专利名称：连铸结晶器内钢液凝固模拟装置的制作方法
技术领域：
本发明公开了一种连铸结晶器内钢液凝固模拟装置，属于钢铁连铸技术领域。
背景技术：
结晶器是钢液初始凝固的地方，铸坯的各种质量缺陷如深振痕、折皱、横裂纹等， 甚至漏钢，其最初的发源地都是在结晶器的弯月面处。而影响弯月面处的钢液初始凝固行为的因素很多，彼此相互干扰，要想独立的研究某单一因素对初始凝固行为的影响，几乎是不可能的。连铸振痕是现代钢铁连铸生产中非常常见且难以克服的技术难题，铸坯振痕通常引发表面裂纹，严重地还会发生漏钢事故，同时它还与其它缺陷，如渗入的氩气泡、夹杂物等相结合，引起铸坯质量进一步恶化。因此几十年来，冶金工作者为此进行了大量研究， 由于连铸结晶器内复杂的热动力学状况，研究各种因素对钢液初始凝固的影响仍然较难实现。现有的研究方法有两种，一种是通过将结晶器内各个因素单独提出，并进一步简化后进行实验，以研究其对连铸过程的影响，如研究保护渣的各种设备、结晶器内钢液水力学模拟等；另一种是改变某一种或多种条件，进行试验铸机模拟生产。前一种方法过于单一，由于结晶器内的复杂状况，各种因素往往是交叉影响，单一的研究某一种因素，对现场生产的指导意义不大。而试验铸机模拟生产实验方法，试验铸机实际上相当于一台小型铸机，设备投入巨大，而且每次实验耗费超过20万元以上，国内目前也只的实力强大的宝钢投入使用了一台，不适合用作于科研。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种可以模拟连铸实际生产过程， 测量不同连铸工艺参数下结晶器内弯月面处热流变化曲线，获得具有实际铸坯特征的钢液凝固坯壳的连铸结晶器内钢液凝固模拟装置。本发明连铸结晶器内钢液凝固模拟装置，包括机座、炼钢炉、结晶器、拉坯电机、振动电机、冷却水通道、数据采集系统，所述机座上设有两根一端垂直于机座平面，另一端与电机驱动装置连接的第一丝杆、第二丝杆，在所述第一丝杆、第二丝杆上，设有由所述第一丝杆、第二丝杆驱动沿竖直方向运动的升降托架；所述炼钢炉设置在所述机座上并处于所述第一丝杆、第二丝杆之间；所述拉坯电机、振动电机均设置在所述升降托架上，所述结晶器内设有热电偶及冷却水通道并通过所述振动电机驱动作垂直上下振动，所述拉坯电机驱动一端连接有一拉坯板的拉坯支架，所述拉坯板处于所述结晶器下方，所述热电偶与所述数据采集系统电连接，所述冷却水通道与外设供水系统连接。本发明中，所述热电偶由第一排热电偶和第二排热电偶平行设置在结晶器内构成；所述第一排热电偶距所述结晶器内壁距离为l_2mm，所述第二排热电偶距第一排热电偶距离为2-4mm ；每一排热电偶至少包含2组热电偶，每组热电偶由3支热电偶组成，沿竖直方向以4-6mm的间距均勻布置；相邻两组热电偶之间距离为4_6mm ；所述每组热电偶中居中的热电偶距所述结晶器底面的距离为80-120mm。
本发明中，所述电机驱动装置包括变频电机与减速机。本发明中，所述振动电机通过第一减速机、第一偏心轴驱动结晶器作垂直上下振动，所述第一偏心轴的振幅及频率可调，振幅调节范围l_40mm，频率调节范围10-500次/分钟。本发明中，所述拉坯电机通过第二减速机、第二偏心轴驱动所述拉坯支架进而带动所述拉坯板作竖直方向运动，所述拉坯板的运动速度为0. 7-1. 5m/min。本发明由于采用上述结构，可以实现对弯月面保护渣、初始凝固壳等的热力学与动力学研究；可以独立研究某工艺参数对钢液凝固行为、保护渣传热、铸坯质量等的影响； 可以研究结晶器的振动波型、频率、幅度对钢液凝固、铸坯质量的影响；可以研究结晶器的冷却条件对钢液凝固行为、铸坯质量的影响。本发明的优点简述于下1)建立了模拟结晶器振动单元可以对结晶器振动波型、频率、幅度等参数进行优化研究；2)建立了模拟铸坯拉坯工作单元实现对铸坯拉坯行为的模拟，以研拉坯行为对钢液在结晶器内初始凝固行为的影响究，以及保护渣传热的影响；3)建立了模拟结晶器冷却系统准确模拟结晶器内冷却条件，以实现研究改变冷却条件对结晶器热流影响的测试；以及对钢液凝固、铸坯质量的影响；4)通过对连铸机结晶器内弯月面处钢液凝固行为的模拟，可以实现对弯月面保护渣、初始凝固壳等的热力学与动力学研究；5)通过模拟不同连铸工艺参数，可以独立研究某工艺参数对钢液凝固行为、保护渣传热、铸坯质量等的影响；6)通过模拟结晶器各种振动参数，研究结晶器的振动对钢液凝固、铸坯质量的影响；7)通过模拟各种工艺参数，研究结晶器的冷却条件对钢液凝固行为、铸坯质量的影响。综上所述，本发明通过模拟连铸实际生产过程，测量不同连铸工艺参数下结晶器内弯月面处的热流变化曲线，获得具有实际铸坯特征的钢液凝固坯壳，实现对钢液在结晶器内初始凝固行为的研究，及各种连铸工艺参数对钢液初始凝固行为的影响，并通过对各种参数进行优化，从而进一步提高铸坯表面质量，操作方便，试验成本低，适合作为实验室研究连铸结晶器各种工艺条件对钢液初始凝固行为影响的设备。
附图1为本发明结构示意图。附图2为本发明结晶器中热电偶布置方式主视图。附图3为本发明结晶器中热电偶布置方式左视图。附图4为采用本发明测量的两支距铜模表面不同位置的热电偶温度曲线。附图5为采用本发明得到的铸坯表面振痕照片。图中1-结晶器，2-炼钢炉，5-拉坯板，6-拉坯电机，7-振动电机，9_数据采集系统，10、11-冷却水通道，12-热电偶，13-机座，14-升降托架。
根据图4得到的热电偶温度数据，可以计算出弯月面处的热流情况。根据图5得到的模拟铸坯表面振痕，可以研究连铸结晶器内钢液初始凝固过程的传热行为以及振痕形成机理。
具体实施例方式实施例参见附图，连铸结晶器内钢液凝固模拟装置，包括机座13、炼钢炉2、结晶器1、拉坯电机6、振动电机7、冷却系统、数据采集系统9，所述机座13上设有两根一端垂直于机座平面，另一端与电机驱动装置8连接的第一丝杆、第二丝杆，在所述第一丝杆、第二丝杆上， 设有由所述第一丝杆、第二丝杆驱动沿竖直方向运动的升降托架14 ；所述炼钢炉2设置在所述机座13上并处于所述第一丝杆、第二丝杆之间；所述拉坯电机6、振动电机7均设置在所述升降托架14上，所述结晶器1内设有热电偶12及冷却水通道10、11并通过所述振动电机7驱动作垂直上下振动，所述拉坯电机6驱动一端连接有一拉坯板5的拉坯支架，所述拉坯板5处于所述结晶器1下方，所述热电偶12与所述数据采集系统9电连接，所述冷却水通道10、11与外设供水系统连接。本实施例中，所述热电偶由第一排热电偶和第二排热电偶平行设置在结晶器内构成；所述第一排热电偶距所述结晶器内壁距离d为l-2mm，所述第二排热电偶距第一排热电偶距离b为2-4mm ；每一排热电偶至少包含2组热电偶，每组热电偶由3支热电偶组成，沿竖直方向以4-6mm的间距均勻布置；相邻两组热电偶之间距离a为4_6mm ；所述每组热电偶中居中的热电偶距所述结晶器底面的距离c为80-120mm。本实施例中，所述电机驱动装置包括变频电机与减速机。本实施例中，所述振动电机通过第一减速机、第一偏心轴驱动结晶器作垂直上下振动，所述第一偏心轴的振幅及频率可调，振幅调节范围l_40mm，频率调节范围10-500次/ 分钟。本实施例中，所述拉坯电机通过第二减速机、第二偏心轴驱动所述拉坯支架进而带动所述拉坯板作竖直方向运动。本发明的工作原理简述于下当炼钢炉2中钢液3与其上覆盖的一定厚度的保护渣4熔化后，结晶器1中通入冷却水，启动设备，通过电机驱动装置8驱动丝杆旋转，使设于丝杆上的升降托架14沿竖直方向向下运动，带动设于升降托架14上的拉坯电机6、振动电机7及分别与拉坯电机6、振动电机7连接在一起的拉坯板5、结晶器1沿竖直方向向下运动，插入钢液3及保护渣4熔体中，当结晶器1插入钢及保护渣熔体中的长度达到SO-IOOmm时，电机驱动装置8停止动作，振动电机7开始以设定的振动频率与振幅振动，同时，拉坯电机6启动，带动拉坯板5以 1. Om/min的速度，运动距离为IOOmm ；3秒钟后，电机驱动装置8驱动丝杆反转，带动升降托架14沿竖直方向向上运动，设于升降托架14上的拉坯电机6、振动电机7及分别与拉坯电机6、振动电机7连接在一起的拉坯板5、结晶器1沿竖直方向向上运动，脱离钢液3及保护渣4熔体；沾附于拉坯板5上的钢液熔体将形成具有实际铸坯特征的钢液凝固坯壳。在此实验过程中，钢液3及保护渣4对结晶器1表面加热，设于结晶器1中的热电偶12实时记录结晶器1表面温度并储存到数据采集系统9中，以计算结晶器1内热流与温度变化；取下实验所得的钢壳留作后续分析，实验结束。实验结束后，可通过实验测得的热电偶温度数据与钢壳外部形貌，研究各种连铸工艺参数对结晶器热流与铸坯表面质量的影响，这些工艺参数包括结晶器振动参数、结晶器镀层、结晶器冷却参数、拉坯速度等。
权利要求
1.连铸结晶器内钢液凝固模拟装置，包括机座、炼钢炉、结晶器、拉坯电机、振动电机、 冷却水通道、数据采集系统，其特征在于所述机座上设有两根一端垂直于机座平面，另一端与电机驱动装置连接的第一丝杆、第二丝杆，在所述第一丝杆、第二丝杆上，设有由所述第一丝杆、第二丝杆驱动沿竖直方向运动的升降托架；所述炼钢炉设置在所述机座上并处于所述第一丝杆、第二丝杆之间；所述拉坯电机、振动电机均设置在所述升降托架上，所述结晶器内设有热电偶及冷却水通道并通过所述振动电机驱动作垂直上下振动，所述拉坯电机驱动一端连接有一拉坯板的拉坯支架，所述拉坯板处于所述结晶器下方，所述热电偶与所述数据采集系统电连接，所述冷却水通道与外设供水系统连接。
2.根据权利要求1所述的连铸结晶器内钢液凝固模拟装置，其特征在于所述热电偶由第一排热电偶和第二排热电偶平行设置在结晶器内构成；所述第一排热电偶距所述结晶器内壁距离为l_2mm，所述第二排热电偶距第一排热电偶距离为2-4mm;每一排热电偶至少包含2组热电偶，每组热电偶由3支热电偶组成，沿竖直方向以4-6mm的间距均勻布置；相邻两组热电偶之间距离为4-6mm ；所述每组热电偶中居中的热电偶距所述结晶器底面的距离为 80-120mm。
3.根据权利要求2所述的连铸结晶器内钢液凝固模拟装置，其特征在于所述电机驱动装置包括变频电机与减速机。
4.根据权利要求3所述的连铸结晶器内钢液凝固模拟装置，其特征在于所述振动电机通过第一减速机、第一偏心轴驱动结晶器作垂直上下振动，所述第一偏心轴的振幅及频率可调，振幅调节范围l_40mm，频率调节范围10-500次/分钟。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的连铸结晶器内钢液凝固模拟装置，其特征在于 所述拉坯电机通过第二减速机、第二偏心轴驱动所述拉坯支架进而带动所述拉坯板作竖直方向运动，所述拉坯板的运动速度为0. 7-1. 5m/min。
全文摘要
连铸结晶器内钢液凝固模拟装置，包括机座、炼钢炉、结晶器、拉坯电机、振动电机、冷却水通道、数据采集系统，所述机座上设有两根一端垂直于机座平面，另一端与电机驱动装置连接的丝杆，在所述丝杆上，设有升降托架；所述炼钢炉设置在所述机座上；所述拉坯电机、振动电机均设置在所述升降托架上，所述结晶器通过振动电机驱动作上下振动，所述拉坯电机驱动拉坯板，所述拉坯板处于所述结晶器下方。本发明通过模拟连铸实际生产过程，测量不同连铸工艺参数下结晶器内弯月面处的热流变化曲线，获得具有实际铸坯特征的钢液凝固坯壳，实现对钢液在结晶器内初始凝固行为的研究及各种连铸工艺参数对钢液初始凝固行为的影响，操作方便，试验成本低，适合作为实验室研究连铸结晶器各种工艺条件设备。
文档编号B22D11/18GK102357650SQ201110301430
公开日2012年2月22日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者周乐君, 王万林, 马范军, 黄道远 申请人:中南大学