CN112525745A - 中间包内衬耐材冲刷侵蚀的物理模拟试验装置及使用方法 - Google Patents

中间包内衬耐材冲刷侵蚀的物理模拟试验装置及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种中间包内衬耐材冲刷侵蚀的物理模拟试验装置及使用方法，适用于单流、双流及多流中间包浇注的工艺条件，属于冶金过程物理模拟试验领域。试验装置采用加工容易、密度大于水、无纹理的材质制成，形状根据中间包包壁形状设计以确保其贴紧壁面，并在装置上加工出等间距的槽。使用过程，将腻子粉膏均匀涂抹在试验装置上，中间包稳定流动时，将涂抹有腻子粉膏的试验装置放置在中间包所需研究内衬冲刷侵蚀的包壁位置，每间隔固定时间对试验装置进行拍照，后使用图像处理程序对腻子粉膏脱落面积进行测量。根据腻子粉膏冲刷减薄的速度和面积来评价该工艺条件下钢水对中间包内衬耐材的冲刷侵蚀程度。

Description

中间包内衬耐材冲刷侵蚀的物理模拟试验装置及使用方法
技术领域
本发明涉及冶金过程物理模拟试验领域，涉及一种连铸过程中钢液对中间包内衬耐材冲刷侵蚀的物理模拟试验装置及使用方法。
背景技术
随着对钢水洁净度要求的进一步提升，连铸中间包作为钢包与结晶器之间一个重要的衔接部分，已不仅仅满足于传统的储藏、分配钢水和稳定注流作用，它已经开始成为一个独立的连续精炼冶金反应器。中间包中，耐火材料和内衬同时受到高温钢液的冲刷和非金属夹杂物的化学侵蚀。而中间包的内衬及耐火材料的冲刷侵蚀情况，是中间包使用寿命和夹杂物卷入的重要影响因素之一，进而影响到连铸的顺行和铸坯质量。
冶金过程具有典型的高温、复杂、不可视的特征。研究人员无法直接对现场的高温钢液流动及中间包内部变化进行观察。目前已有研究人员通过数值模拟的手段，建立了钢液-夹杂物两相流对耐火材料的冲刷侵蚀数学模型，研究中间包内衬和耐火材料的冲刷磨损情况。但数值模拟结果尚缺少物理模拟试验的验证，不能确保其结果的准确性，直接应用于实际生产具有不确定性。文献(陈惠娣.六流中间包内衬冲蚀研究及结构优化[D].河北联合大学，2014.)中，使用了将无水腻子涂抹在中间包模型内壁并晾干的方式，模拟中间包的内部耐材层并进行实验。该方法采用先涂抹后晾干再实验的方式，实验周期长，涂抹过程不方便且对熟练度要求较高，腻子涂抹过程不易定量控制。在正式实验的蓄水、调整中间包稳定浇注过程中，调试过程水流便对中间包产生冲刷，每次的调整过程很难保证一致，实验存在误差。
发明内容
本发明提出一种连铸过程中钢液对中间包内衬耐火材料冲刷侵蚀的物理模拟试验装置(以下称试验装置)及方法，适用于单流、双流及多流中间包浇注的工艺条件。
一种中间包内衬耐材冲刷侵蚀的物理模拟试验装置，其特征在于：该试验装置的形状依据中间包包壁实际情况确定，在装置上加工出等间距的槽。
进一步地，该试验装置形状通常为矩形，也可根据中间包包壁形状设计为其他形状。
进一步地，该试验装置使用加工容易、密度大于水、无纹理的材质制成。
进一步地，该试验装置使用亚克力板制成。
进一步地，该试验装置的壁厚为2～4mm，并在上面开槽，槽深0.5～2mm，槽宽度0.5～3mm，槽间距0.5～3mm。
如上所述的中间包内衬耐材冲刷侵蚀的物理模拟试验装置的使用方法，其特征在于：试验装置紧贴在所需要研究中间包冲刷侵蚀的壁上；在使用时应配合腻子粉膏，腻子粉与水的质量比为(2～5)∶1。
进一步地，该试验装置用于冶金过程物理模拟实验中，钢水对中间包内衬耐火材料的冲刷侵蚀，使用方法具体为：
1)将腻子粉膏均匀涂抹在试验装置上，并用刮板找平，腻子粉膏在槽外平面上的涂抹厚度为1～3mm。
2)将涂抹上腻子粉膏的试验装置紧贴放置在所需要研究中间包耐材冲刷侵蚀的壁上。
3)根据实际冲蚀情况每间隔固定时间对试验装置进行拍照，全过程持续1～3小时不等。后续使用图像处理软件对试验装置的冲蚀情况进行评价。
进一步地，上述试验装置在涂抹上腻子粉膏后可根据实际情况晾干一段时间，在变工况过程中，需确保所有试验的涂抹及晾干过程一致。
进一步地，上述试验装置在放入中间包模型时，中间包模型应处于流动稳定状态，并在将冲蚀装置放入中间包模型的同时计时，开始冲刷侵蚀试验。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，中间包物理模型在稳定浇注过程中，将涂抹上腻子粉膏的试验装置紧贴在所研究中间包冲刷侵蚀的包壁内侧。随着水流冲刷的持续进行，腻子粉膏厚度逐渐减薄直至露出试验装置。不同中间包结构、通钢量下，腻子粉膏冲刷减薄的速度和大小不一致。据此可以评价该工艺条件下中间包钢水对壁面的冲刷侵蚀程度，进而得到可有效控制中包壁面冲刷侵蚀的中间包结构。该方法的数据由物理模拟实验得到，与实际生产中的过程相似，具有直观性，数据也可为数值模拟提供验证。
附图说明
图1为本发明实施例1中，中间包结构俯视图及试验装置安放位置，其中：1-中间包，2-中间包长水口，3-中间包的钢液出口，4(a)～4(d)-4个试验装置的安放位置；
图2为本发明实施例1中，4(a)位置试验装置示意图及槽的加工参数；
图3为本发明实施例1中，涂抹腻子粉膏的4(a)位置试验装置图；
图4为本发明实施例1中，冲刷20分钟4(a)位置试验装置图；
图5为本发明实施例1中，冲刷40分钟4(a)位置试验装置图；
图6为本发明实施例2中，中间包结构俯视图及试验装置安放位置，其中：1-中间包，2-中间包长水口，3-中间包的钢液出口，4(a)、4(b)-两个试验装置的放置位置。
图7为本发明实施例3中，中间包结构俯视图及试验装置安放位置，其中：1-中间包，2-中间包长水口，3-中间包的钢液出口，4(a)、4(b)、4(c)-三个试验装置的放置位置。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提出一种连铸过程中钢液对中间包内衬耐火材料冲刷侵蚀的物理模拟试验方法及装置(以下称试验装置)，适用于单流、双流及多流中间包浇注的工艺条件。
该试验装置使用加工容易、密度大于水、无纹理、不溶于水特性的材质制成。
该试验装置使用亚克力板制成。
该试验装置形状通常为矩形，也可根据中间包包壁形状设计为其他形状。
该试验装置的厚度为2～4mm，并在上面开槽，槽深0.5～2mm，槽宽度0.5～3mm，槽间距0.5～3mm。
该试验装置在使用时应配合腻子粉膏，腻子粉与水的质量比为(2～5)∶1。
在具体实施过程中，以45t方坯五流非对称中间包物理模拟过程为例：
(1)按照所需研究中间包侵蚀的包壁，设计加工试验装置。
(2)调整好中间包模型的试验参数，中间包模型处于稳定流动状态。
(3)将腻子粉膏均匀涂抹在试验装置上，并用刮板找平，腻子粉膏在槽外平面上的涂抹厚度为1～3mm。
(4)将涂抹上腻子粉膏的试验装置紧贴放置在所需要研究中间包冲刷侵蚀的壁上。
(5)根据实际冲蚀情况每间隔固定时间对试验装置进行拍照，全过程持续1～3小时不等。
(6)实验结束将使用图像处理软件计算每张图片侵蚀部分的面积，对中间包壁的冲刷侵蚀情况进行定量评价。
实施例1
在具体实施过程中，以相似比为1∶3的45t方坯五流非对称中间包物理模拟过程为例：
(1)使用亚克力板加工a、b、c、d四个试验装置，其中装置a、装置c长150mm，高280mm；装置b、装置d长250mm、高320mm。四个试验装置其他参数均为：厚度2.5mm，槽深1mm，槽宽2mm，槽间距2mm，槽与高度方向平行。
(2)中间包模型使用透明的亚克力板制成，调整好中间包模型的试验参数，中间包模型处于稳定流动状态。
(3)腻子粉与水以4∶1质量比配成腻子粉膏，将腻子粉膏均匀涂抹在试验装置上，并用刮板找平，腻子粉膏在槽外平面上的涂抹厚度为2mm。
(4)将4个未静置晾干的涂抹有腻子粉膏的试验装置紧贴放置在中间包4(a)～4(d)位置。
(5)每间隔20分钟，将试验装置取出进行拍照，取出后马上放置到中间包内原位置，全过程持续2小时。
(6)实验结束将使用图像处理软件计算每张图片侵蚀部分的面积，对中间包壁的冲刷侵蚀情况进行定量评价。
实施例2
在具体实施过程中，以相似比为1∶3的50t单流板坯中间包物理模拟过程为例：
(1)使用亚克力板加工a、b两个试验装置，其中装置a长500mm，高340mm；装置b长300mm、高340mm。两个试验装置其他参数均为：厚度2mm，槽深0.8mm，槽宽1.5mm，槽间距1.5mm，槽与高度方向平行。
(2)中间包模型使用透明的亚克力板制成，调整好中间包模型的试验参数，中间包模型处于稳定流动状态。
(3)腻子粉与水以3∶1质量比配成腻子粉膏，将腻子粉膏均匀涂抹在试验装置上，并用刮板找平，腻子粉膏在槽外平面上的涂抹厚度为1mm。
(4)将2个静置晾干15分钟的涂抹有腻子粉膏的试验装置紧贴放置在中间包4(a)、4(b)位置。
(5)固定数码相机位置，每间隔10分钟，从中间包外侧对试验装置进行拍照，全过程持续1.5小时。
(6)实验结束将使用图像处理软件计算每张图片侵蚀部分的面积，对中间包壁的冲刷侵蚀情况进行定量评价。
实施例3
在具体实施过程中，以相似比为1∶2的30t五流方坯中间包物理模拟过程为例：
(1)使用亚克力板加工a、b、c两个试验装置，其中装置a长520mm，高480mm；装置b上边长80mm、下边长60mm、高480mm；装置c上边长150mm、下边长210mm、高480mm。三个试验装置其他参数均为：厚度2.5mm，槽深1mm，槽宽1.5mm，槽间距1.5mm，槽与高度方向平行。
(2)中间包模型使用透明的亚克力板制成，调整好中间包模型的试验参数，中间包模型处于稳定流动状态。
(3)腻子粉与水以2.5∶1质量比配成腻子粉膏，将腻子粉膏均匀涂抹在试验装置上，并用刮板找平，腻子粉膏在槽外平面上的涂抹厚度为1.5mm。
(4)将3个静置晾干20分钟的涂抹有腻子粉膏的试验装置紧贴放置在中间包4(a)、4(b)、4(c)位置。
(5)固定数码相机位置，每间隔10分钟，从中间包外侧对试验装置进行拍照，全过程持续2小时。
(6)实验结束将使用图像处理软件计算每张图片侵蚀部分的面积，对中间包壁的冲刷侵蚀情况进行定量评价。
以上所述是本发明的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种中间包内衬耐材冲刷侵蚀的物理模拟试验装置，其特征在于：该试验装置的形状依据中间包包壁实际情况确定，在装置上加工出等间距的槽。
2.根据权利要求1所述中间包内衬耐材冲刷侵蚀的物理模拟试验装置，其特征在于：该试验装置形状为矩形，或根据中间包包壁形状设计为其他形状。
3.根据权利要求1所述中间包内衬耐材冲刷侵蚀的物理模拟试验装置，其特征在于：该试验装置使用加工容易、密度大于水、无纹理的材质制成。
4.根据权利要求1所述中间包内衬耐材冲刷侵蚀的物理模拟试验装置，其特征在于：该试验装置使用亚克力板制成。
5.根据权利要求1所述中间包内衬耐材冲刷侵蚀的物理模拟试验装置，其特征在于：该试验装置的壁厚为2～4mm，并在上面开槽，槽深0.5～2mm，槽宽度0.5～3mm，槽间距0.5～3mm。
6.如权利要求1～5所述的中间包内衬耐材冲刷侵蚀的物理模拟试验装置的使用方法，其特征在于：试验装置紧贴在所需要研究中间包冲刷侵蚀的壁上；在使用时应配合腻子粉膏，腻子粉与水的质量比为(2～5)∶1。
7.如权利要求6所述的中间包内衬耐材冲刷侵蚀的物理模拟试验装置的使用方法，其特征在于该试验装置用于冶金过程物理模拟实验中，钢水对中间包内衬耐火材料的冲刷侵蚀，使用方法具体为：
1)将腻子粉膏均匀涂抹在试验装置上，并用刮板找平，腻子粉膏在槽外平面上的涂抹厚度为1～3mm；
2)将涂抹上腻子粉膏的试验装置紧贴放置在所需要研究中间包耐材冲刷侵蚀的壁上；
3)根据实际冲蚀情况每间隔固定时间对试验装置进行拍照，全过程持续1～3小时不等；后续使用图像处理软件对试验装置的冲蚀情况进行评价。
8.如权利要求7所述的中间包内衬耐材冲刷侵蚀的物理模拟试验装置的使用方法，其特征在于所述试验装置在涂抹上腻子粉膏后可根据实际情况晾干一段时间，在变工况过程中，需确保所有试验的涂抹及晾干过程一致。
9.如权利要求7所述的中间包内衬耐材冲刷侵蚀的物理模拟试验装置的使用方法，其特征在于所述试验装置在放入中间包模型时，中间包模型应处于流动稳定状态，并在将冲蚀装置放入中间包模型的同时计时，开始冲刷侵蚀试验。
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