机单元，经Beck反算法计算得到形核凝固过程中的热流值，之后取下条形孔内的坯壳，留作后续分析研究。

下面通过具体实施例进行说明。

具体操作如下：

(1)打开炉体，称取5.0kg 50ww310硅钢并放置于熔炼坩埚2内，关闭盖体14，锁紧感应炉炉盖并关闭进气阀16和出气阀17使炉体密闭，打开真空泵15对炉体进行抽真空至-0.1MPa，打开进气阀16向炉内通惰性高纯氩气，控制氧分压在10^-10-10^-25atm；

(2)对感应熔炼线圈4通电，进而对坩埚内硅钢进行加热，根据红外测温计20温度数据调节加热功率，控制硅钢在2.5-3h内融化，控制熔体温度在1500℃；

(3)开启升降机构6，设定升降机构6中直线电机的运动参数，控制冷却基体下降和上升速度为1000mm/s，在熔体中停留时间300ms，浸入熔池深度55mm，开启温度采集系统准备采集温度，并使冷却基体处于循环冷却状态。

(4)打开盖体14，将冷却基体5以设定速度下降，浸入熔池后密封件熔化挥发，冷却基体5内表面即形成双面完整的亚快速凝固样品，停留预定时间后以设定速度回到初始位置；

(5)冷却基体5回到初始位置后，打开喷头对冷却基体5进行进一步冷却；

(6)关闭温度采集系统，将获取的温度数据通过Beck反算法计算得到界面热流以分析形核凝固过程中的界面传热问题；将冷却基体切开获取双面亚快速凝固坯壳，对样品处理后分析在双面接触冷却下的表面质量亚快速凝固组织方面的分析，样品尺寸足够进行后续力学性能等方面的检测。

参见图4和图5，通过本发明的双辊薄带连铸结晶器模拟装置所获取的钢薄带的厚度、微观组织和表面形貌与实际生产的薄带产品很接近，说明本发明方法可以很好地模拟实际工厂金属薄带连铸的亚快速凝固过程和后续的热处理工艺过程。

本发明装置基体采用独特的内部真空结构，开口用粘合性物质封装，基体插入到熔体后封装物质熔化挥发，直接得到双面冷却基体冷却的完整铸带，可获得全面的界面传热数据，样品接近于生产实际，样品尺寸足够进行后续所有性能检测，是实验室内研究双辊薄带连铸中亚快速凝固行为更可靠的研究手段。

以上实施例描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的具体工作原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种模拟薄带连铸结晶器初始凝固的装置，包括炉体、设置于炉体内的熔炼坩埚、控制熔炼坩埚加热温度的温控系统、位于熔炼坩埚上方的冷却基体以及控制冷却基体升降以从炉体外插入炉体内的升降机构，其特征在于：

所述冷却基体的底端内凹形成有用于模拟薄带连铸结晶辊辊缝的条形孔，所述条形孔两长边所在的侧壁内埋设有与温度采集系统连接的热电偶以及通有冷却介质的冷却液管道；

所述条形孔的底端通过密封件密封，所述条形孔内的气压被排空至真空，所述密封件在所述冷却基体插入所述坩埚后在钢水高温下能够熔化挥发以使钢水进入所述条形孔内。

2.根据权利要求1所述的模拟薄带连铸结晶器初始凝固的装置，其特征在于：所述炉体位于熔炼坩埚的上方设有开口，所述开口上设有可启闭的盖体，所述冷却基体经所述开口进入所述炉体内。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述冷却液管道在所述侧壁内呈蛇形布设，埋藏在所述侧壁内的热电偶沿条形孔深度方向均布。

4.根据权利要求1所述的模拟薄带连铸结晶器初始凝固的装置，其特征在于：所述密封件的材质为石蜡、琼脂、ABS树脂或聚苯乙烯树脂。

5.根据权利要求1所述的模拟薄带连铸结晶器初始凝固的装置，其特征在于：所述升降机构采用电动控制的卷扬机或电动控制的丝杆机构。

6.根据权利要求1所述的模拟薄带连铸结晶器初始凝固的装置，其特征在于：所述温控系统包括贯穿安装在感应炉炉体壁面上且朝向所述熔炼坩埚的红外测温计以及与红外测温计电性连接的PID控制装置，所述PID控制装置与所述感应熔炼线圈电性连接。

7.根据权利要求1所述的模拟薄带连铸结晶器初始凝固的装置，其特征在于：还包括气氛控制系统，所述气氛控制系统包括真空泵及装有保护气体的气瓶，所述炉体上设有进气阀和出气阀，所述气瓶通过管道与所述进气阀对接，所述真空泵通过抽气管与所述炉体连通。

8.根据权利要求1所述的模拟薄带连铸结晶器初始凝固的装置，其特征在于：在炉体上还设有用于测量炉体内氧分压的氧分压测量仪。

9.根据权利要求1所述的模拟薄带连铸结晶器初始凝固的装置，其特征在于：还包括设置于炉体外对冷却基体表面进行喷水冷却的喷头。

10.一种模拟薄带连铸结晶器初始凝固的方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的模拟薄带连铸结晶器初始凝固的装置，包括如下步骤：

步骤一：打开炉体，将一定量金属放置于熔炼坩埚中，封闭炉体，开启真空泵对炉体抽真空，随后向炉体内充入惰性气体；

步骤二：感应熔炼线圈通电，温度控制系统实时接收坩埚内的温度反馈信号进而调节感应熔炼线圈加热功率，实现金属融化；

步骤三：将冷却基体通过升降机构快速向下插入炉体内并浸入钢水内一定深度，密封件在钢水的高温作用下熔化，钢水在负压作用下快速吸入条形孔内，通过钢水在条形孔内的相对运动来模拟实际生产中熔池内钢水与旋转结晶辊的相对运动，与此同时进入条形孔内的钢水在冷却基体的激冷作用下快速凝固成坯壳，当冷却基体在钢水内的停留时间达到设定时间时，将冷却基体从坩埚内快速抽离至炉体外，热电偶测量的温度数据通过温度采集系统传输至计算机单元，经Beck反算法计算得到形核凝固过程中的热流值；

步骤四：通过喷头对冷却基体进行喷水，使之快速降温，以模拟生产现场工艺，之后取下条形孔内的坯壳，留作后续分析研究。