[發明專利]一種連鑄保護渣熱流模擬測量裝置

無效

• 申請號: 201110300039.1
• 申請日: 2011-09-28
• 公開（公告）號: CN102507637A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 王萬林;黃道遠;馬范軍;周樂君
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 顏勇

技術領域

本發明公開了一種連鑄保護渣熱流模擬測量裝置；屬于功能材料傳熱性能的測試技術領域。

背景技術

據世界鋼鐵協會2010年統計，世界鋼鐵總產量已超過14億噸，我國鋼鐵生產總量已達6.27億噸，占據世界總產量45％左右。這其中，95％以上的鋼鐵產品都通過連鑄技術生產，結晶器保護渣是鋼鐵連鑄過程中廣泛應用的一種材料，具有絕熱保溫、防止鋼液二次氧化、吸收鋼液中夾雜物、潤滑和控制傳熱的作用。連鑄過程中保護渣的使用率達到80％以上，保護渣在連鑄過程中粘度、導熱性、礦相、微觀組織等系列變化對鑄坯質量、能源的利用效率產生重大影響。國家科技發展綱要明確提出了發展“高品質、高性能、高效率”的現代鋼鐵技術，以保持鋼鐵工業的持續發展活力，因此研究保護渣在結晶器處復雜的高溫熱動力行為成為鋼鐵業發展的關鍵問題之一。

結晶器是鋼液初始凝固的地方，特別是結晶器彎月面處的傳熱、傳質、動態結晶、凝固、相變因素將決定生產鑄坯的組織結構、表面質量及鑄機生產效率。因此對連鑄過程中結晶器內熱動力學的研究顯得尤其重要。然而，連鑄機結晶器內的環境極其復雜和惡劣：1500℃以上的高溫和腐蝕環境；劇烈的化學反應/相變；周期性振動；瞬間非穩定狀態；結晶器的密閉環境等等。這些使得對結晶器中彎月面處進行瞬態原位觀察和熱流的實時監控變得異常困難。

目前國內外尚未有成熟的鑄機結晶器熱模擬設備體系，可以專門對連鑄過程的高溫熱動力學展開研究。國際上美國卡內基梅隆大學、美國鋼鐵公司、東京大學在鑄機結晶器的熱模擬技術方面展開積極研究，零星開發出具備某項功能的試驗設備。國內在此領域的研究基本處于空白階段，寶鋼股份公司研究院將利用現有的中試連鑄生產線開展高溫連鑄過程的定性地模擬；此模擬鑄機實驗成本非常高，單次實驗用鋼量達到20噸，試驗費用在20萬元以上，實驗過程中操作系統的便捷度與采集數據的精度與美國鋼鐵股份公司及ArcelorMittal(安塞爾-米塔爾)公司尚有較大的差距，且無法精確地、有效地開展結晶器傳熱、傳質、相變、熔化、凝固、化學反應等因素對鑄坯質量影響的研究。研究發展精度高、成本優勢明顯的結晶器熱流檢測設備體系具有十分重要的意義。

目前，國內外進行保護渣熱流測試的方法主要有如下幾種，第一種是夾板法(也稱接觸法)。它采用AIN板模擬鋼坯，用SiC發熱體進行加熱；用通水或氣冷卻的SUS304來模擬銅模；保護渣放置在AIN板上，加熱使其熔化，通過控制SUS304高度來控制渣膜的厚度。夾板法的優點是：可通過熱電偶來控制并測量保護渣的表面溫度，和測試穩態條件下的綜合熱流。但缺點是：由于熔化后的保護渣具有流動性，保護渣的量厚度都較難控制。同時由于SUS304的導熱系數和銅的差別較大，難以模擬實際生產條件。第二種方法是澆注法，將熔化的保護渣澆注到銅模上，讓其自然冷卻收縮，通過插在銅模內的熱電偶測量通過銅模的瞬時熱流；同時在銅模上部安置熱電偶，測量保護渣與銅模的界面溫度。這種方法的優點是：可以測量保護渣由熔融狀態到凝固收縮的實時熱流以及保護渣與銅模的界面溫度，從而計算可得界面熱阻的實時變化情況。但其缺點也很明顯：無法測得穩態條件下通過銅模的熱流，同時該方法無法控制保護渣的澆注量，進而無法準確比較不同成分保護渣對界面熱阻的影響。另外一種熱流測試方法是浸漬法，它將保護渣在石墨坩堝中熔化，而后將通有冷卻水的銅模浸入坩堝中，取出得到有一定厚度的渣膜；同時通過測量冷卻水的進出溫度，可計算得通過銅模的實時熱流。這種方法工序簡單，操作較為方便，簡捷，可得到三層分布的保護渣(熔融層、結晶層和玻璃層)，實驗條件接近生產實際。但也存在致命缺點：只能測量瞬時的綜合熱流，而無法測量穩態條件下的熱流，同時無法準確控制保護渣的厚度。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術之不足而提供一種全面模擬接近生產實際的工況條件，實時測量保護渣的瞬時和穩態條件下的熱流，以及渣膜與銅模間界面熱阻，保護渣的厚度準確可控，試驗樣品制備方便，設備使用方便，穩定可靠，制造成本較低的連鑄保護渣熱流模擬測量裝置。

本發明一種連鑄保護渣熱流模擬測量裝置，包括熱流發射系統、銅模結晶器、功率控制系統、數據采集/計算機控制系統、數字成像系統，所述功率控制系統一端與熱流發射系統相連，另一端與數據采集/計算機控制系統連接，所述銅模結晶器放置在熱流發射系統下方，數字成像系統設置在銅模結晶器旁邊。

本發明一種連鑄保護渣熱流模擬測量裝置中，所述熱流發射系統的發熱原件選自高溫紅外燈管、電阻、微波、激光中的至少一種，所述發熱原件置于風冷加冷卻水套構成的外殼內。