[發(fā)明專利]一種連鑄結晶器角部附近鋼液初始凝固模擬裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610531444.7
• 申請日: 2016-07-07
• 公開（公告）號: CN106041008B
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發(fā)明（設計）人: 王萬林;呂培生;張海輝;肖丹;路程;龍旭凱;高爾卓
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B22D11/16
• 分類號: B22D11/16
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所43114
• 代理人: 顏勇

1.一種連鑄結晶器角部附近鋼液初始凝固模擬的方法，其采用的裝置，包括結晶器振動電機(1)、拉坯電機(2)、第一升降電機(3)、第二升降電機(4)、拉坯器(5)、結晶器(6)、冷卻水道、惰性保護氣罩(12)、定位電極(15)、熔煉爐(16)、基座(17)、溫度采集系統(tǒng)(18)、熔爐控制系統(tǒng)(19)、電機控制系統(tǒng)(20)、第一升降托架(21)、第二升降托架(22)；其特征在于：

所述基座(17)上裝有第一升降電機(3)、第二升降電機(4)，第一升降電機(3)控制著第一升降托架(21) 上下移動，第二升降電機(4) 控制著第二升降托架(22) 上下移動；

所述熔煉爐(16)設置在所述基座(17)上并處于第一升降電機(3)、第二升降電機(4)之間；所述結晶器振動電機(1)和拉坯電機(2)均設置在所述第一升降托架(21)上；所述溫度采集系統(tǒng)(18)與埋藏在結晶器(6)中的熱電偶連接；

所述結晶器(6)被所述拉坯器(5)包裹著，只露出第一銅板面(23)、第二銅板面(24)與鋼液接觸；所述結晶器(6)通過所述結晶器振動電機(1)的驅動作上下振動；所述第二升降托架(22)與定位電極(15)相連；所述拉坯電機(2)控制所述拉坯器(5)向下拉動；與所述第一銅板面(23)相對的外壁為結晶器第一外壁(27)，與所述第一銅板面(23)直接相連的結晶器側壁為結晶器第一側壁(25)，在第一銅板面(23)、結晶器第一側壁(25)和結晶器第一外壁(27) 所形成的空間內布置有第一組熱電偶(29)、第二組熱電偶(30)以及1號冷卻水道(10)；所述結晶器中與第二銅板面(24)相對的外壁為結晶器第二外壁(28)，與所述第二銅板面(24)直接相連的結晶器側壁為結晶器第二側壁(26)；在第二銅板面(24)、結晶器第二側壁(26)和結晶器第二外壁(28)所形成的空間內布置有2號冷卻水道(11)、第三組熱電偶(31)、第四組熱電偶(32)；

第一銅板面(23)與第二銅板面(24)所構成的夾角為90°；

在結晶器(6)內，位于1號冷卻水道(10)與2號冷卻水道(11)之間還設有3號冷卻水道(9)；

第一組熱電偶(29)共有m個熱電偶，將第一組熱電偶(29)中到結晶器(6)頂部的距離最短的熱電偶計為1_上，將第一組熱電偶(29)中到結晶器(6)底部的距離最短的熱電偶計為1_下；熱電偶1_上到結晶器(6)頂部的垂直距離與結晶器(6)的高之比為0.6-0.9:1；熱電偶1_下到結晶器(6)底部的垂直距離與結晶器(6)的高之比為1:4-8；所述m大于等于4；

第二組熱電偶(30)共有n個熱電偶，將第二組熱電偶(30)中到結晶器(6)頂部的距離最短的熱電偶計為2_上，將第二組熱電偶(30)中到結晶器(6)底部的距離最短的熱電偶計為2_下；熱電偶2_上到結晶器(6)頂部的垂直距離與結晶器(6)的高之比為0.6-0.9:1；熱電偶2_下到結晶器(6)底部的垂直距離與結晶器(6)的高之比為1:4-8；所述n大于等于4；

第三組熱電偶(31)共有p個熱電偶，將第三組熱電偶(31)中到結晶器(6)頂部的距離最短的熱電偶計為3_上，將第三組熱電偶(31)中到結晶器(6)底部的距離最短的熱電偶計為3_下；熱電偶3_上到結晶器(6)頂部的垂直距離與結晶器(6)的高之比為0.6-0.9:1；熱電偶3_下到結晶器(6)底部的垂直距離與結晶器(6)的高之比為1:4-8；所述p大于等于4；

第四組熱電偶(32)共有q個熱電偶，將第四組熱電偶(32)中到結晶器(6)頂部的距離最短的熱電偶計為4_上，將第四組熱電偶(32)中到結晶器(6)底部的距離最短的熱電偶計為4_下；熱電偶4_上到結晶器(6)頂部的垂直距離與結晶器(6)的高之比為0.6-0.9:1；熱電偶4_下到結晶器(6)底部的垂直距離與結晶器(6)的高之比為1:4-8；所述q大于等于4；

利用所述模擬裝置模擬連鑄結晶器角部附近鋼液初始凝固的方法，包括以下步驟：

步驟一

準備好實驗鋼種以及對應的實驗保護渣；將實驗鋼種加入熔煉爐(16)中升溫至熔化，并且保持鋼液溫度在實驗鋼種液相溫度以上20-50 ^oC；升溫過程使用惰性保護氣罩(12)防止鋼液被氧化；接著加入保護渣，保護渣熔化后所形成的液態(tài)保護渣層(13)的厚度為5-10 mm；

步驟二

開啟第二升降電機(4)，控制定位電極(15)的運動，當定位電極(15)接觸高溫導電液面時，低電壓回路接通，定位電極(15)停止運動；計算機記錄此時定位電極(15)的位置，計算機根據(jù)定位電極(15)的位置信息給第一升降電機(3)發(fā)送運行指令，使拉坯器(5)和結晶器(6)一起向下運動，并且進入熔池(14)中，此時熱電偶1_上和定位電極(15)的底端處于同一高度上；結晶器(6)在進入熔池(14)的同時，通過結晶器振動電機(1)控制其振幅和振頻；結晶器(6)在進入熔池(14)的同時，開啟冷卻水閥門(8)；

步驟三

結晶器(6)在熔池(14)中停留3-8s后，啟動拉坯電機(2)驅動拉坯器(5)向下拉動，結晶器(6)上的凝固鋼坯隨著拉坯器(5)向下運行，不斷有新的鋼液接觸結晶器的第一銅板面(23)與第二銅板面(24)，以模擬工廠拉坯過程，拉出設定長度的初始凝固坯殼；同時溫度采集系統(tǒng)(18)以頻率f采集拉坯過程中結晶器(6)內溫度的變化，并且將溫度數(shù)據(jù)存儲于電腦中；

步驟四

拉坯過程結束后，第一升降托架(21)往上運動，使初始凝固坯殼脫離熔池，并且在空氣中冷卻，最后將坯殼被切割下來；

步驟五

根據(jù)拉坯過程中，第一組熱電偶(29)、第二組熱電偶(30)的測量值，計算出拉坯過程中第一銅板面(23)的熱流密度；

根據(jù)拉坯過程中，第三組熱電偶(31)、第三組熱電偶(32)的測量值，計算出拉坯過程中結晶器角部(33)的熱流密度；

步驟六

測量靠近第一組熱電偶(29)的坯殼面部位置和靠近第三組熱電偶(32)的角部位置的厚度并采用凝固平方根定律對坯殼面部位置和角部位置的厚度與時間的關系進行擬合，得到坯殼凝固厚度與時間的關系，并且得到坯殼面部位置和角部位置的平均凝固系數(shù)；

步驟七

測量靠近第一組熱電偶(29)的坯殼面部位置表面的振痕間距以及振痕深度；

測量靠近第三組熱電偶(32)的坯殼角部位置表面的振痕間距以及振痕深度；

步驟八

改變連鑄參數(shù)，重復進行實驗，研究連鑄工藝參數(shù)對結晶器角部附近鋼液初始凝固行為的影響；當步驟八調整后的參數(shù)使得結晶器的溫度波動小于3 ^oC、熱流密度波動小于0.2 MW/m²；結晶器同一水平高度不同位置處的溫度差值小于5 ^oC，熱流密度差值小于0.3 MW/m²；坯殼面部位置和角部位置的平均凝固系數(shù)的差值小于0.2 mm/s^1/2；各個振痕間距的差值小于1 mm、振痕深度小于0.4 mm，所對應的連鑄參數(shù)即為優(yōu)化參數(shù)。