连铸结晶器摩擦磨损模拟实验机的制作方法

本发明属于冶金连铸技术领域，具体涉及一种连铸结晶器摩擦磨损模拟试验机。

背景技术：

在冶金连铸技术领域，结晶器是连铸机非常重要的组成部分，被称之为连铸设备的“心脏”，是保障连铸机稳定运行、高效生产的基础。性能优异的结晶器能够提高铸坯质量和生产效率、防止裂纹和漏钢等缺陷，其中，摩擦磨损性能是决定结晶器性能的重要因素之一，改善连铸结晶器的摩擦磨损性能一直是连铸技术的研究重点。结晶器表面镀层是较常用的一种提高结晶器摩擦磨损性能的方法，然而，目前缺乏合理评价连铸结晶器镀层摩擦磨损性能的实验设备，这是因为连铸过程中结晶器的实际工况复杂且极为恶劣，结晶器内壁不仅承受着来自钢坯的压力和摩擦力，还受到高温及保护渣的影响。常规的摩擦磨损试验机难以模拟结晶器的实际工况，因此无法合理评价连铸结晶器的摩擦磨损性能，严重制约着结晶器镀层工艺的优化及其在连铸技术中的实际应用。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种连铸结晶器摩擦磨损模拟试验机，该试验机可以评价连铸结晶器在实际工况下的摩擦磨损性能，并预测其使用寿命，从而为连铸结晶器表面镀层工艺选择、结晶器表面失效分析提供依据。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种连铸结晶器摩擦磨损模拟实验机，其驱动盘上的位置调节块通过销轴与滚动轴承固连，滚动轴承安装在连杆一端的滑槽内，连杆的另一端通过铰链与连铸结晶器试样连接，连铸结晶器试样与往复滑块由销固联，直线导轨通过螺栓固定在机架上。试验箱外侧的上部安装冷却箱，其下部安装加热箱，所述加热箱和冷却箱外侧分别安装两个固定在机架上的横向限位板，温度传感器ⅰ与钢坯的上表面接触，并通过导线与数显温控仪ⅰ、冷却箱相连，温度传感器ⅱ与冷却箱和加热箱之间试验箱的外壁接触，并通过导线与数显温控仪ⅱ、加热箱相连。所述液压加载系统安装在试验箱底部，且传力杆位于试验箱底部的中心。真空系统为连铸结晶器摩擦磨损实验机提供真空环境。

所述驱动盘上加工沿径向的滑槽，滑槽内安装位置调节块，位置调节块可沿滑槽滑动，通过螺栓及垫片对位置调节块的位置进行调节和锁紧。

所述连杆上加工沿连杆方向的滑槽，滑槽内安装滑块，滑块上固连滚动轴承，滚动轴承通过销轴与位置调节块铰接，滑块的位置可通过螺栓及垫片进行调节和锁紧。

所述连铸结晶器试样加工冷却水道及散热孔。

本发明的有益效果为：由于通过加热箱和冷却箱对钢水的不同部位进行温度控制，从而模拟了钢坯心部钢水、外部坯壳的特殊结构。结合驱动系统、曲柄滑块机构、液压加载系统及真空系统，本试验机可以模拟实际工况下连铸结晶器的摩擦磨损，为合理评价连铸结晶器及镀层的摩擦磨损性能，进行结晶器材料表面失效分析和寿命预测提供了实验设备。同时，本试验机结构简单、操作方便，具有较高的实际应用价值。

附图说明

图1为本发明连铸结晶器摩擦磨损模拟试验机的结构示意图；

图2为位置调节块2的结构示意图。

上述图中：1-驱动盘，2-位置调节块，3-连杆，4-往复滑块，5-试连铸结晶器试样，6-直线导轨，7-温度传感器ⅰ，8-数显式温控仪ⅰ，9-温度传感器ⅱ，10-数显式温控仪ⅱ，11-试验箱，12-真空系统，13-加热箱，14-冷却箱，15-限位板，16-液压加载系统，17-滑块，18-滚动轴承，19-销轴。

具体实施方式

实施例

图1是本发明公开的连铸结晶器摩擦磨损模拟试验机。

驱动盘1、连杆3与连铸结晶器试样5组成曲柄滑块机构，所述曲柄滑块机构的行程可由位置调节块2及滑块17进行调节。其中，驱动盘1上的位置调节块2通过销轴19与滚动轴承18固连，滚动轴承18安装在连杆3一端的滑槽内，连杆3的另一端通过铰链与连铸结晶器试样5连接，连铸结晶器试样5与往复滑块4通过销固连，可随往复滑块4在直线导轨6上作往复运动。

温度控制系统由温度传感器ⅰ7、数显式温控仪ⅰ8、温度传感器ⅱ9、数显式温控仪ⅱ10、试验箱11、加热箱13和冷却箱14组成。试验箱11外侧的上部安装冷却箱14其下部安装加热箱13，所述加热箱13和冷却箱14外侧分别安装两个固定在机架上的横向限位板15，温度传感器ⅰ7与钢坯的上表面接触，并通过导线与数显温控仪ⅰ8、冷却箱14相连，温度传感器ⅱ9与冷却箱14和加热箱13之间试验箱11的外壁接触，并通过导线与数显温控仪ⅱ10、加热箱13相连，实现加热控制。

所述液压加载系统安装在试验箱底部，且传力杆位于试验箱11底部的中心。通过传力杆对试验箱11底部施加恒定压力，经试验箱11及钢坯的传递，实现对连铸结晶器试样5的加载。

通过真空系统12可为连铸结晶器摩擦磨损实验机提供真空环境。

下面通过具体实验说明该连铸结晶器摩擦磨损模拟试验机的工作原理。

实验前：

安装好连铸结晶器试样5和往复滑块4，通过位置调节块2及滑块17调节摩擦实验的行程，开启液压控制系统及温度控制系统，并设置数显温控仪ⅰ8和数显式温控仪ⅱ10的控温程序，完成实验前准备。

实验中：

a.启动数显温控仪ⅱ10，使加热箱13升温，向试验箱11内注入钢水后,启动数显式温控仪ⅰ8，经冷却箱14的冷却，钢水形成上部钢坯、下部钢水的结构，并在钢坯表面添加润滑剂，(若需真空环境，可通过真空系统抽真空)；

b.启动液压控制系统16，试验箱上升后，使钢坯与连铸结晶器试样5接触，设定载荷值后加压，压力经试验箱11和钢坯的传递，实现对连铸结晶器试样5的加载；

c.设置摩擦速度和时间，启动伺服电机，通过曲柄滑块机构实现连铸结晶器试样5与钢坯的相对滑动，进行摩擦磨损实验。

实验后：

关闭伺服电机，使连铸结晶器停止滑动；卸载后，使试验箱11回到原位；通过温度控制系统将钢坯熔融后排出；降到室温后，拆下连铸结晶器试样5进行摩擦磨损性能分析。

(若是真空环境，步骤c之前需先充入空气)

本试验机可评价连铸结晶器材料实际工况下的摩擦磨损性能，从而为连铸结晶器表面失效分析和镀层工艺选择提供依据，同时预测连铸结晶器的使用寿命。

上述实施例仅是对该连铸结晶器摩擦磨损模拟试验机较佳实施方式的描述，但并不对本发明的范围有任何限制。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种连铸结晶器摩擦磨损模拟实验机。所述实验机的驱动盘(1)通过联轴器与伺服电机相连，驱动盘(1)上的位置调节块(2)与连杆(3)一端滑块(17)铰接，连杆(3)的另一端通过铰链与连铸结晶器试样(5)连接，连铸结晶器试样(5)与往复滑块(4)通过销固联后，沿导轨(6)做往复运动，从而实现结晶器试样(5)与钢坯的相对滑动。由温度控制系统调节钢坯的温度，并通过液压加载系统(16)连铸对结晶器试样(5)施加载荷。通过真空系统(12)为本实验机提供真空环境，进行真空条件下的相关实验。该发明能够评价连铸结晶器在实际工况下的摩擦磨损性能，并且预测其使用寿命。本发明结构简单、便于操作，具有较高的应用价值。

技术研发人员：刘长鑫;张一帆;肖雨晨;李冬
受保护的技术使用者：燕山大学
技术研发日：2017.03.20
技术公布日：2017.07.04