專利名稱：連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣結(jié)晶性能雙熱電偶測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了一種連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣結(jié)晶性能雙熱電偶測試裝置；屬于鑄造工藝控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
結(jié)晶器保護(hù)渣技術(shù)是現(xiàn)代連續(xù)鑄鋼工藝的關(guān)鍵技術(shù)之一，保護(hù)渣是連鑄過程中必備的消耗性材料，結(jié)晶器內(nèi)使用保護(hù)渣，主要是控制鋼液環(huán)境、防止漏鋼，以求得到表面質(zhì)量最佳的鑄坯，其主要冶金作用為隔絕空氣，保護(hù)鋼液面不受空氣的二次氧化；鋼液面絕熱保溫，以防止過早凝固或結(jié)殼；吸收和熔解非金屬夾雜物；充當(dāng)鑄坯與結(jié)晶器間的潤滑劑，凝固的坯殼與結(jié)晶器銅壁之間需要一層性狀合適、厚度均勻的液渣來減小固-固摩擦力，熔融的保護(hù)渣隨鑄坯的拉出而填入鑄坯與結(jié)晶器的間隙，形成0. 1 1. 5mm厚的液渣膜為坯殼和結(jié)晶器壁間提供潤滑劑；控制結(jié)晶器與坯殼之間熱量傳遞的速度和均勻性，使鋼液的熱量均勻、平穩(wěn)地傳給結(jié)晶器，防止因傳熱不均產(chǎn)生的鑄坯質(zhì)量缺陷。參見附圖1，連鑄結(jié)晶器內(nèi)保護(hù)渣與初生鋼殼結(jié)構(gòu)示意圖，保護(hù)渣覆蓋在鋼液表面，由于鋼液的高溫，使與鋼液接觸的保護(hù)渣熔化成液渣。鋼液在表面張力的作用下，在與結(jié)晶器銅壁接觸處形成弧形的彎月面，液渣便從此處均勻地流入初生凝固坯殼與結(jié)晶器銅壁之間，起著潤滑與傳熱作用。因此結(jié)晶器內(nèi)保護(hù)渣的物理化學(xué)性能將直接影響著鑄坯的質(zhì)量，連鑄生產(chǎn)過程中如果使用了不合理的結(jié)晶器保護(hù)渣，不僅不能發(fā)揮結(jié)晶器保護(hù)渣的冶金性能，反而會惡化鑄坯的質(zhì)量，甚至還會發(fā)生諸如漏鋼等生產(chǎn)事故，嚴(yán)重影響連鑄機(jī)正常生產(chǎn)。在連鑄生產(chǎn)過程中，保護(hù)渣結(jié)晶性能在控制傳熱和潤滑鑄坯方面起著非常重要的作用，提高保護(hù)渣的結(jié)晶性能可以降低結(jié)晶器和鑄坯之間的傳熱，這是目前國內(nèi)外控制裂紋敏感性鋼種鑄坯表面裂紋的常用方法，但提高保護(hù)渣的結(jié)晶性能容易惡化鑄坯潤滑狀況。因此，保護(hù)渣合適的結(jié)晶性能對連鑄工藝順行與鑄坯質(zhì)量起著關(guān)鍵作用。目前國內(nèi)外通常采用單熱電偶方法測試保護(hù)渣的結(jié)晶性能，由于單熱電偶只能用一根熱電偶升溫，只能測試保護(hù)渣熔化、等溫、連續(xù)冷卻過程的熱物性，得到的參數(shù)與保護(hù)渣在連鑄結(jié)晶器內(nèi)的實(shí)際工況存在較大的差異，因此，其結(jié)果用于指導(dǎo)生產(chǎn)工藝的可靠性較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足而提供一種設(shè)備簡單、操作方便、可模擬連鑄結(jié)晶器內(nèi)鑄坯、保護(hù)渣、結(jié)晶器壁之間的實(shí)際工況，實(shí)現(xiàn)原位觀察、記錄、測量保護(hù)渣的熔化與相變過程的熱物性的連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣結(jié)晶性能雙熱電偶測試裝置。本發(fā)明連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣結(jié)晶性能雙熱電偶測試裝置，包括成像裝置、反應(yīng)室、加熱測溫元件、中央處理器，所述中央處理器包括數(shù)據(jù)采集裝置與圖像記錄裝置；所述反應(yīng)室為透明石英玻璃制成的腔體，兩側(cè)對稱設(shè)有兩個導(dǎo)管；所述成像裝置設(shè)置在所述反應(yīng)室上方并與所述中央處理器中的圖像記錄裝置電連接；所述加熱測溫元件由兩支熱電偶組成， 分別插裝在所述反應(yīng)室設(shè)置的兩個導(dǎo)管中，所述熱電偶的測溫元件與所述中央處理器中的數(shù)據(jù)采集裝置電連接，所述熱電偶的加熱元件與所述加熱控制裝置的一端電連接，所述加熱控制裝置的另一端與所述中央處理器電連接。本發(fā)明連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣結(jié)晶性能雙熱電偶測試裝置中，所述成像裝置由CCD視頻捕獲器、顯微鏡構(gòu)成，所述顯微鏡設(shè)置在所述CCD視頻捕獲器鏡頭端部；實(shí)時(shí)捕獲反應(yīng)室中試樣的圖像并存儲在中央處理器中。本發(fā)明連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣結(jié)晶性能雙熱電偶測試裝置中，所述熱電偶為直徑 0. 5mm，彎成U型的B分度熱電偶。本發(fā)明連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣結(jié)晶性能雙熱電偶測試裝置中，在所述成像裝置與所述反應(yīng)室之間設(shè)有一個過濾部分紅外線的濾鏡。本發(fā)明連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣結(jié)晶性能雙熱電偶測試裝置中，所述加熱控制裝置為 PID溫度控制器。本發(fā)明連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣結(jié)晶性能雙熱電偶測試裝置中，所述反應(yīng)室腔體上設(shè)有至少一個通入保護(hù)氣體或冷卻介質(zhì)的通孔。本發(fā)明連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣結(jié)晶性能雙熱電偶測試裝置中，所述兩支熱電偶中心線對齊，兩支熱電偶端部處于反應(yīng)室中央位置，間距0. 5-2mm。本發(fā)明連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣結(jié)晶性能雙熱電偶測試裝置，既可用于測試保護(hù)渣熔化、等溫、連續(xù)冷卻過程的熱物性；同時(shí)，還可以模擬連鑄結(jié)晶器內(nèi)鑄坯、保護(hù)渣、結(jié)晶器壁之間的實(shí)際工況，實(shí)現(xiàn)原位觀察保護(hù)渣在梯度溫度場中的結(jié)晶過程。本發(fā)明連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣結(jié)晶性能雙熱電偶測試裝置，所述待測量保護(hù)渣加熱升溫至熔融狀時(shí)，調(diào)整所述兩支熱電偶的相對位置，形成待測量保護(hù)渣的拉伸渣膜，通過CCD 視頻捕獲器觀察其結(jié)晶過程；所述待測量保護(hù)渣的拉伸渣膜厚度為0. 1-0. 5mm。本發(fā)明由于采用上述結(jié)構(gòu)，通過中央處理器控制熱電偶按預(yù)定程序加熱，同時(shí)采集熱電偶的熱電勢，數(shù)據(jù)通過計(jì)算和線性化處理后傳送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)以數(shù)值方式直接顯示出熱電偶的溫度值，并可通過顯微鏡觀察到晶體的長大。通過本發(fā)明可以測量出試樣的熔化溫度、流動溫度、結(jié)晶溫度等參數(shù)，并可模擬結(jié)晶器內(nèi)初始凝固鋼殼與結(jié)晶器壁之間的溫度梯度，模擬結(jié)晶器內(nèi)不同位置處的保護(hù)渣狀態(tài)與結(jié)晶、相變過程。本發(fā)明最大冷卻速率可達(dá)150°C /s，高于大多數(shù)氧化物渣系的臨界冷卻速度，且可在線觀察試樣的結(jié)晶過程， 將有價(jià)值的圖片及曲線通過自動方式連續(xù)捕捉并保存下來，并可隨時(shí)調(diào)看。這種方法直觀、 迅速、準(zhǔn)、方便，為科研和實(shí)際生產(chǎn)提供可靠的測量數(shù)據(jù)。本發(fā)明的工作原理及優(yōu)點(diǎn)簡述于下本發(fā)明利用兩組彎成U型，直徑0. 5mm B分度熱電偶的測溫功能和加熱功能，通過加熱控制部分控制熱電偶發(fā)熱，通過PID控制加熱溫度、加熱速度與冷卻速度，實(shí)現(xiàn)加熱和測量樣品的溫度；加熱溫度最高可達(dá)1600°C，加熱速度與冷卻速度可控制在0 150°C /s 范圍，冷卻速度過大時(shí)還可通往冷卻氣體輔助冷卻；并通過顯微鏡實(shí)時(shí)觀察試樣的熔化或結(jié)晶過程，實(shí)現(xiàn)原位觀察和控制一系列高溫過程(最高1600°C )，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)兩組熱電偶溫度分別控溫，使其形成一定的溫度梯度，以模擬生產(chǎn)過程中不同溫度梯度的實(shí)際環(huán)境。實(shí)現(xiàn)加熱功能的兩支熱電偶同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)其測溫功能，通過測溫系統(tǒng)對試樣溫度進(jìn)行適時(shí)采集。使用本發(fā)明對保護(hù)渣結(jié)晶性能進(jìn)行測試時(shí)，先將被測樣品磨成0. 2-0. 5mm的粉， 將一支熱電偶通過加熱控制系統(tǒng)升溫到被測試樣熔點(diǎn)溫度以下200°C左右，輕輕地往粉狀試樣中挑起約500mg樣品，由于高溫，粉狀樣品粘在熱電偶上，將其送入反應(yīng)室留待測試， 反應(yīng)室是由透明的石英玻璃制成，有兩個對稱的熱電偶插入管，用于安放熱電偶臂。另有兩個小管，用來通入保護(hù)氣體或控制反應(yīng)室內(nèi)的氣氛。通過顯微鏡及CCD視頻捕獲器在反應(yīng)室頂部觀察與記錄試樣反應(yīng)過程的視頻，反應(yīng)室的頂部裝有一個可過濾掉部分紅外線的中密度濾鏡，可過濾掉試樣在高溫時(shí)的部分強(qiáng)紅外光，以利于視頻更清晰地觀察到結(jié)晶與相變過程。測試過程都在反應(yīng)室進(jìn)行，反應(yīng)室可密閉也可敞開，還可根據(jù)要求通入一定量的氣體冷卻或保護(hù)試樣。測試時(shí)，兩支熱電偶中心線要調(diào)節(jié)成對齊狀態(tài)。熱電偶分別由兩個不同的升溫控制系統(tǒng)控制，可單獨(dú)控制每支熱電偶的溫度，也可以使兩支熱電偶溫度一致， 并可根據(jù)需要設(shè)置升溫(加熱)、降溫(冷卻)速度，溫度控制系統(tǒng)可設(shè)置成手動加熱或事先設(shè)置好的程序自動加熱，內(nèi)置的PID溫度控制單元可準(zhǔn)確自動控制溫度值。成像裝置的CCD視頻捕獲器通過顯微鏡對測試中的試樣各時(shí)期的圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)捕獲，可實(shí)時(shí)顯示在電視屏幕上，并同時(shí)以視頻文件形式保存入中央處理器，以便于事后分析處理數(shù)據(jù)。加熱測溫元件、數(shù)據(jù)采集裝置與圖像記錄裝置實(shí)時(shí)進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)、圖像等內(nèi)容的采集與記錄。測試完成后，進(jìn)行測試結(jié)果分析，測試過程可測試試樣的熔化溫度、結(jié)晶溫度、 TTT、CCT等，并可模擬連鑄過程結(jié)晶器內(nèi)保護(hù)渣的實(shí)際結(jié)晶過程，通過兩支熱電偶模擬鑄坯高溫側(cè)與結(jié)晶器銅板低溫側(cè)的溫度曲線，見附圖5所示，并通過熱電偶拉伸，使待測試樣液體形成一層薄膜，從而可通過顯微鏡清楚地觀察保護(hù)渣結(jié)晶過程及晶體結(jié)構(gòu)，如附圖6 所示，保護(hù)渣在高溫鑄坯與低溫結(jié)晶器銅壁之間形成清晰的三層結(jié)構(gòu)依次是液渣層、結(jié)晶層、玻璃層，通過本發(fā)明，在高溫鑄坯與低溫結(jié)晶器銅壁之間的溫度梯度下，通過顯微鏡可實(shí)時(shí)觀察與記錄保護(hù)渣的結(jié)晶過程與行為。取保護(hù)渣約5g置于表面皿中；打開設(shè)備主電源，將任一支熱電偶加熱到 9000C (保護(hù)渣熔點(diǎn)以下約200°C )，持加熱的熱電偶往表面皿中的保護(hù)渣輕粘約500mg渣粉，再輕輕抖動熱電偶臂，以振掉未粘穩(wěn)的渣粉，將該熱電偶插回設(shè)備，備用；當(dāng)測試保護(hù)渣連續(xù)等溫轉(zhuǎn)變(TTT)曲線時(shí)，將試樣加熱到1500°C熔化，并保溫3分鐘以均勻成分，再降溫到測試溫度區(qū)(1150-90(TC )，每間隔25°C進(jìn)行一次等溫測試，直到試樣完全結(jié)晶，測試過程可原位觀測保護(hù)渣的結(jié)晶過程，如圖7所示。測試得到保護(hù)渣的等溫轉(zhuǎn)變曲線(TTT曲線)如圖8所示。當(dāng)測試保護(hù)渣連續(xù)轉(zhuǎn)變(CCT)曲線時(shí)，將試樣加熱到1500°C熔化，并保溫3分鐘以均勻成分，再以實(shí)驗(yàn)冷卻速度(O. l-15°c /s)進(jìn)行連續(xù)冷卻，降溫過程可原位觀測保護(hù)渣結(jié)晶過程，實(shí)驗(yàn)得到保護(hù)渣的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線(CCT曲線)如圖9所示。當(dāng)進(jìn)行保護(hù)渣結(jié)晶過程及晶體結(jié)構(gòu)觀察時(shí)，將試樣加熱到1500°C熔化，并保溫3 分鐘以均勻成分，將另一支熱電偶加熱到1200°C，旋轉(zhuǎn)熱電偶手柄，使其緩慢運(yùn)行至高溫?zé)犭娕枷路?，調(diào)整高度，使低溫?zé)犭娕寂c液渣接觸，再緩慢拉伸，將液渣拉成薄膜狀。將高溫?zé)犭娕冀禍氐?200°C，低溫?zé)犭娕冀禍氐?00°C，觀測液渣膜結(jié)晶過程如圖6所示。保護(hù)渣在高溫與低溫?zé)犭娕贾g形成清晰的三層結(jié)構(gòu)依次是液渣層、結(jié)晶層、玻璃層。綜上所述，本發(fā)明設(shè)備簡單、操作方便、通過兩支熱電偶對保護(hù)渣進(jìn)行加熱、測溫， 模擬連鑄結(jié)晶器內(nèi)鑄坯、保護(hù)渣、結(jié)晶器壁之間的實(shí)際工況，實(shí)現(xiàn)原位觀察、記錄、測量保護(hù)渣的熔化與相變過程的熱物性；更接近于實(shí)際生產(chǎn)，其結(jié)果用于指導(dǎo)生產(chǎn)工藝具有較高的可靠性。適于作為連鑄生產(chǎn)線中，保護(hù)渣熔化與相變過程的熱物性快速檢測。


附圖1為連鑄結(jié)晶器內(nèi)保護(hù)渣與初生鋼殼結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2為本發(fā)明連鑄結(jié)晶保護(hù)渣結(jié)晶性能雙熱電偶測試裝置示意圖。附圖3為本發(fā)明中反應(yīng)室結(jié)構(gòu)示意圖。附圖4為雙熱電偶加熱溫度曲線示意圖。附圖5為連鑄保護(hù)渣溫度梯度下的結(jié)晶圖。附圖6為采用本發(fā)明原位觀測到的保護(hù)渣結(jié)晶過程圖片。附圖7為采用本發(fā)明測量的保護(hù)渣等溫轉(zhuǎn)變(TTT)曲線。附圖8為采用本發(fā)明測量的保護(hù)渣連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變(CCT)曲線。附圖1中，1-結(jié)晶器，2-鋼殼，3-液渣，4-固渣膜，5_渣圈，6_彎月面，7_粉渣層， 8-渣液池，9-鋼液；附圖2中，10-成像裝置，11-反應(yīng)室，12-加熱測溫元件，13-加熱控制裝置，14-中央處理器；附圖3中，15-濾鏡，11-反應(yīng)室，16-導(dǎo)管，17-通孔；附圖5中，18-低溫側(cè)(300°C )，19-高溫側(cè)(1200°C )，20-保護(hù)渣玻璃層，21-保護(hù)渣液，22-保護(hù)渣晶粒；附圖6中，23-保護(hù)渣結(jié)晶晶粒，24-保護(hù)渣液渣，25-U型熱電偶；
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明。參見附圖2、3、4、5，本發(fā)明連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣結(jié)晶性能雙熱電偶測試裝置，包括成像裝置10、反應(yīng)室11、加熱測溫元件12、中央處理器14，所述中央處理器14包括數(shù)據(jù)采集裝置與圖像記錄裝置；所述反應(yīng)室11為透明石英玻璃制成的腔體，兩側(cè)對稱設(shè)有兩個導(dǎo)管 17 ；所述成像裝置10設(shè)置在所述反應(yīng)室11上方并與所述中央處理器14中的圖像記錄裝置電連接；所述加熱測溫元件12由兩支熱電偶組成，分別插裝在所述反應(yīng)室11設(shè)置的兩個導(dǎo)管16中，所述熱電偶的測溫元件與所述中央處理器14中的數(shù)據(jù)采集裝置電連接，所述熱電偶的加熱元件與加熱控制裝置13的一端電連接，所述加熱控制裝置13的另一端與所述中央處理器14電連接；本實(shí)施例中，所述成像裝置由CXD視頻捕獲器、顯微鏡構(gòu)成，所述顯微鏡設(shè)置在所述CCD視頻捕獲器鏡頭端部；實(shí)時(shí)捕獲反應(yīng)室中試樣的圖像并存儲在中央處理器中。本實(shí)施例中，所述熱電偶為直徑0. 5mm，彎成U型的B分度熱電偶。本實(shí)施例中，在所述成像裝置10與所述反應(yīng)室11之間設(shè)有一個過濾部分紅外線的濾鏡15。
本實(shí)施例中，所述加熱控制裝置13為PID溫度控制器。本實(shí)施例中，所述反應(yīng)室11腔體上設(shè)有至少一個通入保護(hù)氣體或冷卻介質(zhì)的通孔17。本實(shí)施例中，所述兩支熱電偶中心線對齊，兩支熱電偶端部處于反應(yīng)室11中央位置，間距0. 5-2fflm。
權(quán)利要求
1.連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣結(jié)晶性能雙熱電偶測試裝置，包括成像裝置、反應(yīng)室、加熱測溫元件、中央處理器、加熱控制裝置，所述中央處理器包括數(shù)據(jù)采集裝置與圖像記錄裝置；所述反應(yīng)室為透明石英玻璃制成的腔體，兩側(cè)對稱設(shè)有兩個導(dǎo)管；所述成像裝置設(shè)置在所述反應(yīng)室上方并與所述中央處理器中的圖像記錄裝置電連接；所述加熱測溫元件由兩支熱電偶組成，分別插裝在所述反應(yīng)室設(shè)置的兩個導(dǎo)管中，所述熱電偶的測溫元件與所述中央處理器中的數(shù)據(jù)采集裝置電連接，所述熱電偶的加熱元件與所述加熱控制裝置的一端電連接， 所述加熱控制裝置的另一端與所述中央處理器電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣結(jié)晶性能雙熱電偶測試裝置，其特征在于所述成像裝置由CXD視頻捕獲器、顯微鏡構(gòu)成，所述顯微鏡設(shè)置在所述CXD視頻捕獲器鏡頭端部；實(shí)時(shí)捕獲反應(yīng)室中試樣的圖像并存儲在中央處理器中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣結(jié)晶性能雙熱電偶測試裝置，其特征在于在所述成像裝置與所述反應(yīng)室之間設(shè)有一個過濾部分紅外線的濾鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣結(jié)晶性能雙熱電偶測試裝置，其特征在于所述加熱控制裝置為PID溫度控制器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣結(jié)晶性能雙熱電偶測試裝置，其特征在于所述反應(yīng)室腔體上設(shè)有至少一個通入保護(hù)氣體或冷卻介質(zhì)的通孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣結(jié)晶性能雙熱電偶測試裝置，其特征在于所述熱電偶為直徑0. 5mm，彎成U型的B分度熱電偶。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣結(jié)晶性能雙熱電偶測試裝置，其特征在于所述兩支熱電偶中心線對齊，兩支熱電偶端部處于反應(yīng)室中央位置，間距0. 5-2mm。
全文摘要
連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣結(jié)晶性能雙熱電偶測試裝置，包括成像裝置、反應(yīng)室、加熱測溫元件、中央處理器，所述中央處理器包括數(shù)據(jù)采集裝置與圖像記錄裝置；所述反應(yīng)室兩側(cè)對稱設(shè)有兩個導(dǎo)管；所述成像裝置設(shè)置在所述反應(yīng)室上方并與所述中央處理器電連接；所述加熱測溫元件由兩支熱電偶組成，與所述中央處理器電連接。本發(fā)明設(shè)備簡單、操作方便、通過兩支熱電偶對保護(hù)渣進(jìn)行加熱、測溫，模擬連鑄結(jié)晶器內(nèi)鑄坯、保護(hù)渣、結(jié)晶器壁之間的實(shí)際工況，實(shí)現(xiàn)原位觀察、記錄、測量保護(hù)渣的熔化與相變過程的熱物性；更接近于實(shí)際生產(chǎn)，其結(jié)果用于指導(dǎo)生產(chǎn)工藝具有較高的可靠性。適于作為連鑄生產(chǎn)線中，保護(hù)渣熔化與相變過程的熱物性快速檢測。
文檔編號G01K7/02GK102445464SQ201110300038
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者周樂君, 王萬林, 馬范軍, 黃道遠(yuǎn) 申請人:中南大學(xué)