專利名稱：用于測定水冷鑄模換熱系數(shù)的實驗裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于測量裝置設計技術領域，特別涉及一種用于測定水冷鑄模換熱系數(shù)的實驗裝置。
背景技術：
目前，連鑄生產鋼坯已經(jīng)是鋼鐵工業(yè)的主流工藝，但是在特殊鋼，異形坯，超大寬厚板坯等生產領域，采用鑄模生產仍然占主要地位。傳統(tǒng)鑄模的降溫是靠空氣對流自然冷卻，冷卻時間長，鑄模受高溫時間長，致使對傳統(tǒng)鑄模的材質耐熱要求高，并且體積要求大。由于長時間承受高溫，鑄模使用壽命短，成本高。而新式的水冷鑄模，其降溫是采用強制水冷，大大縮短了冷卻時間，鑄模所承受的溫度低，對材質耐熱要求低，體積小，使用壽命長，成本低。但是如果水冷鑄模的冷卻速度過快，則容易使鑄錠凝固過快，產生應力集中，導致 鑄錠裂紋和變形等鑄造缺陷，因此有效的控制鑄錠和鑄模之間的換熱過程是水冷鑄模生產的核心技術。鑄模內部金屬凝固過程的非常復雜，采用直接測定其凝固過程中鑄錠和鑄模之間的換熱系數(shù)比較困難，基于簡易的實驗模型反求鑄錠和鑄模之間的換熱系數(shù)就顯的意義重大。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種在水冷鑄模工藝過程中，能夠通過模擬鑄模冷卻過程、測定定點溫度，并結合測量數(shù)值反推水冷鑄模換熱系數(shù)的實驗裝置，且具有結構簡單、易操作、準確度高的特點。為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種用于測定水冷鑄模換熱系數(shù)的實驗裝置，包括鑄模，鑄錠，冷卻系統(tǒng)，用于對所述冷卻系統(tǒng)、所述鑄模、所述鑄錠三者不同位置的溫度進行實時采集的溫度采集系統(tǒng)，用于對所述鑄錠進行加熱的加熱裝置及用于對所述溫度采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進行分析處理的換熱系數(shù)計算模塊。所述溫度采集系統(tǒng)的輸入端分別與所述冷卻系統(tǒng)、所述鑄模、所述鑄錠連接；所述溫度采集系統(tǒng)的輸出端與所述換熱系數(shù)計算模塊連接；所述加熱裝置與所述鑄錠相接觸。進一步地，所述冷卻系統(tǒng)包括冷卻水管、用于控制所述冷卻系統(tǒng)冷卻強度的控制裝置。所述鑄模設置在所述冷卻水管的中部，且鑄模內腔與所述冷卻水管外壁相接觸；所述控制裝置設置在所述冷卻水管的進水口與所述鑄模之間；所述冷卻水管的進水口通過第一測溫元件與所述溫度采集系統(tǒng)輸入端連接；所述冷卻水管的出水口通過第二測溫元件與所述溫度采集系統(tǒng)輸入端連接；所述鑄模通過第三測溫元件與所述溫度采集系統(tǒng)輸入端連接。進一步地，所述換熱系數(shù)計算模塊包括數(shù)據(jù)接收單元及數(shù)據(jù)處理單元；所述數(shù)據(jù)接收單元，接收所述溫度采集系統(tǒng)實時采集的溫度參數(shù)；所述數(shù)據(jù)處理單元，根據(jù)所述溫度參數(shù)，計算不同冷卻強度下所述鑄模與所述鑄錠的換熱系數(shù)。進一步地，所述用于控制冷卻系統(tǒng)冷卻強度的控制裝置是流量計。
進一步地，所述第一測溫元件、所述第二測溫元件及所述第三測溫元件是熱電偶。進一步地,所述加熱裝置包括耐火磚加熱板；所述耐火磚加熱板與所述鑄錠相接觸。進一步地，本發(fā)明還包括保溫系統(tǒng)；所述冷水系統(tǒng)、所述鑄模、所述鑄錠及所述加熱裝置四者置于所述保溫系統(tǒng)中。進一步地，所述保溫系統(tǒng)包括不銹鋼容器及高溫耐火材料；所述冷水系統(tǒng)、所述鑄模、所述鑄錠及所述加熱裝置三者置于所述不銹鋼容器中，所述高溫耐火材料置于所述不銹鋼容器內壁處用于保溫。進一步地，所述高溫耐火材料是耐火纖維棉。
本發(fā)明提供的一種用于測定水冷鑄模換熱系數(shù)的實驗裝置，通過將溫度采集系統(tǒng)的輸入端分別與冷卻系統(tǒng)、鑄模、鑄錠連接，輸出端與換熱系數(shù)計算模塊連接，將鑄模與鑄錠相互接觸，將鑄錠與加熱裝置相互接觸；同時，在冷卻系統(tǒng)中設置流量計對裝置中冷卻強度加以控制，并采用溫度采集系統(tǒng)對冷卻系統(tǒng)、鑄模及鑄錠不同位置的溫度進行實時采集，依據(jù)穩(wěn)態(tài)傳熱時進入鑄模的熱量與冷卻水帶走的熱量相等，計算不同流速下不同位置的換熱系數(shù)。本發(fā)明不僅能夠物理模擬生產過程中鑄模2和鑄錠3的接觸過程，而且采用遠程數(shù)字化溫度采集系統(tǒng)對鑄錠3和鑄模2不同區(qū)域的溫度進行在線實時、定點采集。同時，本發(fā)明還具有結構簡單，操作方便，且準確度高的特點。


圖I為本發(fā)明實施例提供的一種用于測定水冷鑄模換熱系數(shù)的實驗裝置的工作流程示意圖。圖2為本發(fā)明實施例提供的一種用于測定水冷鑄模換熱系數(shù)的實驗裝置的工作原理示意圖。其中，I-冷卻水管，2-鑄模，3-鑄錠，4-耐火磚加熱板，5-冷卻水管進水口，6_冷卻水管出水口，7-流量計。
具體實施例方式下面結合附圖，對本發(fā)明提供的具體實施方式
作進一步地詳細說明。參見圖1、2，本發(fā)明實施例提供的一種用于測定水冷鑄模換熱系數(shù)的實驗裝置，包括鑄模2,鑄錠3 ;鑄模2與鑄錠3相互接觸。同時，還包括冷卻系統(tǒng)，用于對冷卻系統(tǒng)、鑄模2、鑄錠3三者不同位置的溫度進行實時采集的溫度采集系統(tǒng)，用于對鑄錠3進行加熱的加熱裝置及用于對溫度采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進行分析處理的換熱系數(shù)計算模塊。其中，溫度采集系統(tǒng)的輸入端分別與冷卻系統(tǒng)、鑄模2及鑄錠3三者連接。溫度采集系統(tǒng)的輸出端與換熱系數(shù)計算模塊連接。加熱裝置與鑄錠3相接觸。本實施例中，冷水系統(tǒng)包括冷卻水管I和用于控制冷卻系統(tǒng)冷卻強度的控制裝置。其中，鑄模2設置在冷卻水管I的中部，且鑄模2內腔與冷卻水管I外壁相接觸?？刂蒲b置設置在冷卻水管進水口 5與鑄模2之間。同時，冷卻水管進水口 5通過第一測溫元件與溫度采集系統(tǒng)輸入端連接。冷卻水管出水口 6通過第二測溫元件與溫度采集系統(tǒng)輸入端連接。鑄模2通過第三測溫元件與溫度采集系統(tǒng)輸入端連接。其中，第三測溫元件可對鑄模2上多處不同位置進行測溫操作。本實施例中，換熱系數(shù)計算模塊包括數(shù)據(jù)接收單元及數(shù)據(jù)處理單元。其中數(shù)據(jù)接收單元，用于接收溫度采集系統(tǒng)實時采集的溫度參數(shù)；數(shù)據(jù)處理單元，根據(jù)所述溫度參數(shù)，計算不同冷卻強度下所述鑄模2與所述鑄錠3的換熱系數(shù)。優(yōu)選地，用于控制冷卻系統(tǒng)冷卻強度的控制裝置是流量計。優(yōu)選地，上述第一測溫元件、第二測溫元件及第三測溫元件是熱電偶。同時，本發(fā)明實施例提供的一種用于測定水冷鑄模換熱系數(shù)的實驗裝置還包括保溫系統(tǒng)。其中，保溫系統(tǒng)包括一個不銹鋼容器及高溫耐火材料。本實施例中，加熱裝置、冷卻系統(tǒng)、鑄模2及鑄錠3置于不銹鋼容器內，并且在不銹鋼容器內壁塞進高溫耐火材料已達到保溫的目的。優(yōu)選地，高溫耐火材料是耐火纖維棉。本發(fā)明在實際操作工程中，由溫度采集系統(tǒng)與換熱系數(shù)計算模塊同步連接。首先 通過流量計控制7控制冷水系統(tǒng)的冷卻強度，然后采用耐火磚加熱板4將鑄錠3加熱到一定溫度。同時，利用溫度采集系統(tǒng)、第一測溫元件、第二測溫元件、第三測溫元件對冷卻水管進水口 5、冷卻水管出水口 6及鑄模2內腔不同位置的溫度進行實時采集，在不同冷卻水流速的情況下完成多組試驗。依據(jù)穩(wěn)態(tài)傳熱時進入鑄模2的熱量與冷卻水帶走的熱量相等，計算不同冷卻強度下不同位置的換熱系數(shù)。本發(fā)明提供的一種用于測定水冷鑄模換熱系數(shù)的實驗裝置，包括鑄模2、鑄錠3、冷卻系統(tǒng)、溫度采集系統(tǒng)、加熱裝置及換熱系數(shù)計算模塊。本發(fā)明通過將溫度采集系統(tǒng)的輸入端分別與冷卻系統(tǒng)、鑄模2、鑄錠3連接，輸出端與換熱系數(shù)計算模塊連接，將鑄模2與鑄錠3相互接觸，將鑄錠3與加熱裝置相互接觸；同時，在冷卻系統(tǒng)中設置流量計7對裝置中冷卻強度加以控制，并采用溫度采集系統(tǒng)對冷卻系統(tǒng)、鑄模2及鑄錠3不同位置的溫度進行實時采集，依據(jù)穩(wěn)態(tài)傳熱時進入鑄模的熱量與冷卻水帶走的熱量相等，計算不同冷卻強度下不同位置的換熱系數(shù)。在實際應用中，本發(fā)明采用耐火磚加熱板4對鑄錠3進行加熱，利用鑄模水冷系統(tǒng)進行冷卻，不僅物理模擬生產過程中鑄模2和鑄錠3的接觸過程，將整個加熱裝置和冷卻系統(tǒng)固定在一個不銹鋼容器內，周圍塞進一些高溫耐火面的材料以達到保溫的目的，而且采用遠程數(shù)字化溫度采集系統(tǒng)對鑄錠3和鑄模2不同區(qū)域的溫度進行在線實時、定點采集。同時，本發(fā)明還具有結構簡單，操作方便，且準確度高的特點。最后所應說明的是，以上具體實施方式
僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照實例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種用于測定水冷鑄模換熱系數(shù)的實驗裝置，包括鑄模(2)，鑄錠(3)，所述鑄模(2)與所述鑄錠(3)相互接觸；其特征在于，還包括 冷卻系統(tǒng)，用于對所述冷卻系統(tǒng)、所述鑄模(2)、所述鑄錠(3)三者不同位置的溫度進行實時采集的溫度采集系統(tǒng)，用于對所述鑄錠(3)進行加熱的加熱裝置及用于對所述溫度采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進行分析處理的換熱系數(shù)計算模塊； 所述溫度采集系統(tǒng)的輸入端分別與所述冷卻系統(tǒng)、所述鑄模(2)、所述鑄錠(3)連接； 所述溫度采集系統(tǒng)的輸出端與所述換熱系數(shù)計算模塊連接； 所述加熱裝置與所述鑄錠(3)相接觸。
2.根據(jù)權利要求I所述用于測定水冷鑄模換熱系數(shù)的實驗裝置，其特征在于，所述冷卻系統(tǒng)包括冷卻水管(I)、用于控制所述冷卻系統(tǒng)冷卻強度的控制裝置； 所述鑄模(2)設置在所述冷卻水管(I)的中部，且鑄模(2)內腔與所述冷卻水管(I)外壁相接觸； 所述控制裝置設置在所述冷卻水管(I)的進水口(5)與所述鑄模(2)之間； 所述冷卻水管(I)的進水口(5)通過第一測溫元件與所述溫度采集系統(tǒng)輸入端連接； 所述冷卻水管(I)的出水口(6)通過第二測溫元件與所述溫度采集系統(tǒng)輸入端連接； 所述鑄模(2 )通過第三測溫元件與所述溫度采集系統(tǒng)輸入端連接。
3.根據(jù)權利要求2所述用于測定水冷鑄模換熱系數(shù)的實驗裝置，其特征在于，所述換熱系數(shù)計算模塊包括數(shù)據(jù)接收單元及數(shù)據(jù)處理單元； 所述數(shù)據(jù)接收單元，接收所述溫度采集系統(tǒng)實時采集的溫度參數(shù)； 所述數(shù)據(jù)處理單元，根據(jù)所述溫度參數(shù)，計算不同冷卻強度下所述鑄模(2)與所述鑄錠(3)的換熱系數(shù)。
4.根據(jù)權利要求3所述用于測定水冷鑄模換熱系數(shù)的實驗裝置，其特征在于 所述用于控制冷卻系統(tǒng)冷卻強度的控制裝置是流量計(7)。
5.根據(jù)權利要求4所述用于測定水冷鑄模換熱系數(shù)的實驗裝置，其特征在于 所述第一測溫元件、所述第二測溫元件及所述第三測溫元件是熱電偶。
6.根據(jù)權利要求5所述用于測定水冷鑄模換熱系數(shù)的實驗裝置，其特征在于，所述加熱裝置包括耐火磚加熱板(4);所述耐火磚加熱板(4)與所述鑄錠(3)相接觸。
7.根據(jù)權利要求1-6任一項所述用于測定水冷鑄模換熱系數(shù)的實驗裝置，其特征在于，還包括保溫系統(tǒng)；所述冷水系統(tǒng)、所述鑄模(2)、所述鑄錠(3)及所述加熱裝置四者置于所述保溫系統(tǒng)中。
8.根據(jù)權利要求7所述用于測定水冷鑄模換熱系數(shù)的實驗裝置，其特征在于，所述保溫系統(tǒng)包括不銹鋼容器及高溫耐火材料； 所述冷水系統(tǒng)、所述鑄模(2)、所述鑄錠(3)及所述加熱裝置三者置于所述不銹鋼容器中，所述高溫耐火材料置于所述不銹鋼容器內壁處用于保溫。
9.根據(jù)權利要求7所述用于測定水冷鑄模換熱系數(shù)的實驗裝置，其特征在于所述高溫耐火材料是耐火纖維棉。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于測定水冷鑄模換熱系數(shù)的實驗裝置，包括鑄模、鑄錠、冷卻系統(tǒng)、溫度采集系統(tǒng)、加熱裝置及換熱系數(shù)計算模塊。本發(fā)明通過將溫度采集系統(tǒng)的輸入端分別與冷卻系統(tǒng)、鑄模、鑄錠連接，輸出端與換熱系數(shù)計算模塊連接，將鑄模與鑄錠相互接觸，將鑄錠與加熱裝置相互接觸；同時，在冷卻系統(tǒng)中設置流量計對裝置中冷卻強度加以控制，并采用溫度采集系統(tǒng)對冷卻系統(tǒng)、鑄模及鑄錠不同位置的溫度進行實時采集，依據(jù)穩(wěn)態(tài)傳熱時進入鑄模的熱量與冷卻水帶走的熱量相等，計算不同流速下不同位置的換熱系數(shù)。結構簡單，操作方便，且準確度高。
文檔編號G01N25/18GK102928461SQ201210416968
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月26日 優(yōu)先權日2012年10月26日
發(fā)明者蔡少武, 劉瑞杰, 黃灝, 趙宏杰, 郭繼東, 王建偉, 鐘德水 申請人:中冶南方工程技術有限公司