一種模擬薄帶連鑄工藝過(guò)程的方法和裝置制造方法
【專利摘要】一種模擬薄帶連鑄工藝過(guò)程的方法，將熔煉坩堝設(shè)置于一內(nèi)充保護(hù)性氣體的密閉空間或真空空間內(nèi)，上方設(shè)冷卻模具；冷卻模具安裝在傳動(dòng)桿上；實(shí)驗(yàn)時(shí)傳動(dòng)桿帶動(dòng)冷卻模具插入到熔煉坩堝內(nèi)的鋼水中，在冷卻模具插入鋼水后，鋼水迅速填充到兩冷卻模的間隙中，受到冷卻模的激冷作用后開(kāi)始凝固形成凝固坯殼，在正對(duì)于凝固坯殼表面位置安裝有冷卻噴嘴，利用測(cè)溫?zé)犭娕加涗浤膛鳉ぴ诶鋮s過(guò)程中溫度變化；在達(dá)到設(shè)定的冷卻溫度后，關(guān)閉冷卻噴嘴；開(kāi)啟設(shè)于熔煉坩堝外的感應(yīng)線圈對(duì)試樣凝固試樣進(jìn)行快速加熱保溫，試樣保溫的溫度根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的卷取溫度要求設(shè)定，利用感應(yīng)線圈保溫緩冷來(lái)模擬薄帶連鑄產(chǎn)品在線卷取后的緩冷過(guò)程。
【專利說(shuō)明】一種模擬薄帶連鑄工藝過(guò)程的方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋼鐵冶金，特別涉及一種模擬薄帶連鑄工藝過(guò)程的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，近終型連鑄技術(shù)迅速發(fā)展，尤其以雙輥薄帶連鑄工藝為代表。雙輥薄帶連鑄過(guò)程中，有兩個(gè)結(jié)晶輥和側(cè)封板構(gòu)成的熔池內(nèi)鋼水與結(jié)晶輥接觸后，在極短的時(shí)間內(nèi)快速凝固形成凝固殼，經(jīng)過(guò)雙輥的鑄軋作用后形成鑄帶，隨后鑄帶經(jīng)過(guò)二次冷卻及卷取后形成成品卷。薄帶連鑄工藝與傳統(tǒng)帶鋼生產(chǎn)工藝存在較大的差異，新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)除了研究薄帶連鑄亞快速凝固的影響外，還需要了解薄帶連鑄鑄帶在經(jīng)過(guò)二次冷卻和卷取后，產(chǎn)品的組織特點(diǎn)及后續(xù)冷卻工藝的影響。上述研究如果只能在薄帶連鑄中試機(jī)組上進(jìn)行試驗(yàn)，無(wú)疑會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)成本高昂、研發(fā)周期加長(zhǎng)。
[0003]目前對(duì)于雙輥薄帶連鑄技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室研究手段和研究設(shè)備還非常單一，大部分的是集中在薄帶連鑄的亞快速凝固過(guò)程研究中。如美國(guó)專利US5720336和文獻(xiàn)((Experimental Studies of Interfacial Heat Transfer andlnitial SolidificationPertinent to Strip Casting)) (Les STREZOV 等，ISIJ，Vol.38，9，1998:959-966)介紹了一種實(shí)驗(yàn)室研究亞快速凝固的實(shí)驗(yàn)裝置，通過(guò)動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將裝有單面?zhèn)鳠岬你~質(zhì)試樣塊快速插入熔融的鋼液中，采集鋼水與試樣塊之間傳熱的溫度信號(hào)，通過(guò)計(jì)算，可以得到鋼水與試樣塊表面(冷卻基底)之間的界面熱流。該實(shí)驗(yàn)同時(shí)得到的樣品是一側(cè)枝晶高度發(fā)達(dá)的凝固坯殼，可以研究不同工藝下的亞快速凝固組織變化情況。文獻(xiàn)《Observingand Measuring Solidification Phenomena at HighTemperatures》(A.W.Cramb 等，J0M,Vol.51 (7)，1999)中公布了研究吹落到基體上的鋼液滴亞快速凝固過(guò)程中瞬態(tài)熱流的研究裝置，該方法優(yōu)點(diǎn)是能夠快速測(cè)定瞬間界面換熱系數(shù)，缺點(diǎn)是設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且要求液滴中心點(diǎn)正好落在熱電偶測(cè)試點(diǎn)，因此對(duì)測(cè)試精度要求高，成功率相對(duì)較低。
[0004]文獻(xiàn)〈〈Analysis and Prevention of Dent Defects Formed during StripCastingof Twin-1nduced Plasticity Steels)) (MANJIN HA, WAN-S00 IQM 等，METALLURGICAL ANDMATERIALS TRANSACTIONS A, Vol.39A,2008:1087-1098)公開(kāi)了一種模擬研究薄帶連鑄亞快速凝固過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置，將以一定間隔對(duì)放的冷卻基體插入到鋼水中，研究基體表面形貌與環(huán)境氣氛對(duì)亞快速凝固過(guò)程的影響，該方法能夠獲得與雙輥薄帶連鑄鑄帶相同的凝固組織，可以模擬薄帶連鑄的快速凝固過(guò)程。
[0005]文獻(xiàn)《熔體過(guò)熱對(duì)AISI304不銹鋼亞快速凝固薄帶組織的影響》(馬建超，楊院生等，金屬學(xué)報(bào)，Vol.43,8,2007:879-882)介紹了另一種實(shí)驗(yàn)室模擬研究薄帶連珠亞快速凝固過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置，通過(guò)水冷銅模的冷卻作用，使?jié)茶T的鋼水快速凝固形成薄帶，該裝置可以得到一定規(guī)則尺寸的薄帶，可以較為方便的進(jìn)行微觀組織方面的研究工作。但其缺點(diǎn)是，
(I)該裝置由于水冷銅模的冷速較大，鋼水注入后，很快在熔池澆鑄口被凝固，后續(xù)鋼水很難繼續(xù)注入，試驗(yàn)過(guò)程中會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)熔池堵塞現(xiàn)象；(2)該裝置在得到凝固試樣后無(wú)法快速取出，不能進(jìn)行后續(xù)控冷模擬薄帶連鑄的后續(xù)冷卻工藝，無(wú)法驗(yàn)證產(chǎn)品在薄帶連鑄工藝下的生產(chǎn)可行性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種模擬薄帶連鑄工藝過(guò)程的方法和裝置，在實(shí)驗(yàn)室中能夠模擬薄帶連鑄的工藝過(guò)程，最終獲得與薄帶連鑄工藝過(guò)程及組織相同的實(shí)驗(yàn)樣品。
[0007]在雙輥薄帶連鑄工藝中，主要通過(guò)澆鑄凝固、二次冷卻和卷取溫度控制三個(gè)工藝過(guò)程來(lái)影響鑄帶產(chǎn)品的最終組織。本發(fā)明即是通過(guò)對(duì)上述三個(gè)過(guò)程的模擬來(lái)獲得與薄帶連鑄產(chǎn)品相同組織的實(shí)驗(yàn)樣品，以便進(jìn)行后續(xù)的分析處理。
[0008]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0009]一種模擬薄帶連鑄工藝過(guò)程的方法，將熔煉坩堝設(shè)置于一內(nèi)充保護(hù)性氣體的密閉空間或真空空間內(nèi)，熔煉坩堝上方的密閉空間或真空空間開(kāi)設(shè)一開(kāi)口及相應(yīng)的蓋體；密閉空間或真空空間上方設(shè)置一個(gè)冷卻模具，該模具主要由兩個(gè)中間保持一定縫隙的冷卻模構(gòu)成，其縫隙間距為2?5mm，縫隙間距可調(diào)節(jié)，用于模擬薄帶連鑄結(jié)晶輥的輥縫；冷卻模具安裝在傳動(dòng)桿上，在傳動(dòng)桿的作用下冷卻模具可自開(kāi)口出入密閉空間或真空空間；兩冷卻模間隙安裝有測(cè)溫?zé)犭娕?，鋼水在冷卻模縫隙中凝固時(shí)將測(cè)溫?zé)犭娕贾苯影睬度氲侥虡悠分?，在?shí)驗(yàn)過(guò)程中可以測(cè)量凝固坯殼的溫度變化；實(shí)驗(yàn)時(shí)傳動(dòng)桿帶動(dòng)冷卻模具插入到熔煉坩堝內(nèi)的鋼水中，通過(guò)鋼水在冷卻模內(nèi)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)模擬實(shí)際生產(chǎn)中熔池內(nèi)鋼水與旋轉(zhuǎn)結(jié)晶輥的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；傳動(dòng)桿傳動(dòng)速度的設(shè)定可根據(jù)薄帶連鑄的澆鑄速度確定；在冷卻模具插入鋼水后，鋼水迅速填充到兩冷卻模的間隙中，受到冷卻模的激冷作用后開(kāi)始凝固形成凝固坯殼，通過(guò)計(jì)時(shí)器控制冷卻模具在鋼水中的停留時(shí)間，在達(dá)到設(shè)定的停留時(shí)間后，傳動(dòng)桿帶動(dòng)冷卻模具脫離鋼水，將冷卻模具迅速分離；在正對(duì)于凝固坯殼表面位置安裝有冷卻噴嘴，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要可以不同冷卻速度對(duì)凝固坯殼進(jìn)行氣體冷卻、氣霧冷卻或噴水冷卻；利用測(cè)溫?zé)犭娕加涗浤膛鳉ぴ诶鋮s過(guò)程中溫度變化，并對(duì)冷卻噴嘴的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制凝固試樣以實(shí)驗(yàn)設(shè)定的冷卻速度進(jìn)行二次冷卻；在達(dá)到設(shè)定的冷卻溫度后，關(guān)閉冷卻噴嘴，停止冷卻；開(kāi)啟設(shè)置于熔煉坩堝外的感應(yīng)加熱線圈對(duì)凝固試樣進(jìn)行快速加熱保溫，試樣保溫的溫度根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的的卷取溫度要求設(shè)定，利用感應(yīng)加熱線圈保溫緩冷來(lái)模擬薄帶連鑄產(chǎn)品在線卷取后的緩冷過(guò)程。
[0010]進(jìn)一步，所述的密閉空間為一箱體結(jié)構(gòu)；所述的真空空間為真空爐。
[0011]所述的冷卻模為銅塊。
[0012]所述冷卻模除了與鋼水接觸的內(nèi)表面外，冷卻模其余側(cè)面和底面均采用絕熱耐火材料包覆，保證鋼水在冷卻模內(nèi)表面的一維傳熱強(qiáng)度。
[0013]本發(fā)明的一種模擬薄帶連鑄工藝過(guò)程的裝置，其包括，熔煉坩堝，其繞設(shè)感應(yīng)熔煉線圈；熔煉坩堝設(shè)置于一內(nèi)充保護(hù)性氣體的密閉空間或真空空間內(nèi)，熔煉坩堝上方的空間開(kāi)設(shè)一開(kāi)口及相應(yīng)的蓋體；一個(gè)冷卻模具，設(shè)置在熔煉坩堝上方，該模具安裝在可上下運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)桿上，其主要由兩個(gè)中間保持一定縫隙的冷卻模構(gòu)成；傳動(dòng)桿連接于驅(qū)動(dòng)電機(jī)；測(cè)溫?zé)犭娕?，設(shè)置于兩冷卻模間隙中；冷卻噴嘴，設(shè)置于密閉空間或真空空間外對(duì)應(yīng)所述傳動(dòng)桿的兩側(cè)；感應(yīng)加熱線圈，設(shè)置于密閉空間或真空空間外對(duì)應(yīng)所述傳動(dòng)桿的兩側(cè)；數(shù)據(jù)采集裝置及計(jì)算機(jī)，測(cè)溫?zé)犭娕歼B接數(shù)據(jù)采集裝置及計(jì)算機(jī)。
[0014]通過(guò)本發(fā)明模擬方法，可以模擬雙輥薄帶連鑄工藝的快速凝固、二次冷卻及卷取過(guò)程，獲得的凝固樣品可以進(jìn)行后續(xù)的室溫組織、析出物研究分析以及熱軋冷軋等工藝研究。
[0015]本發(fā)明與已有技術(shù)的區(qū)別和改進(jìn)之處:
[0016]在現(xiàn)有以公開(kāi)的專利文獻(xiàn)中，對(duì)薄帶連鑄工藝的模擬主要集中于鋼水與結(jié)晶輥接觸時(shí)的快速凝固過(guò)程的模擬。如美國(guó)專利US5720336和文獻(xiàn)《Experimental Studies ofInterfacial Heat Transfer and Initial SolidificationPertinent to Strip Casting))(Les STREZOV等，ISIJ, Vol.38，9，1998:959-966)中公開(kāi)了一種實(shí)驗(yàn)方法和裝置，通過(guò)將銅塊插入鋼水中研究界面?zhèn)鳠岷统跏寄踢^(guò)程，該裝置僅適于薄帶連鑄初期的凝固和傳熱過(guò)程模擬研究，其模擬獲得的凝固樣品與薄帶連鑄組織只有部分一致，且不具備薄帶連鑄二次冷卻及卷取過(guò)程模擬研究的能力。本發(fā)明與之不同，采用特別設(shè)計(jì)的冷卻模保證凝固樣品與實(shí)際薄帶連鑄凝固組織相一致，采用冷卻噴嘴對(duì)凝固試樣控溫噴淋冷卻，及感應(yīng)加熱保溫緩冷等措施，實(shí)現(xiàn)了薄帶連鑄快速凝固、二次冷卻及卷取的全過(guò)程模擬。
[0017]歐洲專利EP362983A1公開(kāi)了一種薄帶的生產(chǎn)方法，通過(guò)將一個(gè)中間有間隙、四周絕熱的模具浸入到鋼水中，鋼水在模具的間隙中凝固，從模具的上方將凝固的薄帶從模具中拉出進(jìn)行軋制或卷取。由于薄鑄帶高溫下強(qiáng)度極低，拉伸過(guò)程中鑄帶斷裂是無(wú)法避免的。本發(fā)明中采用將冷卻模具快速插入鋼水中，利用冷卻模具與鋼水的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使鋼水進(jìn)入高冷卻模的間隙中凝固，并通過(guò)對(duì)凝固樣品后續(xù)的控溫冷卻來(lái)模擬雙輥薄帶連鑄的工藝過(guò)程。
[0018]文獻(xiàn)〈〈Analysis and Prevention of Dent Defects Formed during StripCastingof Twin-1nduced Plasticity Steels)) (MANJIN HA, WAN-S00 IQM 等，METALLURGICAL ANDMATERIALS TRANSACTIONS A, Vol.39A,2008:1087-1098)公開(kāi)了一種模擬研究薄帶連鑄亞快速凝固過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置。本發(fā)明與之不同在于，在特別設(shè)計(jì)的冷卻模內(nèi)安裝熱電偶，可以在鋼水填充進(jìn)冷卻模凝固后，將熱電偶嵌入在凝固樣品上，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制凝固樣品的冷卻過(guò)程，保證凝固樣品與實(shí)際薄帶連鑄的工藝過(guò)程相一致。冷卻?？焖俜蛛x后特別采用冷卻噴嘴對(duì)凝固試樣控溫噴淋冷卻，及感應(yīng)加熱保溫緩冷等措施，實(shí)現(xiàn)了薄帶連鑄快速凝固、二次冷卻及卷取的全過(guò)程模擬。
[0019]本發(fā)明的有益效果是:
[0020]1.本發(fā)明中，通過(guò)冷卻模實(shí)現(xiàn)一維傳熱模擬薄帶連鑄快速凝固過(guò)程，與實(shí)際生產(chǎn)工況符合性好。
[0021]2.本發(fā)明中，將冷卻模插入鋼水中，通過(guò)鋼水與冷卻模相對(duì)運(yùn)動(dòng)模擬實(shí)際生產(chǎn)中熔池內(nèi)鋼水與結(jié)晶輥的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
[0022]3.本發(fā)明中，可以獲得與薄帶連鑄鑄帶產(chǎn)品凝固組織一致的實(shí)驗(yàn)室樣品。
[0023]4.本發(fā)明中，利用熱電偶實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)凝固試樣溫度變化并控制凝固試樣的二次冷卻及卷取過(guò)程。
[0024]5.本發(fā)明中，凝固樣品二次冷卻過(guò)程與薄帶連鑄鑄帶產(chǎn)品一致。
[0025]6.本發(fā)明中，利用快速感應(yīng)加熱對(duì)樣品進(jìn)行保溫緩冷模擬實(shí)際生產(chǎn)中鑄卷的冷卻過(guò)程。
[0026]7.本發(fā)明中，可以獲得與與薄帶連鑄鑄帶產(chǎn)品室溫組織一致的實(shí)驗(yàn)室樣品?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1為本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖。
[0028]圖2為圖1的放大示意圖。
[0029]圖3為本發(fā)明方法制備的試樣的枝晶組織的示意圖。
[0030]圖4為薄帶連鑄工藝制備的試樣的枝晶組織的示意圖。
[0031]圖5為本發(fā)明與薄帶連鑄工藝二次冷卻過(guò)程對(duì)比示意圖。
[0032]圖6為本發(fā)明方法制備的試樣的室溫組織照片。
[0033]圖7為薄帶連鑄工藝制備的試樣的室溫組織照片。
【具體實(shí)施方式】
[0034]參見(jiàn)圖1、圖2，本發(fā)明的模擬薄帶連鑄工藝過(guò)程的裝置，其包括，熔煉坩堝2，其繞設(shè)感應(yīng)熔煉線圈3 ;熔煉坩堝2設(shè)置于一內(nèi)充保護(hù)性氣體的密閉空間或真空空間I內(nèi)，熔煉坩堝2上方的空間開(kāi)設(shè)一開(kāi)口及相應(yīng)的蓋體101 ;—個(gè)冷卻模具4，設(shè)置在熔煉坩堝2上方，該模具安裝在可上下運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)桿5上，其由兩個(gè)中間保持一定縫隙的冷卻模41、42構(gòu)成；傳動(dòng)桿5連接于驅(qū)動(dòng)電機(jī)6，驅(qū)動(dòng)電機(jī)6由支架13支撐；測(cè)溫?zé)犭娕?，設(shè)置于兩冷卻模41、42間隙中；冷卻噴嘴8，設(shè)置于密閉空間或真空空間I外對(duì)應(yīng)所述傳動(dòng)桿5的兩側(cè)；感應(yīng)加熱線圈9，設(shè)置于密閉空間或真空空間I外對(duì)應(yīng)所述傳動(dòng)桿5的兩側(cè)；數(shù)據(jù)采集裝置及計(jì)算機(jī)10，測(cè)溫?zé)犭娕?連接到數(shù)據(jù)采集裝置及計(jì)算機(jī)10。
[0035]進(jìn)一步，所述的密閉空間為一箱體結(jié)構(gòu)；所述的真空空間為真空爐。
[0036]所述的冷卻模41、42為銅塊。所述冷卻模41、42除了與鋼水11接觸的內(nèi)表面外，冷卻模其余側(cè)面和底面均采用絕熱耐火材料12包覆，保證鋼水在冷卻模內(nèi)表面的一維傳熱強(qiáng)度。
[0037]本發(fā)明一種模擬薄帶連鑄工藝過(guò)程的方法，將熔煉坩堝2設(shè)置于一內(nèi)充保護(hù)性氣體的密閉空間或真空空間I內(nèi)，熔煉坩堝2上方的密閉空間或真空空間開(kāi)設(shè)一開(kāi)口及相應(yīng)的蓋體；密閉空間或真空空間上方設(shè)置一個(gè)冷卻模具4，該模具主要由兩個(gè)中間保持一定縫隙的冷卻模構(gòu)成，其縫隙間距為2?5mm，縫隙間距可調(diào)節(jié)，用于模擬薄帶連鑄結(jié)晶輥的輥縫；冷卻模具安裝在傳動(dòng)桿5上，在傳動(dòng)桿5的作用下冷卻模具4可自開(kāi)口出入密閉空間或真空空間I ;兩冷卻模間隙安裝有測(cè)溫?zé)犭娕?，鋼水在冷卻?？p隙中凝固時(shí)將測(cè)溫?zé)犭娕贾苯影睬度氲侥虡悠分?，在?shí)驗(yàn)過(guò)程中可以測(cè)量凝固坯殼的溫度變化；實(shí)驗(yàn)時(shí)傳動(dòng)桿帶動(dòng)冷卻模具插入到熔煉坩堝2內(nèi)的鋼水11中，通過(guò)鋼水11在冷卻模內(nèi)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)模擬實(shí)際生產(chǎn)中熔池內(nèi)鋼水與旋轉(zhuǎn)結(jié)晶輥的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；傳動(dòng)桿傳動(dòng)速度的設(shè)定可根據(jù)薄帶連鑄的澆鑄速度確定；在冷卻模具插入鋼水后，鋼水11迅速填充到兩冷卻模41、42的間隙中，受到冷卻模41、42的激冷作用后開(kāi)始凝固形成凝固坯殼，通過(guò)計(jì)時(shí)器控制冷卻模具4在鋼水中的停留時(shí)間，在達(dá)到設(shè)定的停留時(shí)間后，傳動(dòng)桿5帶動(dòng)冷卻模具4脫離鋼水11，將冷卻模具4迅速分離；在正對(duì)于凝固坯殼表面位置安裝有冷卻噴嘴8，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要可以不同冷卻速度對(duì)凝固坯殼進(jìn)行氣體冷卻、氣霧冷卻或噴水冷卻；利用測(cè)溫?zé)犭娕?記錄凝固坯殼在冷卻過(guò)程中溫度變化，并對(duì)冷卻噴嘴8的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制凝固試樣以實(shí)驗(yàn)設(shè)定的冷卻速度進(jìn)行二次冷卻；在達(dá)到設(shè)定的冷卻溫度后，關(guān)閉冷卻噴嘴8，停止冷卻；開(kāi)啟感應(yīng)加熱線圈9對(duì)凝固試樣進(jìn)行快速加熱保溫，試樣保溫的溫度根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的的卷取溫度要求設(shè)定，利用感應(yīng)加熱線圈保溫緩冷來(lái)模擬薄帶連鑄產(chǎn)品在線卷取后的緩冷過(guò)程。
[0038]進(jìn)一步，所述的密閉空間為一箱體；所述的真空空間為真空爐。所述的冷卻模為銅塊。所述冷卻模除了與鋼水接觸的內(nèi)表面外，冷卻模其余側(cè)面和底面均采用絕熱耐火材料包覆，保證鋼水在冷卻模內(nèi)表面的一維傳熱強(qiáng)度。
[0039]實(shí)施例
[0040]本發(fā)明冷卻模具由兩個(gè)中間有一定縫隙的冷卻模(銅塊)構(gòu)成，其縫隙間距為
2.5mm，用于模擬薄帶連鑄結(jié)晶輥的輥縫。在兩冷卻模間隙安裝有測(cè)溫?zé)犭娕?，熱電偶分度?hào)為S型，鋼水在冷卻模縫隙中凝固時(shí)可以將熱電偶直接包覆嵌入到凝固樣品中，熱電偶與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相聯(lián)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以監(jiān)控凝固樣品的溫度變化。兩冷卻模(銅塊)可以快速分離，除了與鋼液接觸的內(nèi)相對(duì)表面外，冷卻模其余側(cè)面和底面均采用絕熱耐火材料包覆，耐火材料材質(zhì)為氧化鋁，保證鋼水在冷卻模內(nèi)表面的一維傳熱強(qiáng)度。
[0041]實(shí)驗(yàn)鋼水為0.06% C低碳鋼，鋼水溫度為1560°C。實(shí)驗(yàn)時(shí)將冷卻模具安裝在傳動(dòng)桿上，傳動(dòng)桿被傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以lm/s的速度帶動(dòng)冷卻模插入到鋼水中，通過(guò)鋼水在冷卻模內(nèi)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)模擬實(shí)際生產(chǎn)中熔池內(nèi)鋼水與旋轉(zhuǎn)結(jié)晶輥的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在冷卻模具插入鋼水后，鋼水迅速填充到兩冷卻模的間隙中，受到冷卻模的激冷作用后開(kāi)始凝固，通過(guò)計(jì)時(shí)器控制冷卻模具在鋼水中停留0.3s，在達(dá)到設(shè)定的停留時(shí)間后，傳動(dòng)桿帶動(dòng)冷卻模具脫離鋼水，將冷卻模具迅速分離。在正對(duì)于凝固坯殼表面位置安裝有冷卻噴嘴，冷卻噴嘴對(duì)凝固樣品進(jìn)行氣霧噴淋冷卻。利用測(cè)溫?zé)犭娕加涗浤膛鳉ぴ诶鋮s過(guò)程中溫度變化，并對(duì)冷卻噴嘴的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制凝固試樣以30°C/s的冷卻速度進(jìn)行二次冷卻。在達(dá)到650°C溫度后，關(guān)閉冷卻噴嘴，停止冷卻。開(kāi)啟感應(yīng)加熱線圈對(duì)試樣凝固試樣進(jìn)行快速加熱保溫并緩冷，試樣保溫的溫度為600°C，利用感應(yīng)加熱線圈保溫緩冷來(lái)模擬薄帶連鑄產(chǎn)品在線卷取后的緩冷過(guò)程，凝固樣品的緩冷速度為1°C /min0通過(guò)本模擬方法，可以模擬雙輥薄帶連鑄工藝的快速凝固、二次冷卻及卷取過(guò)程。獲得的凝固樣品可以進(jìn)行后續(xù)的室溫組織、析出物研究分析以及熱軋冷軋等工藝研究。
[0042]在采用上述實(shí)驗(yàn)參數(shù)、利用本發(fā)明實(shí)驗(yàn)方法得到的含碳0.06%的低碳鋼與成分工藝相同的低碳鋼薄帶樣品進(jìn)行對(duì)比:
[0043]1、凝固枝晶組織
[0044]試樣的枝晶組織可以表征凝固過(guò)程中的枝晶生長(zhǎng)狀況，從圖3、圖4中可以看到，實(shí)驗(yàn)室模擬樣品的枝晶組織為兩側(cè)發(fā)達(dá)的柱狀晶組織向內(nèi)生長(zhǎng)，這與薄帶連鑄樣品的枝晶組織相似。利用兩種樣品的二次枝晶臂間距定量表征兩種樣品之間的枝晶組織相似程度，測(cè)量結(jié)果表明，兩種樣品的二次枝晶臂間距均為6?IOum左右，說(shuō)明兩種樣品在凝固過(guò)程中的冷卻速度范圍是一致的，采用本發(fā)明實(shí)驗(yàn)方法可以模擬薄帶連鑄的凝固過(guò)程。
[0045]2、二次冷卻速度
[0046]為檢測(cè)控制樣品冷卻速度，采用熱電偶實(shí)時(shí)記錄試樣在插入鋼水后的冷卻情況，并與薄帶連鑄工藝產(chǎn)品冷卻降溫過(guò)程進(jìn)行對(duì)比，如圖5所示?？梢钥吹綄?shí)驗(yàn)室模擬的樣品的二次冷卻速度與薄帶連鑄低碳鋼產(chǎn)品的冷卻速度大致相當(dāng)，都在30?40 V /s左右，說(shuō)明采用本發(fā)明實(shí)驗(yàn)室模擬的方法可以模擬薄帶連鑄產(chǎn)品的冷卻過(guò)程。
[0047]3、樣品室溫組織
[0048]利用本發(fā)明實(shí)驗(yàn)方法得到的含碳0.06%的低碳鋼的室溫組織與薄帶連鑄室溫組織對(duì)比(見(jiàn)圖6、圖7)可以看到，兩種方法的得到的樣品組織均為多邊形鐵素體+貝氏體組織，兩者的室溫組織具有相似性，說(shuō)明采用本發(fā)明實(shí)驗(yàn)方法可以模擬薄帶連鑄產(chǎn)品的組織特征。
[0049]通過(guò)上述三個(gè)方面的對(duì)比驗(yàn)證表明，采用本發(fā)明實(shí)驗(yàn)方法在實(shí)驗(yàn)室中模擬薄帶連鑄的產(chǎn)品組織工藝是可靠的。可以利用本發(fā)明方法進(jìn)行新產(chǎn)品(鋼種)的工藝組織模擬實(shí)驗(yàn)，同時(shí)，所獲得的實(shí)驗(yàn)室樣品還可以進(jìn)行后續(xù)的組織性能分析以及熱軋、冷軋等工藝探索。
【權(quán)利要求】
1.一種模擬薄帶連鑄工藝過(guò)程的方法，將熔煉坩堝設(shè)置于一內(nèi)充保護(hù)性氣體的密閉空間或真空空間內(nèi)，熔煉坩堝上方的密閉空間或真空空間開(kāi)設(shè)一開(kāi)口及相應(yīng)的蓋體；密閉空間或真空空間上方設(shè)置一個(gè)冷卻模具，該模具主要由兩個(gè)中間保持一定縫隙的冷卻模構(gòu)成，其縫隙間距為2~5mm，縫隙間距可調(diào)節(jié)，用于模擬薄帶連鑄結(jié)晶輥的輥縫；冷卻模具安裝在傳動(dòng)桿上，在傳動(dòng)桿的作用下冷卻模具可自開(kāi)口出入密閉空間或真空空間；兩冷卻模間隙安裝有測(cè)溫?zé)犭娕?，鋼水在冷卻?？p隙中凝固時(shí)將測(cè)溫?zé)犭娕贾苯影睬度氲侥虡悠分校趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中可以測(cè)量凝固坯殼的溫度變化；實(shí)驗(yàn)時(shí)傳動(dòng)桿帶動(dòng)冷卻模具插入到熔煉坩堝內(nèi)的鋼水中，通過(guò)鋼水在冷卻模內(nèi)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)模擬實(shí)際生產(chǎn)中熔池內(nèi)鋼水與旋轉(zhuǎn)結(jié)晶輥的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；傳動(dòng)桿傳動(dòng)速度的設(shè)定可根據(jù)薄帶連鑄的澆鑄速度確定；在冷卻模具插入鋼水后，鋼水迅速填充到兩冷卻模的間隙中，受到冷卻模的激冷作用后開(kāi)始凝固形成凝固坯殼，通過(guò)計(jì)時(shí)器控制冷卻模具在鋼水中的停留時(shí)間，在達(dá)到設(shè)定的停留時(shí)間后，傳動(dòng)桿帶動(dòng)冷卻模具脫離鋼水，將冷卻模具迅速分離；在正對(duì)于凝固坯殼表面位置安裝有冷卻噴嘴，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要可以不同冷卻速度對(duì)凝固坯殼進(jìn)行氣體冷卻、氣霧冷卻或噴水冷卻；利用測(cè)溫?zé)犭娕加涗浤膛鳉ぴ诶鋮s過(guò)程中溫度變化，并對(duì)冷卻噴嘴的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制凝固試樣即凝固坯殼以實(shí)驗(yàn)設(shè)定的冷卻速度進(jìn)行二次冷卻；在達(dá)到設(shè)定的冷卻溫度后，關(guān)閉冷卻噴嘴，停止冷卻；開(kāi)啟設(shè)置于熔煉坩堝外的感應(yīng)加熱線圈對(duì)凝固試樣進(jìn)行快速加熱保溫，試樣保溫的溫度根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的的卷取溫度要求設(shè)定，利用感應(yīng)加熱線圈保溫緩冷來(lái)模擬薄帶連鑄產(chǎn)品在線卷取后的緩冷過(guò)程。
2.如權(quán)利要求1所述的模擬薄帶連鑄工藝過(guò)程的方法，其特征是，所述的密閉空間為一箱體結(jié)構(gòu)；所述的真空空間為真空爐。
3.如權(quán)利要求1所述的模擬薄帶連鑄工藝過(guò)程的方法，其特征是，所述冷卻模除了與鋼水接觸的內(nèi)表面外，冷卻模其余側(cè)面和底面均采用絕熱耐火材料包覆，保證鋼水在冷卻模內(nèi)表面的一維傳熱強(qiáng)度。
4.如權(quán)利要求1或3所述的模擬薄帶連鑄工藝過(guò)程的方法，其特征是，所述的冷卻模為銅塊。
5.一種模擬薄帶連鑄工藝過(guò)程的裝置，其特征是，包括， 熔煉坩堝，其繞設(shè)感應(yīng)熔煉線圈；熔煉坩堝設(shè)置于一內(nèi)充保護(hù)性氣體的密閉空間或真空空間內(nèi)，熔煉坩堝上方的空間開(kāi)設(shè)一開(kāi)口及相應(yīng)的蓋體； 一個(gè)冷卻模具，設(shè)置在熔煉坩堝上方，該模具安裝在可上下運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)桿上，其主要由兩個(gè)中間保持一定縫隙的冷卻模構(gòu)成；傳動(dòng)桿連接于驅(qū)動(dòng)電機(jī)； 測(cè)溫?zé)犭娕?，設(shè)置于兩冷卻模間隙中； 冷卻噴嘴，設(shè)置于密閉空間或真空空間外對(duì)應(yīng)所述傳動(dòng)桿的兩側(cè)； 感應(yīng)加熱線圈，設(shè)置于密閉空間或真空空間外對(duì)應(yīng)所述傳動(dòng)桿的兩側(cè)； 數(shù)據(jù)采集裝置及計(jì)算機(jī)，測(cè)溫?zé)犭娕歼B接數(shù)據(jù)采集裝置及計(jì)算機(jī)。
6.如權(quán)利要求5所述的模擬薄帶連鑄工藝過(guò)程的裝置，其特征是，所述冷卻模除了與鋼水接觸的內(nèi)表面外，冷卻模其余側(cè)面和底面均采用絕熱耐火材料包覆，保證鋼水在冷卻模內(nèi)表面的一維傳熱強(qiáng)度。
7.如權(quán)利要求5所述的模擬薄帶連鑄工藝過(guò)程的方法，其特征是，所述的密閉空間為一箱體結(jié)構(gòu)；所述的真空空間為真空爐。
8.如權(quán)利要求5所述的模擬薄帶連鑄工藝過(guò)程的方法，其特征是，所述的冷卻模具的兩個(gè)冷卻模間的縫隙間距為2~5mm。
【文檔編號(hào)】B22D11/16GK103962523SQ201310027733
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2013年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月24日
【發(fā)明者】王成全, 王秀芳, 于艷, 方園 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司