技术特征：
1.一种冶金保护渣传热性能测试装置，其特征在于，包括保护渣加热系统、传热测试系统、支撑固定系统；所述保护渣加热系统固定在支撑固定系统下部，所述传热测试系统固定在支撑固定系统上部，测试时通过支撑固定系统下降或提升传热测试系统进入或离开保护渣加热系统；所述保护渣加热系统包括，电阻炉、电阻炉控温模块、金属坩埚、坩埚支撑底座，所述坩埚支撑底座放置在电阻炉的恒温区，所述金属坩埚放置在坩埚支撑底座上，所述电阻炉控温模块控制电阻炉的升温、降温；所述传热测试系统包括，水冷铜柱、冷却水进水管、冷却水出水管、流量计、数据采集与分析模块，所述冷却水进水管和冷却水出水管分别与水冷铜柱的进水铜管和出水铜管相连，所述流量计装在冷却水进水管上；所述支撑固定系统包括，底座、升降杆、可旋转y形横梁、升降杆控制模块、激光液位计，所述底座中央固定有保护渣加热系统的电阻炉，所述底座一角固定有升降杆，所述升降杆上端装配有可旋转y形横梁，所述可旋转y形横梁两端分别装配有激光液位计和水冷铜柱，所述升降杆控制模块控制升降杆的升降。2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述坩埚支撑底座上端与电阻炉恒温区上端平齐。3.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述金属坩埚底部置有b型热电偶；所述金属坩埚材质为钢质、纯铁及其他合金材质的一种。4.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述水冷铜柱的进水铜管、出水铜管及侧壁包覆有绝热材料。5.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述水冷铜柱的上端设有铜杆，铜杆与支撑固定系统相连。6.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述水冷铜柱内部中心沿垂直方向距水冷铜柱底部不同距离处预置k型热电偶a和k型热电偶b，两个k型热电偶和金属坩埚底部的b型热电偶均与数据采集与分析模块相连。7.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述可旋转y形横梁可围绕升降杆旋转，可旋转y形横梁顺时针和逆时针旋转时可分别通过限位将激光液位计和水冷铜柱限位于电阻炉内的金属坩埚正上方或两侧。8.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述激光液位计和数据采集与分析模块相连以反馈测距结果，升降杆控制模块同时和数据采集与分析模块以及升降杆相连，并基于激光液位计的测距结果控制升降杆的升降，从而调整水冷铜柱与金属坩埚底部的距离以控制渣膜厚度。9.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述升降杆控制模块为液压、气动或电动控制方式的一种。10.一种冶金保护渣传热性能测试方法，采用权利要求1-9任一项所述的测试装置，包括如下步骤：s1.将金属坩埚放置于电阻炉的坩埚支撑底座上，通过电阻炉控温模块设定程序将电阻炉加热到设定保温温度，可旋转y形横梁旋转，使激光液位计正对金属坩埚，测出激光液位计距金属坩埚底部距离并通过数据采集与分析模块采集记录；
s2.可旋转y形横梁旋转，使炉口居于激光液位计和水冷铜柱之间，将保护渣加入金属坩埚保温直至充分熔化，坩埚底部温度重新回到设定温度；根据公式（1）计算保护渣的体积，根据公式（2）计算保护渣的密度，将公式（1）和（2）的计算结果带入公式（3）计算待加入的保护渣的重量m；入的保护渣的重量m；入的保护渣的重量m；其中：v
t
为温度t时保护渣的体积，x
i
为待加入保护渣中组分i的摩尔分数，v
i
为待加入保护渣中组分i的1773k时的摩尔体积，m0为已知的保护渣重量，为待加入保护渣的密度，m为待加入的保护渣重量，d
f0
为设定的待测渣膜厚度，d为金属坩埚的内直径；s3.可旋转y形横梁旋转，使激光液位计正对金属坩埚，测出激光液位计距液态保护渣液位距离并通过数据采集与分析模块采集记录，并结合步骤s1激光测距结果，通过数据采集与分析模块计算和储存坩埚内液渣膜厚度；s4.打开水冷铜柱冷却水，通过流量计调节冷却水流量，可旋转y形横梁旋转，使水冷铜柱正对金属坩埚，根据步骤s3记录的激光测距结果通过升降杆控制模块控制升降杆带动水冷铜柱下降至铜柱底面恰好与保护渣液面接触位置，此时坩埚与水冷铜柱之间的高度为渣膜的高度；s5.数据采集与分析模块通过水冷铜柱内和金属坩埚底部的热电偶采集水冷铜柱和坩埚底部温度，并分别通过公式（4-6）实时计算保护渣渣膜的热流密度q、热阻r和热导k；热阻r和热导k；热阻r和热导k；其中：为水冷铜柱材质铜的导热系数，为金属坩埚的导热系数，和分别为水冷铜柱内热电偶a和热电偶b测得的温度，为金属坩埚底部热电偶测得的温度，为水冷铜内热电偶a距水冷铜柱底部的距离，为水冷铜柱内热电偶a和热电偶b之间的距离，为金属坩埚底部的厚度，为实测渣膜厚度。
技术总结
本发明属于性能测试技术领域，具体为一种冶金保护渣传热性能测试装置及方法，以金属坩埚模拟连铸和电渣重熔过程的凝固金属坯壳，以与升降杆相连的水冷铜柱模拟水冷铜结晶器；保护渣在加入金属坩埚熔融前后通过与升降杆相连的激光测距仪测得保护渣膜厚度，基于激光测距结果控制升降杆下降从而使水冷铜柱与保护渣膜上表面接触，模拟水冷铜结晶器/渣膜/凝固金属坯壳结构及相应热履历；基于水冷铜柱内预置的热电偶和金属坩埚底部所置的热电偶位置及测得的温度，结合数据采集与分析模块实时计算保护渣膜的热流密度、热阻和热导率，本发明模拟的保护渣的凝固和传热过程更接近真实状态，结构简单，测量准确，应用范围更广。应用范围更广。应用范围更广。
技术研发人员：闫威 陈伟庆
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：2023.02.08
技术公布日：2023/3/17