專利名稱：連鑄二冷噴嘴熱態(tài)性能測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于煉鋼連鑄生產(chǎn)仿真技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種連鑄二冷噴嘴熱態(tài)性能測(cè)試系統(tǒng)，用于準(zhǔn)確的測(cè)定連鑄二冷過程的噴嘴熱態(tài)性能。
背景技術(shù)：
連鑄過程實(shí)際是一個(gè)凝固傳熱的過程，作為連鑄坯凝固的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在連鑄坯傳熱，結(jié)晶器傳熱和二冷區(qū)傳熱等方面都展開了許多細(xì)致深入的工作。定量研究不同工藝條件下的凝固過程，以及多方面考察各種因素對(duì)連鑄過程的影響，在優(yōu)化連鑄工藝、提高鑄坯質(zhì)量和連鑄機(jī)的設(shè)計(jì)方面也得到了較好的應(yīng)用。在連鑄坯的冷卻凝固過程中，二冷區(qū)的冷卻凝固是鑄坯凝固的中心環(huán)節(jié)，在鑄機(jī)設(shè)備和操作工藝一定的情況下，二次冷卻對(duì)鑄坯質(zhì)量起決定作用。連鑄坯內(nèi)部裂紋、表面裂紋、鼓肚、菱變(脫方)、中心偏析等缺陷的形成與二次冷卻有緊密的聯(lián)系。在連鑄二冷區(qū)內(nèi)，通過噴嘴冷卻，加速鑄坯的凝固，可以控制鑄坯表面溫度分布， 防止出坯產(chǎn)生質(zhì)量缺陷。因此，連鑄二冷噴嘴冷卻特性的優(yōu)劣，與連鑄生產(chǎn)效率、鑄坯質(zhì)量密切相關(guān)。在二冷區(qū)內(nèi)各種傳熱方式中，通過噴嘴噴淋水與鑄坯表面的傳熱是主要的，亦是可控的。準(zhǔn)確測(cè)定噴嘴噴水冷卻傳熱系數(shù)對(duì)合理制定二次冷卻區(qū)噴水策略非常重要，對(duì)連鑄生產(chǎn)和鑄坯質(zhì)量有著重要意義。目前國(guó)內(nèi)的噴嘴熱態(tài)性能測(cè)試主要是將鋼樣加熱到一定溫度后，使用單個(gè)噴嘴將冷卻水噴射到鋼樣的表面，記錄鋼樣溫度變化。由于是對(duì)單噴嘴進(jìn)行測(cè)試，而且試樣尺寸小，無法真實(shí)有效模擬連鑄過程中的傳熱情況，測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性差，不能對(duì)連鑄二次冷卻制度的制定提供有效參考。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種連鑄二冷噴嘴熱態(tài)性能測(cè)試系統(tǒng)，用于準(zhǔn)確的測(cè)定連鑄二冷噴嘴熱態(tài)性能，指導(dǎo)連鑄實(shí)際生產(chǎn)。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案為一種連鑄二冷噴嘴熱態(tài)性能測(cè)試系統(tǒng)，其特征是至少包括金屬試樣加熱裝置、實(shí)驗(yàn)臺(tái)架和相應(yīng)的信號(hào)采集分析系統(tǒng)；所述的加熱裝置為長(zhǎng)方體工作臺(tái)，上端面為能夠?qū)⒅糜谄渖系慕饘僭嚇蛹訜岬街付囟惹覝囟确植季鶆?，保證傳熱為一維方向的加熱臺(tái)面；所述的實(shí)驗(yàn)臺(tái)架底部為長(zhǎng)方體工作臺(tái)，長(zhǎng)方體工作臺(tái)上設(shè)置噴嘴支架，噴嘴固定在噴嘴支架上，并能通過噴嘴支架上的噴嘴移動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行移動(dòng)；噴嘴懸空位于金屬試樣上方，并垂直于實(shí)驗(yàn)臺(tái)架工作臺(tái)的上端面設(shè)置；所述的信號(hào)采集分析單元至少包含溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)分析單元，所述的溫度傳感器置入金屬試樣內(nèi)，并通過導(dǎo)線順次連接到數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)分析單元。所述的實(shí)驗(yàn)臺(tái)架中，底部長(zhǎng)方體工作臺(tái)上端面的一個(gè)長(zhǎng)邊內(nèi)側(cè)設(shè)置與上端面垂直的噴嘴支架，噴嘴支架上分別設(shè)置噴嘴橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)和噴嘴縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)，噴嘴通過噴嘴夾持裝置固定在噴嘴支架的架體上，并能通過噴嘴橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)和噴嘴縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行高度和水平方向位置調(diào)整。所述的噴嘴支架上設(shè)置多個(gè)噴嘴，噴嘴的個(gè)數(shù)根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求確定。所述的噴嘴支架上還設(shè)置噴嘴間距調(diào)節(jié)裝置。所述的溫度傳感器采用多副熱電偶，所述熱電偶分別置入金屬試樣內(nèi)的多個(gè)測(cè)試點(diǎn)中；多副熱電偶分別通過導(dǎo)線連接到數(shù)據(jù)采集單元；所述熱電偶能通過轉(zhuǎn)換和信號(hào)放大把冷卻過程中的溫度-時(shí)間變化數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集記錄下來進(jìn)行傳輸，還可對(duì)記錄數(shù)據(jù)分析和修正。所述的溫度傳感器分別置入金屬試樣的測(cè)試點(diǎn)中，多個(gè)溫度傳感器在金屬試樣的一個(gè)側(cè)面按多排均布。所述實(shí)驗(yàn)臺(tái)架底部長(zhǎng)方體工作臺(tái)與加熱裝置的長(zhǎng)方體工作臺(tái)等高并同寬。所述的數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)分析單元均主要由能夠設(shè)定采集時(shí)間，輸出每個(gè)測(cè)試點(diǎn)的溫度，計(jì)算傳熱系數(shù)及傳熱系數(shù)歲時(shí)間變化曲線，回歸傳熱系數(shù)與水流密度、金屬試樣表面溫度、冷卻水溫度之間的函數(shù)關(guān)系，并進(jìn)行顯示的計(jì)算機(jī)構(gòu)成。所述的數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)分析單元在windowsXP平臺(tái)上用C#進(jìn)行開發(fā)。使用時(shí)，通過加熱裝置將金屬試樣加熱到指定溫度；然后放置到實(shí)驗(yàn)臺(tái)架上，噴嘴開始對(duì)金屬試樣進(jìn)行噴水冷卻；噴水冷卻的同時(shí)信號(hào)采集分析系統(tǒng)用溫度傳感器測(cè)定金屬試樣內(nèi)的溫度，并將噴水冷卻過程中溫度-時(shí)間變化數(shù)據(jù)采集記錄下來，然后計(jì)算傳熱系數(shù)并進(jìn)行顯示。具體的使用步驟為步驟一、將金屬試樣放置到加熱裝置上加熱到指定溫度，使溫度分布均勻，并保證傳熱為一維方向；步驟二、之后，將金屬試樣放置到實(shí)驗(yàn)臺(tái)架上，通過噴嘴移動(dòng)機(jī)構(gòu)和/或噴嘴間距調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)噴嘴高度、水平方向位置及間距，使噴射區(qū)域正好對(duì)準(zhǔn)下方的金屬試樣；隨后開始對(duì)試樣進(jìn)行噴水冷卻；在噴水冷卻的同時(shí)，信號(hào)采集分析系統(tǒng)的溫度傳感器同步測(cè)定金屬試樣各設(shè)定測(cè)試點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)；步驟三、信號(hào)采集分析系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集單元根據(jù)設(shè)定時(shí)間，直接向溫度傳感器采樣，把冷卻過程中的溫度-時(shí)間變化數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)輸入數(shù)據(jù)分析單元的計(jì)算機(jī)內(nèi)以便計(jì)算處理；當(dāng)金屬試樣冷卻到設(shè)定溫度后，停止采樣；數(shù)據(jù)分析單元將數(shù)據(jù)篩選統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算傳熱系數(shù)并適當(dāng)修正，并結(jié)合數(shù)據(jù)分析單元內(nèi)存儲(chǔ)的噴嘴冷態(tài)性能參數(shù)，回歸出傳熱系數(shù)與各個(gè)變量之間的函數(shù)關(guān)系并直接顯示。所用的金屬試樣的尺寸根據(jù)噴嘴的噴射區(qū)域要求加工。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)1、可模擬連鑄實(shí)際冷卻過程，可進(jìn)行單噴嘴，也可進(jìn)行多個(gè)噴嘴的熱態(tài)性能測(cè)試， 噴嘴個(gè)數(shù)根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求確定；噴嘴高度可調(diào)，多噴嘴時(shí)候，進(jìn)行多個(gè)噴嘴的熱態(tài)性能測(cè)試時(shí)噴嘴間距可調(diào)，測(cè)試結(jié)果更加真實(shí)準(zhǔn)確。2、金屬試樣尺寸根據(jù)噴嘴噴射區(qū)域要求加工，保證了一維傳熱條件。3、采用多副熱電偶來測(cè)量冷卻過程中金屬試樣的溫度變化數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，并可對(duì)記錄數(shù)據(jù)分析和修正，測(cè)試結(jié)果更加精確。[0027]4、將采集的數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)計(jì)算出的傳熱系數(shù)，結(jié)合噴嘴冷態(tài)性能參數(shù)，可回歸出傳熱系數(shù)與各個(gè)變量之間的函數(shù)關(guān)系，指導(dǎo)連鑄現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)。

圖1為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的連鑄二冷噴嘴熱態(tài)性能測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)臺(tái)架結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的信號(hào)采集分析系統(tǒng)示意圖；圖中加熱裝置1，金屬試樣2，噴嘴支架3，噴嘴橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)4，噴嘴5，噴嘴間距調(diào)節(jié)裝置6，噴嘴夾持裝置7，噴嘴縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)8，實(shí)驗(yàn)臺(tái)架9，溫度傳感器10，數(shù)據(jù)采集單元11，數(shù)據(jù)分析單元12。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，但不限定本實(shí)用新型。本連鑄二冷噴嘴熱態(tài)性能測(cè)試系統(tǒng)，包括金屬試樣加熱裝置1、實(shí)驗(yàn)臺(tái)架9和相應(yīng)的信號(hào)采集分析系統(tǒng)。加熱裝置1為長(zhǎng)方體工作臺(tái)，上端面為加熱臺(tái)面，能夠?qū)⒅糜诩訜崤_(tái)面上的平板式金屬試樣2加熱到指定溫度且溫度分布均勻，保證傳熱為一維方向傳熱。優(yōu)選的，所用的金屬試樣2的尺寸根據(jù)噴嘴5的噴射區(qū)域要求加工以保證一維傳熱條件。加熱裝置1將金屬試樣2加熱后，將金屬試樣2放置到實(shí)驗(yàn)臺(tái)架9上。實(shí)驗(yàn)臺(tái)架9底部為長(zhǎng)方體工作臺(tái)，優(yōu)選此長(zhǎng)方體工作臺(tái)與加熱裝置1的長(zhǎng)方體工作臺(tái)等高并同寬，以便金屬試樣2的轉(zhuǎn)移移動(dòng)。長(zhǎng)方體工作臺(tái)上端面的一個(gè)長(zhǎng)邊內(nèi)側(cè)設(shè)置與上端面垂直的噴嘴支架3，噴嘴支架上分別設(shè)置噴嘴橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)4和噴嘴縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)8，噴嘴5通過噴嘴夾持裝置7固定在噴嘴支架3的架體上，并能通過噴嘴橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu) 4和噴嘴縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)8進(jìn)行橫向或縱向移動(dòng)。噴嘴5的個(gè)數(shù)根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求確定，通過噴嘴橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)4和噴嘴縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)8，使噴嘴5正好位于金屬試樣2上方，并垂直于工作臺(tái)上平面。優(yōu)選的，在噴嘴支架3上設(shè)置噴嘴間距調(diào)節(jié)裝置6，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)節(jié)噴嘴 5之間的間距。在模擬連鑄實(shí)際冷卻過程中，可進(jìn)行單噴嘴，也可進(jìn)行多個(gè)噴嘴的熱態(tài)性能測(cè)試；噴嘴高度可調(diào)；進(jìn)行多個(gè)噴嘴的熱態(tài)性能測(cè)試時(shí)噴嘴間距可調(diào)，測(cè)試結(jié)果更加真實(shí)準(zhǔn)確。將金屬試樣2放置到實(shí)驗(yàn)臺(tái)架9上后，噴嘴5開始對(duì)金屬試樣2進(jìn)行噴水冷卻；信號(hào)采集分析系統(tǒng)的溫度傳感器10同步測(cè)定金屬試樣2各設(shè)定點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)。信號(hào)采集分析系統(tǒng)主要包含溫度傳感器10、數(shù)據(jù)采集單元11、數(shù)據(jù)分析單元12。溫度傳感器10采用多副熱電偶構(gòu)成，并將熱電偶分別置入金屬試樣2內(nèi)的多個(gè)測(cè)試點(diǎn)，測(cè)試點(diǎn)優(yōu)選在金屬試樣2的一個(gè)側(cè)面內(nèi)均布，如圖3所示；多副熱電偶分別通過導(dǎo)線連接到數(shù)據(jù)采集單元11，通過轉(zhuǎn)換和信號(hào)放大把冷卻過程中的溫度-時(shí)間變化數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集記錄下來并進(jìn)行傳輸，直到溫度達(dá)到設(shè)定值，并還可對(duì)記錄數(shù)據(jù)分析和修正，測(cè)試結(jié)果更加精確；數(shù)據(jù)采集單元11根據(jù)設(shè)定時(shí)間，直接向溫度傳感器10采樣，把冷卻過程中的溫度-時(shí)間變化數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)輸入數(shù)據(jù)分析單元12的計(jì)算機(jī)內(nèi)，以便計(jì)算處理，避免人工讀數(shù)而產(chǎn)生的誤差。當(dāng)金屬試樣2冷卻到設(shè)定溫度后，停止采樣，數(shù)據(jù)分析單元12將數(shù)據(jù)篩選統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算傳熱系數(shù)并適當(dāng)修正，并結(jié)合數(shù)據(jù)分析單元12內(nèi)存儲(chǔ)的噴嘴冷態(tài)性能參數(shù)， 回歸出傳熱系數(shù)與各個(gè)變量之間的函數(shù)關(guān)系并直接顯示。數(shù)據(jù)采集單元11和數(shù)據(jù)分析單元12均在windowsXP平臺(tái)上用C#進(jìn)行開發(fā)，可設(shè)定采集時(shí)間，輸出每個(gè)測(cè)試點(diǎn)的溫度，計(jì)算傳熱系數(shù)及傳熱系數(shù)歲時(shí)間變化曲線，回歸傳熱系數(shù)與水流密度、金屬試樣表面溫度，冷卻水溫度之間的函數(shù)關(guān)系。由此，本測(cè)試系統(tǒng)可完全模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)，測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性高，對(duì)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)二冷制度具有極其重要意義。以上所揭露的僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，當(dāng)然不能以此來限定本實(shí)用新型之權(quán)利范圍，因此依本實(shí)用新型申請(qǐng)專利范圍所作的等效變化，如對(duì)工藝參數(shù)或裝置做出的變動(dòng)和改良仍屬本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種連鑄二冷噴嘴熱態(tài)性能測(cè)試系統(tǒng)，其特征是至少包括金屬試樣加熱裝置、實(shí)驗(yàn)臺(tái)架和相應(yīng)的信號(hào)采集分析系統(tǒng)；所述的加熱裝置為長(zhǎng)方體工作臺(tái)，上端面為能夠?qū)⒅糜谄渖系慕饘僭嚇蛹訜岬街付囟惹覝囟确植季鶆颍ＷC傳熱為一維方向的加熱臺(tái)面；所述的實(shí)驗(yàn)臺(tái)架底部為長(zhǎng)方體工作臺(tái)，長(zhǎng)方體工作臺(tái)上設(shè)置噴嘴支架，噴嘴固定在噴嘴支架上，并能通過噴嘴支架上的噴嘴移動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行移動(dòng)；噴嘴懸空位于金屬試樣上方，并垂直于實(shí)驗(yàn)臺(tái)架工作臺(tái)的上端面設(shè)置；所述的信號(hào)采集分析單元至少包含溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)分析單元，所述的溫度傳感器置入金屬試樣內(nèi)，并通過導(dǎo)線順次連接到數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)分析單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的實(shí)驗(yàn)臺(tái)架中，底部長(zhǎng)方體工作臺(tái)上端面的一個(gè)長(zhǎng)邊內(nèi)側(cè)設(shè)置與上端面垂直的噴嘴支架，噴嘴支架上分別設(shè)置噴嘴橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)和噴嘴縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)，噴嘴通過噴嘴夾持裝置固定在噴嘴支架的架體上，并能通過噴嘴橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)和噴嘴縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行高度和水平方向位置調(diào)整。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的噴嘴支架上設(shè)置多個(gè)噴嘴，噴嘴的個(gè)數(shù)根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求確定。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的噴嘴支架上還設(shè)置噴嘴間距調(diào)節(jié)直ο
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的溫度傳感器采用多副熱電偶，所述熱電偶分別置入金屬試樣內(nèi)的多個(gè)測(cè)試點(diǎn)中；多副熱電偶分別通過導(dǎo)線連接到數(shù)據(jù)采集單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的溫度傳感器分別置入金屬試樣的測(cè)試點(diǎn)中，多個(gè)溫度傳感器在金屬試樣的一個(gè)側(cè)面按多排均布。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于所述實(shí)驗(yàn)臺(tái)架底部長(zhǎng)方體工作臺(tái)與加熱裝置的長(zhǎng)方體工作臺(tái)等高并同寬。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)分析單元均主要由能夠設(shè)定采集時(shí)間，輸出每個(gè)測(cè)試點(diǎn)的溫度，計(jì)算傳熱系數(shù)及傳熱系數(shù)歲時(shí)間變化曲線，回歸傳熱系數(shù)與水流密度、金屬試樣表面溫度、冷卻水溫度之間的函數(shù)關(guān)系，并進(jìn)行顯示的計(jì)算機(jī)構(gòu)成。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種連鑄二冷噴嘴熱態(tài)性能測(cè)試系統(tǒng)，至少包括金屬試樣加熱裝置、實(shí)驗(yàn)臺(tái)架和信號(hào)采集分析系統(tǒng)；加熱裝置將金屬試樣加熱到指定溫度；實(shí)驗(yàn)臺(tái)架上設(shè)置噴嘴支架，噴嘴固定在噴嘴支架上；噴嘴懸空位于金屬試樣上方；溫度傳感器置入金屬試樣內(nèi)。本實(shí)用新型可進(jìn)行單噴嘴和多噴嘴熱態(tài)性能測(cè)試，噴嘴個(gè)數(shù)和高度、水平位置及間距可調(diào)；金屬試樣尺寸根據(jù)噴嘴噴射區(qū)域要求加工，保證了一維傳熱條件；采用多副熱電偶來測(cè)量溫度變化數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，并可對(duì)記錄數(shù)據(jù)分析和修正；將采集的數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)計(jì)算出的傳熱系數(shù)，結(jié)合噴嘴冷態(tài)性能參數(shù)，可回歸出傳熱系數(shù)與各個(gè)變量之間的函數(shù)關(guān)系，指導(dǎo)連鑄現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)。
文檔編號(hào)G01M13/00GK202305189SQ20112037989
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者葉理德, 幸偉, 徐永斌, 徐海倫, 鄧維, 邵遠(yuǎn)敬, 馬春武 申請(qǐng)人:中冶南方工程技術(shù)有限公司