專利名稱：一種用于連鑄輕壓下機(jī)理研究的高溫實(shí)驗(yàn)裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煉鋼連鑄技術(shù)領(lǐng)域，特別提供了一種連鑄輕壓下機(jī)理研究的高溫實(shí)驗(yàn)裝置與方法，對(duì)研究煉鋼連鑄輕壓下鋼的組織凝固與變形機(jī)理具有重要意義。
背景技術(shù)：
連鑄坯自拉出結(jié)晶器后，中心液相在選分結(jié)晶的作用下，不斷富集鋼中的雜質(zhì)和有害元素，至凝固末端時(shí)因坯殼體積收縮和鑄坯內(nèi)的熱應(yīng)力導(dǎo)致末端液相受力不均，加之末端凝固組織的復(fù)雜性，造成鑄坯中心宏觀偏析、中心疏松等缺陷。為改善鑄坯質(zhì)量，自上世紀(jì)九十年代以來(lái)，輕壓下技術(shù)應(yīng)用于連鑄工藝中，一定程度上改善了鑄坯質(zhì)量。但是，輕壓下的技術(shù)參數(shù)如壓下量、壓下速率、壓下力、壓下位置等，仍然處于根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定，或企業(yè)在鑄機(jī)上現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)后確定，輕壓下機(jī)理的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，導(dǎo)致輕壓下技術(shù)的開(kāi)發(fā)還不夠成熟。連鑄輕壓下機(jī)理的研究難度很大，主要原因是采取輕壓下技術(shù)的鑄坯在凝固過(guò)程中溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)和中心液芯的流場(chǎng)是非常復(fù)雜的，為實(shí)驗(yàn)研究帶來(lái)了很大難度，而現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)易造成生產(chǎn)不順行甚至停產(chǎn)，如果參數(shù)選擇不當(dāng)還會(huì)造成生成事故，并且經(jīng)濟(jì)代價(jià)大，參數(shù)變化范圍非常有限。為此，人們?cè)噲D通過(guò)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)對(duì)輕壓下機(jī)理進(jìn)行研究，仍處于起步階段。目前發(fā)現(xiàn)的研究中，田陸等人(參見(jiàn)文獻(xiàn)田陸等，連鑄輕壓下技術(shù)冷態(tài)模擬研究[J].鋼鐵研究， 2011,2:15)用冷態(tài)有機(jī)物丁二腈在室溫下進(jìn)行了輕壓下模擬研究，可以模擬部分與鋼液凝固組織相似的枝晶搭橋現(xiàn)象與偏析，無(wú)法模擬對(duì)中心疏松的影響，丁二腈與1500°C以上高溫鋼液的物理化學(xué)屬性有著很大區(qū)別，難以在機(jī)理上進(jìn)行深入研究，無(wú)法針對(duì)鋼鐵材料進(jìn)行定量研究，并且丁二腈為劇毒化學(xué)藥品，對(duì)人體和環(huán)境存在危害。其他研究還沒(méi)有開(kāi)發(fā)出一種可以進(jìn)行實(shí)體操作的、詳實(shí)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的輕壓下機(jī)理研究高溫實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)方法。對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行高溫研究的多借助于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，這對(duì)研究造成了很大的局限性。連鑄輕壓下的壓下量很小，為毫米數(shù)量級(jí)，操作控制精度高，因此，開(kāi)發(fā)一種可以進(jìn)行實(shí)體精確操作的、詳實(shí)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的輕壓下機(jī)理研究高溫實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)方法，具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種連鑄輕壓下機(jī)理研究的高溫實(shí)驗(yàn)裝置與方法，可以實(shí)現(xiàn)1500-1600°C高溫鋼水的澆鑄與輕壓下，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的精確測(cè)量與記錄，為機(jī)理研究提供詳實(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)具有可重復(fù)性，本裝置同時(shí)適用于熔點(diǎn)低于1600°C的其他合金的同類研究。
一種用于連鑄輕壓下機(jī)理研究的高溫實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)裝置由鑄模主體和外置施壓墻，位移傳感器，壓力傳感器，鑄模帽，支撐架，操作臺(tái)，位移傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換器，電源，壓力傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換器組成；鑄模主體包括底座，可滑動(dòng)支撐桿，滑動(dòng)墻，固定螺桿，背面固定墻，側(cè)面固定墻，熱電偶導(dǎo)孔，可拆卸固定墻一，活動(dòng)墻，可拆卸固定墻~.O以上設(shè)備及零部件的位置關(guān)系與連接關(guān)系如下底座平放于操作臺(tái)上；背面固定墻、側(cè)面固定墻與底座三者兩兩成直角關(guān)系并通過(guò)焊接連接在一起；滑動(dòng)墻豎直置于底座上，并通過(guò)可滑動(dòng)支撐桿與背面固定墻連接在一起；可拆卸固定墻一和可拆卸固定墻二，通過(guò)焊接固定在側(cè)面固定墻與滑動(dòng)墻之間，并在可拆卸固定墻一和可拆卸固定墻二之間按照活動(dòng)墻的尺寸留下空隙，活動(dòng)墻豎直放在此空隙內(nèi)；熱電偶導(dǎo)孔位于側(cè)面固定墻上，水平居中，垂直方向上高度與活動(dòng)墻中心的高度一致；固定螺桿通過(guò)焊接焊接在背面固定墻上； 外置施壓墻安裝在活動(dòng)墻外側(cè)，二者尺寸大小一致；位移傳感器和壓力傳感器安裝在外置施壓墻外側(cè)；鑄模帽放在鑄模主體上方，并且四面居中；工作時(shí)鑄模主體平放在操作臺(tái)上； 位移傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換器、電源和壓力傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換器安裝在支撐架上方。本發(fā)明有五個(gè)顯著的特點(diǎn)一是可以進(jìn)行煉鋼溫度下的高溫實(shí)驗(yàn)；二是通過(guò)可拆卸固定墻與活動(dòng)墻的配合，根據(jù)需要設(shè)計(jì)不同的尺寸，實(shí)施不同部位的輕壓下；三是傳感器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)采集卡與電腦終端連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的精確測(cè)量與記錄；四是實(shí)驗(yàn)參數(shù)選取范圍較寬，實(shí)驗(yàn)就有較高的可重復(fù)性，為輕壓下機(jī)理研究提供了可以實(shí)際操作的實(shí)驗(yàn)裝置；五是操作簡(jiǎn)便，經(jīng)濟(jì)投資較少，安全系數(shù)高。本裝置根據(jù)不同的鋼種兩相區(qū)寬度不同，由實(shí)際需要進(jìn)行不同比例大小的縮放； 根據(jù)連鑄坯斷面尺寸與形狀的不同，進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的腔壁內(nèi)型設(shè)計(jì)。鑄模帽一般選取鎂質(zhì)耐火材料材質(zhì)，鑄模主體采用鑄鐵或鋼板材質(zhì)，工作臺(tái)架采用鋼板與槽鋼材料加工而成。壓下設(shè)備根據(jù)壓下力的不同可以選用不同壓力的千斤頂或電液推桿實(shí)施輕壓下。一種用于連鑄輕壓下機(jī)理研究的高溫實(shí)驗(yàn)方法，根據(jù)研究需要，選擇不同重量的鋼水，加工與鋼水質(zhì)量匹配的鑄模裝置，即可進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。為保證實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行，本發(fā)明采取四個(gè)措施一是裝置上端有鑄模帽防止鋼液外溢；二是壓下處采用固定墻與活動(dòng)墻組合，可以進(jìn)行不同壓下位置的選擇；三是在進(jìn)行澆鑄前鑄模內(nèi)的耐火材料要進(jìn)行充分烘烤至完全干燥，防止高溫澆鑄時(shí)因潮濕引起爆炸；四是鑄?？苫瑒?dòng)支撐桿在留足間隙后，擰上保護(hù)螺母，保證在鑄錠變形后側(cè)面滑動(dòng)墻可以滑動(dòng)但又不會(huì)翻到，保證操作安全。本方法實(shí)施過(guò)程為
1)鑄模主體內(nèi)壁均勻地涂刷耐火材料,耐火材料選取水玻璃與鎂砂混合物,耐火材料厚度為2-4mm ；
2)用加熱爐或天然氣對(duì)鑄模主體進(jìn)行烘烤至完全干燥；
3)鑄模主體冷卻后，將其放置到工作臺(tái)架，用固定螺桿將鑄模主體固定在工作臺(tái)架
上；
4)擰緊可滑動(dòng)支撐桿上的保護(hù)螺母；
5)將千斤頂或電液推桿施力端通過(guò)外置壓力墻與活動(dòng)墻相連接，并在外置壓力墻上安裝好位移傳感器和壓力傳感器；
6)將熱電偶插入熱電偶導(dǎo)孔的等待位置；
7)將鑄模帽放置在鑄模主體上方中央處，并保證四面居中；8)檢查各傳感器元件、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器元件、熱電偶、電路元件、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)是否工作正常；
9)檢查完畢并確認(rèn)設(shè)備整體運(yùn)行正常；
10)將冶煉好的鋼水通過(guò)鑄模帽澆鑄到鑄模中；
11)澆鑄完畢，熱電偶插入到測(cè)量位，開(kāi)啟各傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，并通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡將相關(guān)數(shù)據(jù)記錄到計(jì)算機(jī)上；
12)啟動(dòng)千斤頂或電液推桿通過(guò)活動(dòng)墻對(duì)鑄錠施加輕壓下壓力；
13)達(dá)到設(shè)定壓下位置后，停止壓下操作；
14)將測(cè)量數(shù)據(jù)保存到計(jì)算機(jī)，并做好備份；
15)鑄錠冷卻后，脫模，編號(hào)。16)關(guān)閉所有設(shè)備，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是①實(shí)驗(yàn)條件與現(xiàn)場(chǎng)條件一致性強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)為高溫實(shí)驗(yàn)可進(jìn)行輕壓下精確操作，對(duì)研究連鑄輕壓下機(jī)理具有重要意義；③裝置簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，經(jīng)濟(jì)費(fèi)用少；④無(wú)人體危害或環(huán)境污染，安全性強(qiáng)，結(jié)果精確可靠。


圖I為本發(fā)明的鑄模主體2為本發(fā)明的連鑄輕壓下裝置整體裝配示意圖
附圖標(biāo)記包括1.底座，2.可滑動(dòng)支撐桿，3.滑動(dòng)墻，4.固定螺桿，5.背面固定墻，
6.側(cè)面固定墻，7.熱電偶導(dǎo)孔,8.可拆卸固定墻一,9.活動(dòng)墻，10.可拆卸固定墻二，11.外置施壓墻，12.位移傳感器，13.壓力傳感器，14.鑄模帽，15.支撐架，16.操作臺(tái)，17.鑄模主體，18位移傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換器,19.電源,20.壓力傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換器。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖I、圖2所示，本發(fā)明一種用于連鑄輕壓下機(jī)理研究的高溫實(shí)驗(yàn)裝置，底座I平放于操作臺(tái)16上；背面固定墻5、側(cè)面固定墻6與底座I三者兩兩成直角關(guān)系并通過(guò)焊接連接在一起；滑動(dòng)墻3豎直置于底座I上，并通過(guò)可滑動(dòng)支撐桿2與背面固定墻5連接在一起；可拆卸固定墻一 8和可拆卸固定墻二 10,通過(guò)焊接固定在側(cè)面固定墻6與滑動(dòng)墻3之間，并在可拆卸固定墻一 8和可拆卸固定墻二 10之間按照活動(dòng)墻9的尺寸留下空隙，活動(dòng)墻9豎直放在此空隙內(nèi)；熱電偶導(dǎo)孔7位于側(cè)面固定墻6上，水平居中，垂直方向上高度與活動(dòng)墻9中心的高度一致；固定螺桿4通過(guò)焊接焊接在背面固定墻5上；外置施壓墻11安裝在活動(dòng)墻9外側(cè)，二者尺寸大小一致；位移傳感器12和壓力傳感器13安裝在外置施壓墻 11外側(cè)；鑄模帽14放在鑄模主體17上方，并且四面居中；工作時(shí)鑄模主體17平放在操作臺(tái)16上；位移傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換器18、電源19和壓力傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換器20安裝在支撐架15 上方。實(shí)施例I
采用本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)某廠生產(chǎn)的GCrl5軸承鋼260mmX 260mm大方坯進(jìn)行輕壓下機(jī)理的研究分析。①將鑄模主體內(nèi)腔制作為方形，在內(nèi)壁均勻地刷涂耐火材料，進(jìn)行充分烘烤至完全干燥；鑄模主體冷卻后安裝到工作臺(tái)架上，并依次將保護(hù)螺母、千斤頂、 熱電偶、各個(gè)電器元件及鑄模帽安裝到位；調(diào)試好各檢測(cè)元件，做好澆鑄準(zhǔn)備。②澆鑄開(kāi)始， 將冶煉好的IOkg鋼液通過(guò)鑄模帽口進(jìn)行澆鑄，開(kāi)啟溫度、位移、壓力測(cè)量元件和數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量與采集。③啟動(dòng)千斤頂，實(shí)施輕壓下，達(dá)到設(shè)定壓下位置后，停止壓下操作。 ④將數(shù)據(jù)保存并備份，鑄錠冷卻后，脫模，對(duì)鑄錠進(jìn)行編號(hào)。⑤關(guān)閉所有設(shè)備，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。實(shí)施例2
采用本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)某廠生產(chǎn)的Q235鋼210mmX 1200mm板坯進(jìn)行輕壓下機(jī)理的研究分析。①將鑄模主體內(nèi)腔根據(jù)板坯斷面比例制作為矩形，在內(nèi)壁均勻地刷涂耐火材料，進(jìn)行充分烘烤至完全干燥；鑄模主體冷卻后安裝到工作臺(tái)架上，并依次將保護(hù)螺母、千斤頂、熱電偶、各個(gè)電器元件及鑄模帽安裝到位；調(diào)試好各檢測(cè)元件，做好澆鑄準(zhǔn)備。 ②澆鑄開(kāi)始，將冶煉好的15kg鋼液通過(guò)鑄模帽口進(jìn)行澆鑄，開(kāi)啟溫度、位移、壓力測(cè)量元件和數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量與采集。③啟動(dòng)電液推桿，達(dá)到設(shè)定壓下位置后，停止壓下操作。④將數(shù)據(jù)保存并備份，鑄錠冷卻后，脫模，對(duì)鑄錠進(jìn)行編號(hào)。⑤關(guān)閉所有設(shè)備，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。通過(guò)本實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)方法可以真實(shí)再現(xiàn)煉鋼連鑄輕壓下過(guò)程的各項(xiàng)操作，對(duì)連鑄輕壓下機(jī)理的研究有著重要意義。
權(quán)利要求
1.一種用于連鑄輕壓下機(jī)理研究的高溫實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是實(shí)驗(yàn)裝置由鑄模主體(17)和外置施壓墻(11)，位移傳感器(12)，壓力傳感器(13)，鑄模帽(14)，支撐架(15)，操作臺(tái)(16)，位移傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換器(18)，電源(19)，壓力傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換器(20)組成；鑄模主體(17)包括底座(1)，可滑動(dòng)支撐桿(2)，滑動(dòng)墻(3)，固定螺桿(4)，背面固定墻(5)，側(cè)面固定墻(6),熱電偶導(dǎo)孔(7),可拆卸固定墻一(8),活動(dòng)墻(9),可拆卸固定墻_■ (10)；以上設(shè)備及零部件的位置關(guān)系與連接關(guān)系如下底座(I)平放于操作臺(tái)(16)上；背面固定墻(5)、側(cè)面固定墻(6)與底座(I)三者兩兩成直角關(guān)系并通過(guò)焊接連接在一起；滑動(dòng)墻(3)豎直置于底座(I)上，并通過(guò)可滑動(dòng)支撐桿(2)與背面固定墻(5)連接在一起；可拆卸固定墻一(8)和可拆卸固定墻二(10)，通過(guò)焊接固定在側(cè)面固定墻(6)與滑動(dòng)墻(3)之間，并在可拆卸固定墻一(8)和可拆卸固定墻二(10)之間按照活動(dòng)墻(9)的尺寸留下空隙， 活動(dòng)墻(9)豎直放在此空隙內(nèi)；熱電偶導(dǎo)孔(7)位于側(cè)面固定墻(6)上，水平居中，垂直方向上高度與活動(dòng)墻(9)中心的高度一致；固定螺桿(4)通過(guò)焊接焊接在背面固定墻(5)上；外置施壓墻(11)安裝在活動(dòng)墻(9)外側(cè)，二者尺寸大小一致；位移傳感器(12)和壓力傳感器(13)安裝在外置施壓墻(11)外側(cè)；鑄模帽(14)放在鑄模主體(17)上方，并且四面居中；工作時(shí)鑄模主體(17)平放在操作臺(tái)(16)上；位移傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換器(18)、電源(19)和壓力傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換器(20)安裝在支撐架(15)上方。
2.一種采用權(quán)利要求I所述用于連鑄輕壓下機(jī)理研究的高溫實(shí)驗(yàn)裝置的高溫實(shí)驗(yàn)方法，其特征是根據(jù)研究鋼種需要，將熔煉好的具有一定過(guò)熱度的鋼水通過(guò)鑄模帽注入實(shí)驗(yàn)裝置中，熱電偶記錄鑄錠表面溫度，通過(guò)計(jì)算得到中心溫度分布及液芯的位置，根據(jù)不同預(yù)設(shè)方案通過(guò)千斤頂或電液推桿實(shí)施壓下，信號(hào)轉(zhuǎn)換器將傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換為毫伏信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡采集到計(jì)算機(jī)，并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示；根據(jù)研究需要，設(shè)計(jì)多種尺寸和型號(hào)的(8) 可拆卸墻、(9)活動(dòng)墻和(10)可拆卸墻，滿足多種鋼種和鑄坯連鑄輕壓下研究的需要；實(shí)施過(guò)程為鑄模主體內(nèi)壁均勻地涂刷耐火材料，耐火材料選取水玻璃與鎂砂混合物，耐火材料厚度為2-4mm ；用加熱爐或天然氣對(duì)鑄模主體進(jìn)行烘烤至完全干燥；鑄模主體冷卻后，將其放置到工作臺(tái)架，用固定螺桿將鑄模主體固定在工作臺(tái)架上；擰緊可滑動(dòng)支撐桿上的保護(hù)螺母；將千斤頂或電液推桿施力端通過(guò)外置壓力墻與活動(dòng)墻相連接，并在外置壓力墻上安裝好位移傳感器和壓力傳感器；將熱電偶插入熱電偶導(dǎo)孔的等待位置；將鑄模帽放置在鑄模主體上方中央處，并保證四面居中；檢查各傳感器元件、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器元件、熱電偶、電路元件、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)是否工作正常；檢查完畢并確認(rèn)設(shè)備整體運(yùn)行正常；將冶煉好的鋼水通過(guò)鑄模帽澆鑄到鑄模中；澆鑄完畢，熱電偶插入到測(cè)量位，開(kāi)啟各傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，并通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡將相關(guān)數(shù)據(jù)記錄到計(jì)算機(jī)上；啟動(dòng)千斤頂或電液推桿通過(guò)活動(dòng)墻對(duì)鑄錠施加輕壓下壓力；達(dá)到設(shè)定壓下位置后，停止壓下操作；將測(cè)量數(shù)據(jù)保存到計(jì)算機(jī)，并做好備份；鑄錠冷卻后，脫模，編號(hào)；關(guān)閉所有設(shè)備，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種研究連鑄輕壓下對(duì)鑄坯凝固組織影響機(jī)理的高溫實(shí)驗(yàn)裝置與方法，屬于煉鋼連鑄技術(shù)領(lǐng)域。其特征是實(shí)現(xiàn)了1500-1600℃煉鋼溫度下進(jìn)行與現(xiàn)場(chǎng)條件極為接近的高溫實(shí)驗(yàn)，具有設(shè)計(jì)巧妙，安全系數(shù)高，實(shí)驗(yàn)精度高，可重復(fù)性高的特點(diǎn)。其方法易于操作，根據(jù)需要設(shè)計(jì)不同的活動(dòng)墻和可拆卸固定墻的尺寸大小及鑄模主體內(nèi)腔形狀，實(shí)現(xiàn)各種斷面的鑄坯不同的位置進(jìn)行壓下。本發(fā)明的應(yīng)用和推廣，可以在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)連鑄輕壓下操作，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)保存，實(shí)驗(yàn)試樣滿足各種檢測(cè)要求，對(duì)深入研究連鑄輕壓下機(jī)理有著重要意義。
文檔編號(hào)B22D11/00GK102601324SQ20121006749
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月14日
發(fā)明者包燕平, 張立強(qiáng), 彭尊, 李怡宏, 林路, 王敏, 王毓男, 王睿, 馬文俊, 黃杰 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)