[发明专利]一种模拟连铸坯凝固组织的实验装置及方法

说明书

本发明公开一种模拟连铸坯凝固组织的实验装置，包括结晶单元和温度监测单元，结晶单元能围成结晶腔体，结晶单元的水冷壁内设置冷却通道，冷却通道与冷却介质源相连通，通过控制冷却介质的温度以及通入流量，以模拟连铸生产中板坯的冷却强度，温度监测单元的测试元件能实时监测结晶腔体内冷却介质的温度，以精确还原连铸坯的凝固过程。本发明还公开一种模拟连铸坯凝固组织的实验方法，选取目标单元，设定冷却介质流量参数，以还原连铸坯表面冷却强度随时间的变化过程，并分析凝固过程的热流密度，凝固结束后得到模拟单元，分析模拟单元的凝固组织。本发明能精确模拟连铸过程中板坯表面热流密度的变化过程，为连铸坯凝固组织研究提供便利。

技术领域

本发明涉及连铸生产技术领域，特别是涉及一种模拟连铸坯凝固组织的实验装置及方法。

背景技术

连铸工艺极大提高了钢坯的生产效率，缩短了从钢水到成坯的时间，且易于实现自动化。然而，连铸坯在凝固过程中会出现枝晶粗大、中心偏析严重等问题，这些凝固缺陷会大大影响铸坯的轧制性能和力学性能，降低产品的成材率。但由于连铸过程的高温、不透明和铸坯内部复杂的多物理场，研究连铸工艺参数对铸坯凝固组织的影响非常困难。

为了研究连铸工艺参数对凝固组织的影响，主要开发了工业实验、数值模拟、物理模拟这三种方法来研究连铸工艺参数对铸坯凝固组织的影响。虽然，工业实验方法可以准确解释连铸工艺参数对铸坯凝固过程的影响规律，但其昂贵的成本导致无法广泛开展实验。数值模拟可以低成本的预测铸坯凝固组织，但受限于凝固理论的发展和计算机的计算能力，模拟需要做出大量假设，使模拟结果与实际情况出现偏差。物理模拟具备低成本且实验结果准确的特点，利用少量钢液模拟连铸坯的凝固过程，可以有效降低工业实验的成本。同时，采用与连铸坯相同成分的钢液进行实验，可以准确的模拟钢液的凝固过程，获得的凝固组织与实际板坯更为接近。但由于连铸过程中铸坯依次经过结晶器与二冷区，使表面冷却强度随时间发生变化，鲜有物理模拟装置或方法能精确还原连铸坯的动态冷却过程，获得与实际相近的凝固组织。

因此，如何实现模拟连铸板动态冷却过程，从而为连铸坯凝固组织研究提供便利，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟连铸坯凝固组织的实验装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，使实验装置能够模拟连铸坯动态冷却过程，为连铸坯凝固组织研究提供便利条件。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种模拟连铸坯凝固组织的实验装置，包括：

结晶单元，所述结晶单元包括水冷壁和底座；

当模拟连铸板坯时，所述结晶单元还包括保温壁，所述水冷壁和所述保温壁的数量均为两组，两组所述水冷壁平行设置，且所述水冷壁平行于模拟的连铸坯的面积较大的侧面设置，两组所述保温壁平行设置且所述保温壁垂直于所述水冷壁，所述底座位于所述水冷壁以及所述保温壁的底部，所述水冷壁、所述保温壁以及所述底座围成能够容纳熔体的结晶腔体；

当模拟连铸方坯时，所述水冷壁的数量为四组，相邻的所述水冷壁互相垂直，所述底座位于所述水冷壁围成结构的底部，所述水冷壁以及所述底座围成能够容纳熔体的结晶腔体；

所述水冷壁内设置有冷却通道，所述冷却通道与冷却介质源相连通，所述保温壁以及所述底座靠近所述结晶腔体的一侧均设置有保温层；

温度监测单元，所述温度监测单元包括测试元件，所述测试元件能够监测所述水冷壁以及所述冷却通道内冷却介质的温度。

优选地，所述水冷壁包括铜板和水套，所述铜板开设有U形凹槽，所述铜板与所述水套相连，所述水套与所述U形凹槽围成所述冷却通道，所述保温层包括耐火砖和保温板，所述铜板和所述耐火砖形成所述结晶腔体的内壁。