CN109855981A - 一种保护渣热强度测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

一种保护渣热强度测试装置及测试方法涉及金属熔炼领域，特别是熔炼金属用保护渣的热强度测试方法及装置。本发明提供一种能对保护渣热强度进行测试的装置及方法。本发明保护渣热强度测试装置，包括试验模具和加热装置，其特征在于：所述试验模具包括上模和下模，上模上设置具有浇铸孔的上盖，下模上设置有下盖，上模和下模的开口相互对应；所述上盖和下盖上均设置有拉杆孔，上盖和下盖通过拉杆孔分别与上拉杆和下拉杆的杆身相配合，上拉杆和下拉杆的杆身端部均设置有杆头，杆头的直径大于杆身的直径；所述加热装置套设于上模和下模相接处的外部，相应于上模和下模相接处还设置有测温装置。

Description

一种保护渣热强度测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及金属熔炼领域，特别是熔炼金属用保护渣的热强度测试方法及及装置。

背景技术

金属熔炼时一般需要在熔融金属表面覆盖一层保护渣，保护渣可以阻止熔体表面散热，防止熔体表面结壳，起到绝热保温的作用；可以阻隔空气，阻止氧进入熔体，防止熔体表面氧化；可以捕获金属熔体中的夹渣、净化金属熔体；可在结晶器壁与凝壳之间形成渣膜，起到润滑作用，减少拉坯阻力，防止凝壳与铜板的粘结；可以充填坯壳与结晶器之间的气隙，改善结晶器传热，提高熔体的凝固速度。一种好的保护渣，应能全面发挥上述五个方面作用，以达到提高铸坯表面质量及内部质量的目的。

保护渣的上述作用取决于保护渣的成分、熔化温度、熔化速度、粘度、结晶温度、导热系数以及表面张力等，不同成分的钢坯应选择不同性能的保护渣。连铸或电渣熔铸过程中，保护渣在结晶器器壁与固态坯壳之间的缝隙中形成渣膜，渣膜可以降低拉坯阻力，控制熔池及坯壳向结晶器的传热，防止钢水凝固壳与结晶器壁黏连漏钢，同时起到润滑铸坯的作用。生产过程中，渣膜的结构、渣膜的厚度以及渣膜的强度等参数对保证生产过程的稳定、提高铸坯表面质量具有重要影响，大量文献对渣膜的结构和渣膜的厚度进行了测试和研究，但研究渣膜强度的文献资料甚少，测试渣膜高温强度的方法则更少。

专利文献201611145975.9公布了一种连铸结晶器保护渣断裂强度的测试方法，该方法首先在600～700℃下将保护渣加热除碳，制成粉料后再在1200℃下烧结制成保护渣料块，然后再进行拉伸，测得保护渣的断裂强度。该方法能够测定保护渣在常温下的断裂强度，但由于渣块与铁锁之间采用胶结，界面结合强度较低，拉伸时容易在胶结界面断裂，造成测试失败。另外，该方法难以测试保护渣的高温强度，而生产过程中，保护渣的高温强度数据更有实际意义。专利文献200410089438.8公布了一种结晶器保护渣的检测工具及其检测方法，利用该方法可以测试钢液面上保护渣的三层结构，该方法操作简单，测试成本低廉，但不能测定保护渣在高温下的强度。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提供一种能对保护渣热强度进行测试的装置及方法。

为了实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明保护渣热强度测试装置，包括试验模具和加热装置，其特征在于：所述试验模具包括上模和下模，上模上设置具有浇铸孔的上盖，下模上设置有下盖，上模和下模的开口相互对应；所述上盖和下盖上均设置有拉杆孔，上盖和下盖通过拉杆孔分别与上拉杆和下拉杆的杆身相配合，上拉杆和下拉杆的杆身端部均设置有杆头，杆头的直径大于杆身的直径；所述加热装置套设于上模和下模相接处的外部，相应于上模和下模相接处还设置有测温装置。

作为本发明保护渣热强度测试装置的一种优选方案，所述上拉杆和下拉杆分别与拉伸试验机的上夹头和下夹头相连；拉伸试验机上设置有与上模外表面配合的上夹套和与下模外表面配合的下夹套；所述加热装置设置于下夹套上方。

作为本发明保护渣热强度测试装置的另一种优选方案，所述浇铸孔上设置有漏斗。

作为本发明保护渣热强度测试装置的第三种优选方案，所述上盖上海设置有排气孔。

本发明保护渣热强度测试方法，其特征在于：包括以下步骤。

a.模具准备：取两段长度相同的石墨管作浇铸保护渣的上模和下模，将上模和下模夹持在拉伸试验机的固定装置上，并使上模与下模对齐并固定；将上拉杆和下拉杆的细端分别穿过上盖和下盖，将上盖和下盖与上模和下模连接，上拉杆的上端和下拉杆的下端与拉伸试验机相连，使上拉杆和下拉杆的中心线重合；做好浇铸保护渣熔体的准备。

b.预热模具：在上模和下模接处外侧安装套状的加热装置，将上模和下模相接处加热到待测温度。

c.熔化保护渣：将待测试的保护渣放进坩埚内加热熔化，待保护渣熔化均匀之后准备浇铸。

d.浇注保护渣：将熔化好的保护渣通过浇铸孔注入上模和下模内，熔渣首先包裹下拉杆的端头，然后再包裹上拉杆的端头，当熔渣注满整个模腔之后停止浇注，得到凝固的渣样。

e.拉伸测试：待渣样中间部位（上模和下模相接处附近）温度降低到待测温度时，对渣样保温，等待端部包裹拉杆部位的温度继续下降，当渣样与上拉杆和下拉杆稳定结合后，松开拉伸试验机的固定装置，启动拉伸试验机，对渣样施加拉力，直到渣样在中间高温段被拉断为止，记录最大拉力值，用该值除以渣样截面积能得到渣样在该温度下的高温抗拉强度。

优选的：本发明的保护渣热强度测试方法还包括以下步骤。

f.渣样清理：渣样断裂后，打开上盖和下盖，开动拉伸试验机的夹头，将上模、下模及模腔内断裂的渣样拉出加热装置，待渣样温度降低后，取下上模和下模，再将渣样打碎，从上拉杆和下拉杆上取下。

重复步骤a～步骤e可制备和测试下一根渣样的断裂强度。

本发明的有益效果。

（1）利用本发明提供的测试方法及装置可以准确测出保护渣在任何温度下的抗拉强度，且测试数值稳定可靠，可重复性好。

（2）本发明提供的测试装置结构简单，操作方便，可用于生产过程中熔渣的现场测试。

（3）与现有的保护渣热强度测试方法相比，本发明提供的测试方法测试过程简单迅速，所用时间短，测试效率高。

（4）采用本发明提供的一套测试用模具可以测试多根渣样，测试过程中不必频繁更换模具、拉杆等工具，故测试所需费用低，检测成本低。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是渣样与上拉杆和下拉杆的连接结构示意图。

图3是上盖的结构示意图。

图1中，1为拉伸试验机、2为上夹头、3为上拉杆、4为漏斗、5为上模、6为上盖、7为连接螺钉、8为上横梁、9为上夹套、10为上锁紧螺杆、11为炉壳、12为加热元件、13为热电偶、14为下横梁、15为下锁紧螺杆、16为下夹套、17为下模、18为下盖、19为下拉杆、20为下夹头。

图2中，21为渣样、22为渣样低温段、23为渣样高温段、31为杆身、32为杆头。

图3中，61为螺钉孔、62为排气孔、63为拉杆孔、64为浇铸孔。

具体实施方式

本发明保护渣热强度测试装置，包括试验模具和加热装置，其特征在于：所述试验模具包括上模5和下模17，上模5上设置具有浇铸孔64的上盖6，下模17上设置有下盖18，上模5和下模17的开口相互对应；所述上盖6和下盖18上均设置有拉杆孔63，上盖6和下盖18通过拉杆孔63分别与上拉杆3和下拉杆19的杆身31相配合，上拉杆3和下拉杆19的杆身31端部均设置有杆头32，杆头32的直径大于杆身31的直径；所述加热装置套设于上模5和下模17相接处的外部，相应于上模5和下模17相接处还设置有测温装置。

所述加热装置包括套状的加热元件12，加热元件12外设置有炉壳11。

所述测温装置为穿过炉壳11和加热元件12，并与上模5和下模17相接处对应的热电偶13。

所述上盖6和下盖18通过连接螺钉7分别固定于上模5和下模17的端面上。

作为本发明保护渣热强度测试装置的一种优选方案，所述上拉杆3和下拉杆19分别与拉伸试验机1的上夹头2和下夹头20相连；拉伸试验机1上设置有与上模5外表面配合的上夹套9和与下模17外表面配合的下夹套16；所述加热装置设置于下夹套16上方。

所述拉伸试验机1上设置有上横梁8和下横梁14，所述上夹套9通过上锁紧螺杆10设置于上横梁8上；所述下夹套16通过下锁紧螺杆15设置于下横梁14上。

作为本发明保护渣热强度测试装置的另一种优选方案，所述浇铸孔64上设置有漏斗4。

作为本发明保护渣热强度测试装置的第三种优选方案，所述上盖6上海设置有排气孔62。

本发明保护渣热强度测试方法，其特征在于：包括以下步骤。

a.模具准备：取两段长度相同的石墨管作浇铸保护渣的上模5和下模17，将上模5和下模17夹持在拉伸试验机1的固定装置上，并使上模5与下模17对齐并固定；将上拉杆3和下拉杆19的细端分别穿过上盖6和下盖18，将上盖6和下盖18与上模5和下模17连接，上拉杆3的上端和下拉杆19的下端与拉伸试验机1相连，使上拉杆3和下拉杆19的中心线重合；做好浇铸保护渣熔体的准备。

b.预热模具：在上模5和下模17接处外侧安装套状的加热装置，将上模5和下模17相接处加热到待测温度。

c.熔化保护渣：将待测试的保护渣放进坩埚内加热熔化，待保护渣熔化均匀之后准备浇铸。

d.浇注保护渣：将熔化好的保护渣通过浇铸孔64注入上模5和下模17内，熔渣首先包裹下拉杆19的端头，然后再包裹上拉杆3的端头，当熔渣注满整个模腔之后停止浇注，得到凝固的渣样21。

e.拉伸测试：待渣样21中间部位（上模5和下模17相接处附近）温度降低到待测温度时，对渣样21保温，等待端部包裹拉杆部位的温度继续下降，当渣样21与上拉杆3和下拉杆19稳定结合后，松开拉伸试验机1的固定装置，启动拉伸试验机1，对渣样21施加拉力，直到渣样21在中间高温段23被拉断为止，记录最大拉力值，用该值除以渣样21截面积能得到渣样21在该温度下的高温抗拉强度。

优选的：本发明的保护渣热强度测试方法还包括以下步骤。

f.渣样21清理：渣样21断裂后，打开上盖6和下盖18，开动拉伸试验机1的夹头，将上模5、下模17及模腔内断裂的渣样21拉出加热装置，待渣样21温度降低后，取下上模5和下模17，再将渣样21打碎，从上拉杆3和下拉杆19上取下。

重复步骤a～步骤e可制备和测试下一根渣样21的断裂强度。

保护渣热强度测试方法实施例。

首先准备模具：取两段长度相同的石墨管作浇铸保护渣的上模5和下模17，将上模5和下模17分别夹持在拉伸试验机1的上夹套9和下夹套16内，并使上模5与下模17对齐，旋紧上锁紧螺杆10和下锁紧螺杆15，将上模5和下模17固定，再取两根钢杆做上拉杆3和下拉杆19，上拉杆3和下拉杆19的杆头32比杆身31粗，将两根拉杆的细端分别穿过上盖6和下盖18，将上盖6盖在上模5上，将下盖18盖在下模17的下面，并用连接螺钉7固定，上拉杆3的上端夹持在拉伸试验机1的上夹头2内，下拉杆19的下端夹持在拉伸试验机1的下夹头20内，调整上夹头2和下夹头20的高度，使上拉杆3和下拉杆19的杆头32插入上模5和下模17的管体内，并使上模5、下模17、上拉杆3和下拉杆19的中心线重合，将浇铸液体保护渣的漏斗4插入上模5的管体内，做好浇铸保护渣熔体的准备；在上模5与下模17的中间部位的外面套上加热装置，将上模5与下模17加热到待侧温度。

将待测试的保护渣放进坩埚内加热熔化，等待保护渣熔化均匀，然后将熔化好的保护渣倒进漏斗4，熔渣通过漏斗4流入由上模5与下模17组成的模腔中，熔渣首先包裹下拉杆19的杆头32，然后再包裹上拉杆3的杆头32，当熔渣注满整个模腔之后停止浇注，得到凝固的渣样21。

待渣样21的中间部位的温度降低到待测温度时，将渣样21保温，等待渣样21端部包裹拉杆部位的温度继续下降，当渣样21端部低温段22的温度降到较低温度时，旋转上锁紧螺杆10和下锁紧螺杆15，松开上夹套9和下夹套16，启动拉伸试验机1，对渣样21施加拉力，直到渣样21在中间高温段23处被拉断为止，记录最大拉力值，用该值除以渣样21的截面积可得渣样21在该温度下的高温抗拉强度。

渣样21断裂后分为两段，打开上盖6和下盖18，开动拉伸试验机1的夹头，将上模5、下模17及模腔内断裂的渣样21拉出加热装置，待渣样21温度降低后，取下上模5和下模17，再将渣样21打碎，从上拉杆3和下拉杆19上取下，重复以上操作可制备和测试下一根渣样21的断裂强度。

上述具体实施例表明，采用本发明的测试方法及装置可以准确测出保护渣在任意温度下的热强度值，本发明的测试方法及装置具有渣样21制备简单、测试数据准确可靠、测试时间短、测试费用低、测试效率高、可用于熔渣的现场测试。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种保护渣热强度测试装置，包括试验模具和加热装置，其特征在于：所述试验模具包括上模（5）和下模（17），上模（5）上设置具有浇铸孔（64）的上盖（6），下模（17）上设置有下盖（18），上模（5）和下模（17）的开口相互对应；所述上盖（6）和下盖（18）上均设置有拉杆孔（63），上盖（6）和下盖（18）通过拉杆孔（63）分别与上拉杆（3）和下拉杆（19）的杆身（31）相配合，上拉杆（3）和下拉杆（19）的杆身（31）端部均设置有杆头（32），杆头（32）的直径大于杆身（31）的直径；所述加热装置套设于上模（5）和下模（17）相接处的外部，相应于上模（5）和下模（17）相接处还设置有测温装置。

2.根据权利要求1所述的一种保护渣热强度测试装置，其特征在于：所述加热装置包括套状的加热元件（12），加热元件（12）外设置有炉壳（11）。

3.根据权利要求1所述的一种保护渣热强度测试装置，其特征在于：所述测温装置为穿过炉壳（11）和加热元件（12），并与上模（5）和下模（17）相接处对应的热电偶（13）。

4.根据权利要求1所述的一种保护渣热强度测试装置，其特征在于：所述上盖（6）和下盖（18）通过连接螺钉（7）分别固定于上模（5）和下模（17）的端面上。

5.根据权利要求1所述的一种保护渣热强度测试装置，其特征在于：所述上拉杆（3）和下拉杆（19）分别与拉伸试验机（1）的上夹头（2）和下夹头（20）相连；拉伸试验机（1）上设置有与上模（5）外表面配合的上夹套（9）和与下模（17）外表面配合的下夹套（16）；所述加热装置设置于下夹套（16）上方。

6.根据权利要求1所述的一种保护渣热强度测试装置，其特征在于：所述拉伸试验机（1）上设置有上横梁（8）和下横梁（14），所述上夹套（9）通过上锁紧螺杆（10）设置于上横梁（8）上；所述下夹套（16）通过下锁紧螺杆（15）设置于下横梁（14）上。

7.根据权利要求1所述的一种保护渣热强度测试装置，其特征在于：所述浇铸孔（64）上设置有漏斗（4）。

8.根据权利要求1所述的一种保护渣热强度测试装置，其特征在于：所述上盖（6）上海设置有排气孔（62）。

9.一种保护渣热强度测试方法，其特征在于：包括以下步骤：

a.模具准备：取两段长度相同的石墨管作浇铸保护渣的上模（5）和下模（17），将上模（5）和下模（17）夹持在拉伸试验机（1）的固定装置上，并使上模（5）与下模（17）对齐并固定；将上拉杆（3）和下拉杆（19）的细端分别穿过上盖（6）和下盖（18），将上盖（6）和下盖（18）与上模（5）和下模（17）连接，上拉杆（3）的上端和下拉杆（19）的下端与拉伸试验机（1）相连，使上拉杆（3）和下拉杆（19）的中心线重合；做好浇铸保护渣熔体的准备；

b.预热模具：在上模（5）和下模（17）接处外侧安装套状的加热装置，将上模（5）和下模（17）相接处加热到待测温度；

c.熔化保护渣：将待测试的保护渣放进坩埚内加热熔化，待保护渣熔化均匀之后准备浇铸；

d.浇注保护渣：将熔化好的保护渣通过浇铸孔（64）注入上模（5）和下模（17）内，熔渣首先包裹下拉杆（19）的端头，然后再包裹上拉杆（3）的端头，当熔渣注满整个模腔之后停止浇注，得到凝固的渣样（21）；

e.拉伸测试：待渣样（21）中间部位，温度降低到待测温度时，对渣样（21）保温，等待端部包裹拉杆部位的温度继续下降，当渣样（21）与上拉杆（3）和下拉杆（19）稳定结合后，松开拉伸试验机（1）的固定装置，启动拉伸试验机（1），对渣样（21）施加拉力，直到渣样（21）在中间高温段（23）被拉断为止，记录最大拉力值，用该值除以渣样（21）截面积能得到渣样（21）在该温度下的高温抗拉强度。

10.根据权利要求9所述一种保护渣热强度测试方法，其特征在于：还包括以下步骤：

f.渣样（21）清理：渣样（21）断裂后，打开上盖（6）和下盖（18），开动拉伸试验机（1）的夹头，将上模（5）、下模（17）及模腔内断裂的渣样（21）拉出加热装置，待渣样（21）温度降低后，取下上模（5）和下模（17），再将渣样（21）打碎，从上拉杆（3）和下拉杆（19）上取下。