专利名称：一种用于连铸轻压下机理研究的高温实验装置与方法
技术领域：
本发明属于炼钢连铸技术领域，特别提供了一种连铸轻压下机理研究的高温实验装置与方法，对研究炼钢连铸轻压下钢的组织凝固与变形机理具有重要意义。
背景技术：
连铸坯自拉出结晶器后，中心液相在选分结晶的作用下，不断富集钢中的杂质和有害元素，至凝固末端时因坯壳体积收缩和铸坯内的热应力导致末端液相受力不均，加之末端凝固组织的复杂性，造成铸坯中心宏观偏析、中心疏松等缺陷。为改善铸坯质量，自上世纪九十年代以来，轻压下技术应用于连铸工艺中，一定程度上改善了铸坯质量。但是，轻压下的技术参数如压下量、压下速率、压下力、压下位置等，仍然处于根据经验设定，或企业在铸机上现场试验后确定，轻压下机理的研究还远远不够，导致轻压下技术的开发还不够成熟。连铸轻压下机理的研究难度很大，主要原因是采取轻压下技术的铸坯在凝固过程中温度场、应力场和中心液芯的流场是非常复杂的，为实验研究带来了很大难度，而现场实验易造成生产不顺行甚至停产，如果参数选择不当还会造成生成事故，并且经济代价大，参数变化范围非常有限。为此，人们试图通过实验室实验对轻压下机理进行研究，仍处于起步阶段。目前发现的研究中，田陆等人(参见文献田陆等，连铸轻压下技术冷态模拟研究[J].钢铁研究， 2011,2:15)用冷态有机物丁二腈在室温下进行了轻压下模拟研究，可以模拟部分与钢液凝固组织相似的枝晶搭桥现象与偏析，无法模拟对中心疏松的影响，丁二腈与1500°C以上高温钢液的物理化学属性有着很大区别，难以在机理上进行深入研究，无法针对钢铁材料进行定量研究，并且丁二腈为剧毒化学药品，对人体和环境存在危害。其他研究还没有开发出一种可以进行实体操作的、详实记录实验数据的轻压下机理研究高温实验装置与实验方法。对这一问题进行高温研究的多借助于现场数据，这对研究造成了很大的局限性。连铸轻压下的压下量很小，为毫米数量级，操作控制精度高，因此，开发一种可以进行实体精确操作的、详实记录实验数据的轻压下机理研究高温实验装置与实验方法，具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种连铸轻压下机理研究的高温实验装置与方法，可以实现1500-1600°C高温钢水的浇铸与轻压下，并实现数据的精确测量与记录，为机理研究提供详实数据，实验具有可重复性，本装置同时适用于熔点低于1600°C的其他合金的同类研究。
一种用于连铸轻压下机理研究的高温实验装置，实验装置由铸模主体和外置施压墙，位移传感器，压力传感器，铸模帽，支撑架，操作台，位移传感器信号转换器，电源，压力传感器信号转换器组成；铸模主体包括底座，可滑动支撑杆，滑动墙，固定螺杆，背面固定墙，侧面固定墙，热电偶导孔，可拆卸固定墙一，活动墙，可拆卸固定墙~.O以上设备及零部件的位置关系与连接关系如下底座平放于操作台上；背面固定墙、侧面固定墙与底座三者两两成直角关系并通过焊接连接在一起；滑动墙竖直置于底座上，并通过可滑动支撑杆与背面固定墙连接在一起；可拆卸固定墙一和可拆卸固定墙二，通过焊接固定在侧面固定墙与滑动墙之间，并在可拆卸固定墙一和可拆卸固定墙二之间按照活动墙的尺寸留下空隙，活动墙竖直放在此空隙内；热电偶导孔位于侧面固定墙上，水平居中，垂直方向上高度与活动墙中心的高度一致；固定螺杆通过焊接焊接在背面固定墙上； 外置施压墙安装在活动墙外侧，二者尺寸大小一致；位移传感器和压力传感器安装在外置施压墙外侧；铸模帽放在铸模主体上方，并且四面居中；工作时铸模主体平放在操作台上； 位移传感器信号转换器、电源和压力传感器信号转换器安装在支撑架上方。本发明有五个显著的特点一是可以进行炼钢温度下的高温实验；二是通过可拆卸固定墙与活动墙的配合，根据需要设计不同的尺寸，实施不同部位的轻压下；三是传感器、数据转换器、数据采集卡与电脑终端连接实现数据的精确测量与记录；四是实验参数选取范围较宽，实验就有较高的可重复性，为轻压下机理研究提供了可以实际操作的实验装置；五是操作简便，经济投资较少，安全系数高。本装置根据不同的钢种两相区宽度不同，由实际需要进行不同比例大小的缩放； 根据连铸坯断面尺寸与形状的不同，进行相对应的腔壁内型设计。铸模帽一般选取镁质耐火材料材质，铸模主体采用铸铁或钢板材质，工作台架采用钢板与槽钢材料加工而成。压下设备根据压下力的不同可以选用不同压力的千斤顶或电液推杆实施轻压下。一种用于连铸轻压下机理研究的高温实验方法，根据研究需要，选择不同重量的钢水，加工与钢水质量匹配的铸模装置，即可进行相关实验。为保证实验的顺利进行，本发明采取四个措施一是装置上端有铸模帽防止钢液外溢；二是压下处采用固定墙与活动墙组合，可以进行不同压下位置的选择；三是在进行浇铸前铸模内的耐火材料要进行充分烘烤至完全干燥，防止高温浇铸时因潮湿引起爆炸；四是铸模可滑动支撑杆在留足间隙后，拧上保护螺母，保证在铸锭变形后侧面滑动墙可以滑动但又不会翻到，保证操作安全。本方法实施过程为
1)铸模主体内壁均匀地涂刷耐火材料,耐火材料选取水玻璃与镁砂混合物,耐火材料厚度为2-4mm ；
2)用加热炉或天然气对铸模主体进行烘烤至完全干燥；
3)铸模主体冷却后，将其放置到工作台架，用固定螺杆将铸模主体固定在工作台架
上；
4)拧紧可滑动支撑杆上的保护螺母；
5)将千斤顶或电液推杆施力端通过外置压力墙与活动墙相连接，并在外置压力墙上安装好位移传感器和压力传感器；
6)将热电偶插入热电偶导孔的等待位置；
7)将铸模帽放置在铸模主体上方中央处，并保证四面居中；8)检查各传感器元件、数据转换器元件、热电偶、电路元件、数据采集卡和计算机是否工作正常；
9)检查完毕并确认设备整体运行正常；
10)将冶炼好的钢水通过铸模帽浇铸到铸模中；
11)浇铸完毕，热电偶插入到测量位，开启各传感器数据转换器，并通过数据采集卡将相关数据记录到计算机上；
12)启动千斤顶或电液推杆通过活动墙对铸锭施加轻压下压力；
13)达到设定压下位置后，停止压下操作；
14)将测量数据保存到计算机，并做好备份；
15)铸锭冷却后，脱模，编号。16)关闭所有设备，实验结束。本发明的优点是①实验条件与现场条件一致性强，实验为高温实验可进行轻压下精确操作，对研究连铸轻压下机理具有重要意义；③装置简单，操作简便，经济费用少；④无人体危害或环境污染，安全性强，结果精确可靠。
图I为本发明的铸模主体2为本发明的连铸轻压下装置整体装配示意图
附图标记包括1.底座，2.可滑动支撑杆，3.滑动墙，4.固定螺杆，5.背面固定墙，
6.侧面固定墙，7.热电偶导孔,8.可拆卸固定墙一,9.活动墙，10.可拆卸固定墙二，11.外置施压墙，12.位移传感器，13.压力传感器，14.铸模帽，15.支撑架，16.操作台，17.铸模主体，18位移传感器信号转换器,19.电源,20.压力传感器信号转换器。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。如图I、图2所示，本发明一种用于连铸轻压下机理研究的高温实验装置，底座I平放于操作台16上；背面固定墙5、侧面固定墙6与底座I三者两两成直角关系并通过焊接连接在一起；滑动墙3竖直置于底座I上，并通过可滑动支撑杆2与背面固定墙5连接在一起；可拆卸固定墙一 8和可拆卸固定墙二 10,通过焊接固定在侧面固定墙6与滑动墙3之间，并在可拆卸固定墙一 8和可拆卸固定墙二 10之间按照活动墙9的尺寸留下空隙，活动墙9竖直放在此空隙内；热电偶导孔7位于侧面固定墙6上，水平居中，垂直方向上高度与活动墙9中心的高度一致；固定螺杆4通过焊接焊接在背面固定墙5上；外置施压墙11安装在活动墙9外侧，二者尺寸大小一致；位移传感器12和压力传感器13安装在外置施压墙 11外侧；铸模帽14放在铸模主体17上方，并且四面居中；工作时铸模主体17平放在操作台16上；位移传感器信号转换器18、电源19和压力传感器信号转换器20安装在支撑架15 上方。实施例I
采用本发明实验装置与实验方法，对某厂生产的GCrl5轴承钢260mmX 260mm大方坯进行轻压下机理的研究分析。①将铸模主体内腔制作为方形，在内壁均匀地刷涂耐火材料，进行充分烘烤至完全干燥；铸模主体冷却后安装到工作台架上，并依次将保护螺母、千斤顶、 热电偶、各个电器元件及铸模帽安装到位；调试好各检测元件，做好浇铸准备。②浇铸开始， 将冶炼好的IOkg钢液通过铸模帽口进行浇铸，开启温度、位移、压力测量元件和数据采集卡进行数据测量与采集。③启动千斤顶，实施轻压下，达到设定压下位置后，停止压下操作。 ④将数据保存并备份，铸锭冷却后，脱模，对铸锭进行编号。⑤关闭所有设备，实验结束。实施例2
采用本发明实验装置与实验方法，对某厂生产的Q235钢210mmX 1200mm板坯进行轻压下机理的研究分析。①将铸模主体内腔根据板坯断面比例制作为矩形，在内壁均匀地刷涂耐火材料，进行充分烘烤至完全干燥；铸模主体冷却后安装到工作台架上，并依次将保护螺母、千斤顶、热电偶、各个电器元件及铸模帽安装到位；调试好各检测元件，做好浇铸准备。 ②浇铸开始，将冶炼好的15kg钢液通过铸模帽口进行浇铸，开启温度、位移、压力测量元件和数据采集卡进行数据测量与采集。③启动电液推杆，达到设定压下位置后，停止压下操作。④将数据保存并备份，铸锭冷却后，脱模，对铸锭进行编号。⑤关闭所有设备，实验结束。通过本实验装置与实验方法可以真实再现炼钢连铸轻压下过程的各项操作，对连铸轻压下机理的研究有着重要意义。
权利要求
1.一种用于连铸轻压下机理研究的高温实验装置，其特征是实验装置由铸模主体(17)和外置施压墙(11)，位移传感器(12)，压力传感器(13)，铸模帽(14)，支撑架(15)，操作台(16)，位移传感器信号转换器(18)，电源(19)，压力传感器信号转换器(20)组成；铸模主体(17)包括底座(1)，可滑动支撑杆(2)，滑动墙(3)，固定螺杆(4)，背面固定墙(5)，侧面固定墙(6),热电偶导孔(7),可拆卸固定墙一(8),活动墙(9),可拆卸固定墙_■ (10)；以上设备及零部件的位置关系与连接关系如下底座(I)平放于操作台(16)上；背面固定墙(5)、侧面固定墙(6)与底座(I)三者两两成直角关系并通过焊接连接在一起；滑动墙(3)竖直置于底座(I)上，并通过可滑动支撑杆(2)与背面固定墙(5)连接在一起；可拆卸固定墙一(8)和可拆卸固定墙二(10)，通过焊接固定在侧面固定墙(6)与滑动墙(3)之间，并在可拆卸固定墙一(8)和可拆卸固定墙二(10)之间按照活动墙(9)的尺寸留下空隙， 活动墙(9)竖直放在此空隙内；热电偶导孔(7)位于侧面固定墙(6)上，水平居中，垂直方向上高度与活动墙(9)中心的高度一致；固定螺杆(4)通过焊接焊接在背面固定墙(5)上；外置施压墙(11)安装在活动墙(9)外侧，二者尺寸大小一致；位移传感器(12)和压力传感器(13)安装在外置施压墙(11)外侧；铸模帽(14)放在铸模主体(17)上方，并且四面居中；工作时铸模主体(17)平放在操作台(16)上；位移传感器信号转换器(18)、电源(19)和压力传感器信号转换器(20)安装在支撑架(15)上方。
2.一种采用权利要求I所述用于连铸轻压下机理研究的高温实验装置的高温实验方法，其特征是根据研究钢种需要，将熔炼好的具有一定过热度的钢水通过铸模帽注入实验装置中，热电偶记录铸锭表面温度，通过计算得到中心温度分布及液芯的位置，根据不同预设方案通过千斤顶或电液推杆实施压下，信号转换器将传感器的信号转换为毫伏信号，通过数据采集卡采集到计算机，并实现实时显示；根据研究需要，设计多种尺寸和型号的(8) 可拆卸墙、(9)活动墙和(10)可拆卸墙，满足多种钢种和铸坯连铸轻压下研究的需要；实施过程为铸模主体内壁均匀地涂刷耐火材料，耐火材料选取水玻璃与镁砂混合物，耐火材料厚度为2-4mm ；用加热炉或天然气对铸模主体进行烘烤至完全干燥；铸模主体冷却后，将其放置到工作台架，用固定螺杆将铸模主体固定在工作台架上；拧紧可滑动支撑杆上的保护螺母；将千斤顶或电液推杆施力端通过外置压力墙与活动墙相连接，并在外置压力墙上安装好位移传感器和压力传感器；将热电偶插入热电偶导孔的等待位置；将铸模帽放置在铸模主体上方中央处，并保证四面居中；检查各传感器元件、数据转换器元件、热电偶、电路元件、数据采集卡和计算机是否工作正常；检查完毕并确认设备整体运行正常；将冶炼好的钢水通过铸模帽浇铸到铸模中；浇铸完毕，热电偶插入到测量位，开启各传感器数据转换器，并通过数据采集卡将相关数据记录到计算机上；启动千斤顶或电液推杆通过活动墙对铸锭施加轻压下压力；达到设定压下位置后，停止压下操作；将测量数据保存到计算机，并做好备份；铸锭冷却后，脱模，编号；关闭所有设备，实验结束。
全文摘要
本发明提供了一种研究连铸轻压下对铸坯凝固组织影响机理的高温实验装置与方法，属于炼钢连铸技术领域。其特征是实现了1500-1600℃炼钢温度下进行与现场条件极为接近的高温实验，具有设计巧妙，安全系数高，实验精度高，可重复性高的特点。其方法易于操作，根据需要设计不同的活动墙和可拆卸固定墙的尺寸大小及铸模主体内腔形状，实现各种断面的铸坯不同的位置进行压下。本发明的应用和推广，可以在实验室实现连铸轻压下操作，实验数据可以实时保存，实验试样满足各种检测要求，对深入研究连铸轻压下机理有着重要意义。
文档编号B22D11/00GK102601324SQ20121006749
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月14日 优先权日2012年3月14日
发明者包燕平, 张立强, 彭尊, 李怡宏, 林路, 王敏, 王毓男, 王睿, 马文俊, 黄杰 申请人:北京科技大学