专利名称：连铸二冷区传热系数测量方法
技术领域：
本发明涉及板坯连铸二冷技术，更具体地说，涉及一种连铸二冷区传 热系数测量方法，该方法能够测量连铸二冷区的综合传热系数。
背景技术：
在板坯连铸过程中，为了制定合理的二冷配水制度，以及为连铸凝固 传热模型提供准确的热传递边界条件，需要对连铸二冷区传热系数进行测
量。公告号为CN86102931A的中国专利公开了一种传热系数测定仪，该
专利是先采用加热控温系统对金属试件进行加热，然后通过热电偶对金属 试件进行测温并输出电势信号，电势信号经过放大转换后，输入计算机， 再通过计算机控制金属试件进行加热至指定温度；然后再通过控制系统启 动延时，待金属试件的温度均匀后停止加热，取下保温盖，并开始喷水冷 却金属试件，最后由计算机计算出传热系数，整个测定是通过实验的方式, 进行的。但在实际的连铸过程中，由于二冷区内传热方式有多种，请参阅 图1所示，传热方式包括喷雾水冷却、滞留水加热、夹辊接触传热和铸 坯辐射传热，而上述专利通过实验得到的传热系数关系式只反应了喷雾水 与铸坯之间的换热关系，缺少了考虑夹辊热传导、辐射和滞留水加热的影 响，不能很好的描述铸坯在二冷区的整个换热过程，使得出的传热系数存 在片面性，只能定性地反应喷雾水与二冷换热系数之间的关系，与实际生 产要求存在一定距离。
发明内容
针对现有技术中存在的上述的测定的传热系数较片面、无法反映整个 二冷区综合换热过程的缺点，本发明的目的是提供一种连铸二冷区传热系 数测量方法，该测量方法能够测量二冷区的综合传热系数，并提高了测量 的准确性。
为实现上述目的，本发明釆用如下技术方案 该连铸二冷区传热系数测量方法的具体步骤如下
A. 将热电偶投入结晶器内，并固定在铸坯内，通过铸坯拖动流经二冷
区；
B. 通过热电偶对铸坯内部两测温点进行温度测量，并输出电信号；
C. 采用信号处理单元对所述的电信号进行隔离放大，并转换成数字信 号输出；
D. 剖开铸坯，测量出铸坯内部两测温点之间的距离以及铸坯内部外 侧测温点与相应的铸坯表面之间的距离；
E. 采用计算单元记录各测量数据，并进行计算处理，计算出传热系数。 所述的步骤A的具体步骤为
Al.选取两个热电偶设置并固定在一支架上，并将两个热电偶的一端 通过导线连接到信号处理单元；
A2.采用一配重块吊置在支架上；
A3.使用耐火材料层对两个热电偶及配重块的外部进行包裹； A4.对支架进行预热处理；
A5.将设置在支架上的热电偶及配重块投入结晶器内；
A6.使热电偶固定在铸坯内部，并通过铸坯拖动流经二冷区。
所述的步骤E中的计算步骤为
El.通过步骤B中的铸坯内部两测温点的温度以及步骤C中的两测温 点之间的距离，计算出铸坯热流密度；
E2.通过步骤E1中的铸坯热流密度，计算出相应的铸坯表面温度； E3.通过相应的铸坯表面温度，计算出传热系数。 所述的步骤E1中的计算铸坯热流密度的计算公式为《-;i^^，
其中，q为铸坯热流密度，《为铸坯内部外侧测温点的温度，A为铸 坯内部内侧测温点的温度，^为铸坯导热系数，A/为两测温点之间的距离。 所述的步骤E2中的计算铸坯热流密度的计算公式为q二入(T2-To)/L, 其中，《为铸坯热流密度，^为铸坯内部外侧测温点的温度，^为相应
的铸坯表面温度，义为铸坯导热系数，L为铸坯内部外侧测温点与相应的铸 坯表面之间的距离。
所述的步骤E3中的计算传热系数的计算公式为《=-L)，
其中，？为铸坯热流密度，^为相应的铸坯表面温度，^为冷却水温度， A为传热系数。
在上述技术方案中，本发明的连铸二冷区传热系数测量方法为将热电 偶投入结晶器内，并固定在铸坯内，通过铸坯拖动流经二冷区；通过热电 偶对铸坯内部两测温点进行温度测量，并输出电信号；采用信号处理单元 对电信号进行隔离放大，并转换成数字信号输出；剖开铸坯，测量出铸坯 内部两测温点之间的距离；釆用计算单元记录各测量数据，并进行计算处 理，计算出传热系数。该测量方法釆用拖偶法直接对进入二冷区的铸坯内 部温度进行测量，并通过计算得出传热系数，能够实际反映了二冷区内的 各种传热的综合影响，测量数据更加准确可靠，提高了实际生产应用性； 通过采用支架固定热电偶，避免了热电偶发生摆动现象，更加提高了测量 的准确性。
图l是连铸二冷区的综合传热原理示意图2是本发明的连铸二冷区传热系数测量方法的流程示意图3是本发明的传热系数测量原理示意图4是本发明的测量方法中采用的热电偶与支架的结构示意图5是本发明的测量方法中被剖开的铸坯的结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。 请参阅图2所示，本发明的连铸二冷区传热系数测量方法的具体步骤 为先将热电偶投入结晶器内，并固定在铸坯内，通过铸坯拖动流经二冷区； 然后通过热电偶对铸坯内部两测温点进行温度测量，并输出电信号；再采
用信号处理单元对电信号进行隔离放大，并转换成数字信号输出；然后再 将冷却后的铸坯剖开，测量出铸坯内部两热电偶的测温点之间的距离以及 铸坯内部外侧测温点与相应的铸坯表面之间的距离；最后采用计算单元记 录各测量数据，并进行计算处理，计算出传热系数。
请结合图3、图4所示，热电偶IO可选取两个钨铼热电偶，由于当热 电偶IO刚投入结晶器1内时，钢液还未凝固成铸坯，两热电偶10会随钢 液的流动发生摆动，导致位置发生偏移，对测量结果造成误差，因此将两 个热电偶IO平行的设置并固定在一个耐火材料的支架11上，为了避免支 架ll对钢液流动造成影响，进而影响钢液传热，支架ll厚度和宽度的取 值一般选取在10mm以内，并且支架ll长度取值小于结晶器1下口厚度 尺寸。将两个热电偶IO在支架ll上呈不对称设置，因为，如果两热电偶 10的测量点在铸坯内呈轴对称，会容易造成两个热电偶IO测量的温度值 相同。为了避免支架11与钢液之间的传热对测量结果造成影响，热电偶 IO—端探头14要突出支架11下缘30 100mm。在两个热电偶IO的另一 端分别通过导线12连接到信号处理单元，导线12可采用鎢铼丝；另外， 还采用耐火材料层对两个热电偶IO的外部单独进行严密包裹，防止两个热 电偶10之间产生短路，造成测量错误。在支架ll上还吊置了一个密度大 于钢液的金属配重块13，使得支架11与热电偶10能沉入到钢液下，随着 铸坯一起拉动，也可以起到防止支架ll摆动的作用。为了防止配重块13 吸热造成该区域的传热规律发生变化，可使配重块13和支架ll保持一定 距离，500mm左右较佳。 一般密度较大的金属物的熔点较低，投入到钢液 中，很快就发生溶化，起不到配重的作用，因此采用耐火材料层包裹在配 重块13外部，起到良好的隔热作^)。在投入热电偶10前，需要对支架ll 进行预热，避免测量时支架11因大量吸热而破坏铸坯传热规律，对测量结 果造成影响。
请再结合图3所示，当热电偶IO投入结晶器1内后，通过配重块13 的重力，直接与支架11 一起沉入钢液中，当热电偶10的探头14随钢液
流至结晶器l下口时，以被凝固在钢坯内部，并通过钢坯拖动，流经二冷
区2。此时，通过两个热电偶IO对钢坯内部的两个测温点进行测量，并产 生电信号通过导线输出。信号处理单元可采用隔离放大器4和A/D转换器5， 依次对电信号进行隔离放大和A/D转换，并将转换形成的数据信号输出。计 算单元6可采用工控机，接收数据信号并记录，该数据即为铸坯内部的两 个测温点的温度值，请结合图5所示，设其中位于铸坯3内部的外恻测温
点的温度为^，位于铸坯3内部的内侧测温点的温度为A,同时还记录下 浇注过程的时间、二冷区2的测温位置等数据。当铸坯3流出二冷区2并 完成冷却后，将铸坯3剖开，测量出铸坯3内部两测温点a、 b之间的距离 值^以及铸坯3内部外恻测温点a与相应的铸坯3表面c之间的距离值L;将 "与L的数值输入计算单元6，通过计算出，可得出传热系数、由于在二 冷区2内，铸坯3表面ii过喷淋水蒸发、夹辊导热、热輻射和冷却水等传 热方式使其表面温度降低，并形成一定的温度梯度，铸坯3内部热量垂直 于铸坯3表面传出，符合傅立叶导热规律。因此，传热系数A可通过以下
具体计算步骤求得先通过计算公式《-A^来计算出铸坯热流密度「
式中，《为铸坯热流密度，^为铸坯3内部外侧测温点的温度，《为铸坯 3内部内恻测温点的温度，^为铸坯3导热系数，"为两测温点之间的距 离，由于A为常数，其他数据均以测得，便能计算出^的数值；同理，通过
计算公式q-入(T2-T0)/L，其中，^为相应的铸坯表面温度，义为铸坯 导热系数，L为铸坯内部外侧测温点与相应的铸坯表面之间的距离，便能计
算出相应的铸坯3表面的温度To;最后通过计算公式《=/2^。—L)计算出传
热系数、式中，g为铸坯热流密度，^为相应的铸坯3表面温度，L为
冷却水温度，A为传热系数，由于铸坯热流密度^为定量，冷却水温度^可 方便测得，因此便能最终求得传热系数A,并可通过显示器7将传热系数力 以及浇注过程的时间、二冷区2的测温位置等数据以报表的形式进行显示。 由于该测量方法是采用拖偶法直接对进入二冷区2的铸坯3内部温度进行
测量，能够实际反映了二冷区2内的各种传热的综合影响，因此传热系数^
为二冷区2的综合传热系数。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说 明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围 内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
权利要求
1.一种连铸二冷区传热系数测量方法，其特征在于，该测量方法的具体步骤如下A.将热电偶投入结晶器内，并固定在铸坯内，通过铸坯拖动流经二冷区；B.通过热电偶对铸坯内部两测温点进行温度测量，并输出电信号；C.采用信号处理单元对所述的电信号进行隔离放大，并转换成数字信号输出；D.剖开铸坯，测量出铸坯内部两测温点之间的距离以及铸坯内部外侧测温点与相应的铸坯表面之间的距离；E.采用计算单元记录各测量数据，并进行计算处理，计算出传热系数。
2. 如权利要求l所述的连铸二冷区传热系数测量方法，其特征在于 所述的步骤A的具体步骤为Al.选取两个热电偶设置并固定在一支架上，并将两个热电偶的一端 通过导线连接到信号处理单元；A2.采用一配重块吊置在支架上；A3.使用耐火材料层对两个热电偶及配重块的外部进行包裹； A4.对支架进行预热处理；A5.将设置在支架上的热电偶及配重块投入结晶器内；A6.使热电偶固定在铸坯内部，并通过铸坯拖动流经二冷区。
3. 如权利要求l所述的连铸二冷区传热系数测量方法，其特征在于 所述的步骤E中的计算步骤为El.通过步骤B中的铸坯内部两测温点的温度以及步骤C中的两测温 点之间的距离，计算出铸坯热流密度；E2.通过步骤El中的铸坯热流密度，计算出相应的铸坯表面温度； E3.通过相应的铸坯表面温度，计算出传热系数。
4. 如权利要求3所述的连铸二冷区传热系数测量方法，其特征在于所述的步骤E1中的计算铸坯热流密度的计算公式为《—7,其中，《为铸坯热流密度，^为铸坯内部外侧测温点的温度，《为铸 坯内部内侧测温点的温度，^为铸坯导热系数，"为两测温点之间的距离。
5. 如权利要求3所述的连铸二冷区传热系数测量方法，其特征在于 所述的步骤E2中的计算铸坯热流密度的计算公式为q二入(丁2-To)/L，其中，《为铸坯热流密度，^为铸坯内部外侧测温点的温度，^为相应 的铸坯表面温度，义为铸坯导热系数，L为铸坯内部外侧测温点与相应的铸 坯表面之间的距离。
6. 如权利要求3所述的连铸二冷区传热系数测量方法，其特征在于 所述的步骤E3中的计算传热系数的计算公式为9-A"。—L)，其中，《为铸坯热流密度，《为相应的铸坯表面温度，^为冷却水温度， ^为传热系数。
全文摘要
本发明公开了一种连铸二冷区传热系数测量方法，该测量方法为将热电偶投入结晶器内，并固定在铸坯内，通过铸坯拖动流经二冷区；通过热电偶对铸坯内部两测温点进行温度测量，并输出电信号；采用信号处理单元对电信号进行隔离放大，并转换成数字信号输出；剖开铸坯，测量出铸坯内部两测温点之间的距离；采用计算单元记录各测量数据，并进行计算处理，计算出传热系数。该测量方法采用拖偶法直接对进入二冷区的铸坯内部温度进行测量，并通过计算得出传热系数，能够实际反映二冷区内的各种传热的综合影响，测量数据更加准确可靠，提高了实际生产应用性；通过采用支架固定热电偶，避免了热电偶发生摆动现象，更加提高了测量的准确性。
文档编号G06F19/00GK101349663SQ20071004400
公开日2009年1月21日 申请日期2007年7月19日 优先权日2007年7月19日
发明者立 张, 徐荣军, 王迎春 申请人:宝山钢铁股份有限公司