[发明专利]一种连铸保护渣热流模拟测量装置

说明书

技术领域

本发明公开了一种连铸保护渣热流模拟测量装置；属于功能材料传热性能的测试技术领域。

背景技术

据世界钢铁协会2010年统计，世界钢铁总产量已超过14亿吨，我国钢铁生产总量已达6.27亿吨，占据世界总产量45％左右。这其中，95％以上的钢铁产品都通过连铸技术生产，结晶器保护渣是钢铁连铸过程中广泛应用的一种材料，具有绝热保温、防止钢液二次氧化、吸收钢液中夹杂物、润滑和控制传热的作用。连铸过程中保护渣的使用率达到80％以上，保护渣在连铸过程中粘度、导热性、矿相、微观组织等系列变化对铸坯质量、能源的利用效率产生重大影响。国家科技发展纲要明确提出了发展“高品质、高性能、高效率”的现代钢铁技术，以保持钢铁工业的持续发展活力，因此研究保护渣在结晶器处复杂的高温热动力行为成为钢铁业发展的关键问题之一。

结晶器是钢液初始凝固的地方，特别是结晶器弯月面处的传热、传质、动态结晶、凝固、相变因素将决定生产铸坯的组织结构、表面质量及铸机生产效率。因此对连铸过程中结晶器内热动力学的研究显得尤其重要。然而，连铸机结晶器内的环境极其复杂和恶劣：1500℃以上的高温和腐蚀环境；剧烈的化学反应/相变；周期性振动；瞬间非稳定状态；结晶器的密闭环境等等。这些使得对结晶器中弯月面处进行瞬态原位观察和热流的实时监控变得异常困难。

目前国内外尚未有成熟的铸机结晶器热模拟设备体系，可以专门对连铸过程的高温热动力学展开研究。国际上美国卡内基梅隆大学、美国钢铁公司、东京大学在铸机结晶器的热模拟技术方面展开积极研究，零星开发出具备某项功能的试验设备。国内在此领域的研究基本处于空白阶段，宝钢股份公司研究院将利用现有的中试连铸生产线开展高温连铸过程的定性地模拟；此模拟铸机实验成本非常高，单次实验用钢量达到20吨，试验费用在20万元以上，实验过程中操作系统的便捷度与采集数据的精度与美国钢铁股份公司及ArcelorMittal(安塞尔-米塔尔)公司尚有较大的差距，且无法精确地、有效地开展结晶器传热、传质、相变、熔化、凝固、化学反应等因素对铸坯质量影响的研究。研究发展精度高、成本优势明显的结晶器热流检测设备体系具有十分重要的意义。

目前，国内外进行保护渣热流测试的方法主要有如下几种，第一种是夹板法(也称接触法)。它采用AIN板模拟钢坯，用SiC发热体进行加热；用通水或气冷却的SUS304来模拟铜模；保护渣放置在AIN板上，加热使其熔化，通过控制SUS304高度来控制渣膜的厚度。夹板法的优点是：可通过热电偶来控制并测量保护渣的表面温度，和测试稳态条件下的综合热流。但缺点是：由于熔化后的保护渣具有流动性，保护渣的量厚度都较难控制。同时由于SUS304的导热系数和铜的差别较大，难以模拟实际生产条件。第二种方法是浇注法，将熔化的保护渣浇注到铜模上，让其自然冷却收缩，通过插在铜模内的热电偶测量通过铜模的瞬时热流；同时在铜模上部安置热电偶，测量保护渣与铜模的界面温度。这种方法的优点是：可以测量保护渣由熔融状态到凝固收缩的实时热流以及保护渣与铜模的界面温度，从而计算可得界面热阻的实时变化情况。但其缺点也很明显：无法测得稳态条件下通过铜模的热流，同时该方法无法控制保护渣的浇注量，进而无法准确比较不同成分保护渣对界面热阻的影响。另外一种热流测试方法是浸渍法，它将保护渣在石墨坩埚中熔化，而后将通有冷却水的铜模浸入坩埚中，取出得到有一定厚度的渣膜；同时通过测量冷却水的进出温度，可计算得通过铜模的实时热流。这种方法工序简单，操作较为方便，简捷，可得到三层分布的保护渣(熔融层、结晶层和玻璃层)，实验条件接近生产实际。但也存在致命缺点：只能测量瞬时的综合热流，而无法测量稳态条件下的热流，同时无法准确控制保护渣的厚度。

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全面模拟接近生产实际的工况条件，实时测量保护渣的瞬时和稳态条件下的热流，以及渣膜与铜模间界面热阻，保护渣的厚度准确可控，试验样品制备方便，设备使用方便，稳定可靠，制造成本较低的连铸保护渣热流模拟测量装置。

本发明一种连铸保护渣热流模拟测量装置，包括热流发射系统、铜模结晶器、功率控制系统、数据采集/计算机控制系统、数字成像系统，所述功率控制系统一端与热流发射系统相连，另一端与数据采集/计算机控制系统连接，所述铜模结晶器放置在热流发射系统下方，数字成像系统设置在铜模结晶器旁边。

本发明一种连铸保护渣热流模拟测量装置中，所述热流发射系统的发热原件选自高温红外灯管、电阻、微波、激光中的至少一种，所述发热原件置于风冷加冷却水套构成的外壳内。