專利名稱：一種用于連鑄輕壓下機理研究的高溫實驗裝置與方法
技術領域：
本發明屬于煉鋼連鑄技術領域，特別提供了一種連鑄輕壓下機理研究的高溫實驗裝置與方法，對研究煉鋼連鑄輕壓下鋼的組織凝固與變形機理具有重要意義。
背景技術：
連鑄坯自拉出結晶器后，中心液相在選分結晶的作用下，不斷富集鋼中的雜質和有害元素，至凝固末端時因坯殼體積收縮和鑄坯內的熱應力導致末端液相受力不均，加之末端凝固組織的復雜性，造成鑄坯中心宏觀偏析、中心疏松等缺陷。為改善鑄坯質量，自上世紀九十年代以來，輕壓下技術應用于連鑄工藝中，一定程度上改善了鑄坯質量。但是，輕壓下的技術參數如壓下量、壓下速率、壓下力、壓下位置等，仍然處于根據經驗設定，或企業在鑄機上現場試驗后確定，輕壓下機理的研究還遠遠不夠，導致輕壓下技術的開發還不夠成熟。連鑄輕壓下機理的研究難度很大，主要原因是采取輕壓下技術的鑄坯在凝固過程中溫度場、應力場和中心液芯的流場是非常復雜的，為實驗研究帶來了很大難度，而現場實驗易造成生產不順行甚至停產，如果參數選擇不當還會造成生成事故，并且經濟代價大，參數變化范圍非常有限。為此，人們試圖通過實驗室實驗對輕壓下機理進行研究，仍處于起步階段。目前發現的研究中，田陸等人(參見文獻田陸等，連鑄輕壓下技術冷態模擬研究[J].鋼鐵研究， 2011,2:15)用冷態有機物丁二腈在室溫下進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象與偏析，無法模擬對中心疏松的影響，丁二腈與1500°C以上高溫鋼液的物理化學屬性有著很大區別，難以在機理上進行深入研究，無法針對鋼鐵材料進行定量研究，并且丁二腈為劇毒化學藥品，對人體和環境存在危害。其他研究還沒有開發出一種可以進行實體操作的、詳實記錄實驗數據的輕壓下機理研究高溫實驗裝置與實驗方法。對這一問題進行高溫研究的多借助于現場數據，這對研究造成了很大的局限性。連鑄輕壓下的壓下量很小，為毫米數量級，操作控制精度高，因此，開發一種可以進行實體精確操作的、詳實記錄實驗數據的輕壓下機理研究高溫實驗裝置與實驗方法，具有重要意義。
發明內容
本發明的目的在于提供一種連鑄輕壓下機理研究的高溫實驗裝置與方法，可以實現1500-1600°C高溫鋼水的澆鑄與輕壓下，并實現數據的精確測量與記錄，為機理研究提供詳實數據，實驗具有可重復性，本裝置同時適用于熔點低于1600°C的其他合金的同類研究。
一種用于連鑄輕壓下機理研究的高溫實驗裝置，實驗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，位移傳感器信號轉換器，電源，壓力傳感器信號轉換器組成；鑄模主體包括底座，可滑動支撐桿，滑動墻，固定螺桿，背面固定墻，側面固定墻，熱電偶導孔，可拆卸固定墻一，活動墻，可拆卸固定墻~.O以上設備及零部件的位置關系與連接關系如下底座平放于操作臺上；背面固定墻、側面固定墻與底座三者兩兩成直角關系并通過焊接連接在一起；滑動墻豎直置于底座上，并通過可滑動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，通過焊接固定在側面固定墻與滑動墻之間，并在可拆卸固定墻一和可拆卸固定墻二之間按照活動墻的尺寸留下空隙，活動墻豎直放在此空隙內；熱電偶導孔位于側面固定墻上，水平居中，垂直方向上高度與活動墻中心的高度一致；固定螺桿通過焊接焊接在背面固定墻上； 外置施壓墻安裝在活動墻外側，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；鑄模帽放在鑄模主體上方，并且四面居中；工作時鑄模主體平放在操作臺上； 位移傳感器信號轉換器、電源和壓力傳感器信號轉換器安裝在支撐架上方。本發明有五個顯著的特點一是可以進行煉鋼溫度下的高溫實驗；二是通過可拆卸固定墻與活動墻的配合，根據需要設計不同的尺寸，實施不同部位的輕壓下；三是傳感器、數據轉換器、數據采集卡與電腦終端連接實現數據的精確測量與記錄；四是實驗參數選取范圍較寬，實驗就有較高的可重復性，為輕壓下機理研究提供了可以實際操作的實驗裝置；五是操作簡便，經濟投資較少，安全系數高。本裝置根據不同的鋼種兩相區寬度不同，由實際需要進行不同比例大小的縮放； 根據連鑄坯斷面尺寸與形狀的不同，進行相對應的腔壁內型設計。鑄模帽一般選取鎂質耐火材料材質，鑄模主體采用鑄鐵或鋼板材質，工作臺架采用鋼板與槽鋼材料加工而成。壓下設備根據壓下力的不同可以選用不同壓力的千斤頂或電液推桿實施輕壓下。一種用于連鑄輕壓下機理研究的高溫實驗方法，根據研究需要，選擇不同重量的鋼水，加工與鋼水質量匹配的鑄模裝置，即可進行相關實驗。為保證實驗的順利進行，本發明采取四個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墻組合，可以進行不同壓下位置的選擇；三是在進行澆鑄前鑄模內的耐火材料要進行充分烘烤至完全干燥，防止高溫澆鑄時因潮濕引起爆炸；四是鑄模可滑動支撐桿在留足間隙后，擰上保護螺母，保證在鑄錠變形后側面滑動墻可以滑動但又不會翻到，保證操作安全。本方法實施過程為
1)鑄模主體內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鑄模主體進行烘烤至完全干燥；
3)鑄模主體冷卻后，將其放置到工作臺架，用固定螺桿將鑄模主體固定在工作臺架
上；
4)擰緊可滑動支撐桿上的保護螺母；
5)將千斤頂或電液推桿施力端通過外置壓力墻與活動墻相連接，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、數據轉換器元件、熱電偶、電路元件、數據采集卡和計算機是否工作正常；
9)檢查完畢并確認設備整體運行正常；
10)將冶煉好的鋼水通過鑄模帽澆鑄到鑄模中；
11)澆鑄完畢，熱電偶插入到測量位，開啟各傳感器數據轉換器，并通過數據采集卡將相關數據記錄到計算機上；
12)啟動千斤頂或電液推桿通過活動墻對鑄錠施加輕壓下壓力；
13)達到設定壓下位置后，停止壓下操作；
14)將測量數據保存到計算機，并做好備份；
15)鑄錠冷卻后，脫模，編號。16)關閉所有設備，實驗結束。本發明的優點是①實驗條件與現場條件一致性強，實驗為高溫實驗可進行輕壓下精確操作，對研究連鑄輕壓下機理具有重要意義；③裝置簡單，操作簡便，經濟費用少；④無人體危害或環境污染，安全性強，結果精確可靠。
圖I為本發明的鑄模主體2為本發明的連鑄輕壓下裝置整體裝配示意圖
附圖標記包括1.底座，2.可滑動支撐桿，3.滑動墻，4.固定螺桿，5.背面固定墻，
6.側面固定墻，7.熱電偶導孔,8.可拆卸固定墻一,9.活動墻，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，17.鑄模主體，18位移傳感器信號轉換器,19.電源,20.壓力傳感器信號轉換器。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明的技術方案作進一步說明。如圖I、圖2所示，本發明一種用于連鑄輕壓下機理研究的高溫實驗裝置，底座I平放于操作臺16上；背面固定墻5、側面固定墻6與底座I三者兩兩成直角關系并通過焊接連接在一起；滑動墻3豎直置于底座I上，并通過可滑動支撐桿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,通過焊接固定在側面固定墻6與滑動墻3之間，并在可拆卸固定墻一 8和可拆卸固定墻二 10之間按照活動墻9的尺寸留下空隙，活動墻9豎直放在此空隙內；熱電偶導孔7位于側面固定墻6上，水平居中，垂直方向上高度與活動墻9中心的高度一致；固定螺桿4通過焊接焊接在背面固定墻5上；外置施壓墻11安裝在活動墻9外側，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；鑄模帽14放在鑄模主體17上方，并且四面居中；工作時鑄模主體17平放在操作臺16上；位移傳感器信號轉換器18、電源19和壓力傳感器信號轉換器20安裝在支撐架15 上方。實施例I
采用本發明實驗裝置與實驗方法，對某廠生產的GCrl5軸承鋼260mmX 260mm大方坯進行輕壓下機理的研究分析。①將鑄模主體內腔制作為方形，在內壁均勻地刷涂耐火材料，進行充分烘烤至完全干燥；鑄模主體冷卻后安裝到工作臺架上，并依次將保護螺母、千斤頂、 熱電偶、各個電器元件及鑄模帽安裝到位；調試好各檢測元件，做好澆鑄準備。②澆鑄開始， 將冶煉好的IOkg鋼液通過鑄模帽口進行澆鑄，開啟溫度、位移、壓力測量元件和數據采集卡進行數據測量與采集。③啟動千斤頂，實施輕壓下，達到設定壓下位置后，停止壓下操作。 ④將數據保存并備份，鑄錠冷卻后，脫模，對鑄錠進行編號。⑤關閉所有設備，實驗結束。實施例2
采用本發明實驗裝置與實驗方法，對某廠生產的Q235鋼210mmX 1200mm板坯進行輕壓下機理的研究分析。①將鑄模主體內腔根據板坯斷面比例制作為矩形，在內壁均勻地刷涂耐火材料，進行充分烘烤至完全干燥；鑄模主體冷卻后安裝到工作臺架上，并依次將保護螺母、千斤頂、熱電偶、各個電器元件及鑄模帽安裝到位；調試好各檢測元件，做好澆鑄準備。 ②澆鑄開始，將冶煉好的15kg鋼液通過鑄模帽口進行澆鑄，開啟溫度、位移、壓力測量元件和數據采集卡進行數據測量與采集。③啟動電液推桿，達到設定壓下位置后，停止壓下操作。④將數據保存并備份，鑄錠冷卻后，脫模，對鑄錠進行編號。⑤關閉所有設備，實驗結束。通過本實驗裝置與實驗方法可以真實再現煉鋼連鑄輕壓下過程的各項操作，對連鑄輕壓下機理的研究有著重要意義。
權利要求
1.一種用于連鑄輕壓下機理研究的高溫實驗裝置，其特征是實驗裝置由鑄模主體(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(16)，位移傳感器信號轉換器(18)，電源(19)，壓力傳感器信號轉換器(20)組成；鑄模主體(17)包括底座(1)，可滑動支撐桿(2)，滑動墻(3)，固定螺桿(4)，背面固定墻(5)，側面固定墻(6),熱電偶導孔(7),可拆卸固定墻一(8),活動墻(9),可拆卸固定墻_■ (10)；以上設備及零部件的位置關系與連接關系如下底座(I)平放于操作臺(16)上；背面固定墻(5)、側面固定墻(6)與底座(I)三者兩兩成直角關系并通過焊接連接在一起；滑動墻(3)豎直置于底座(I)上，并通過可滑動支撐桿(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)，通過焊接固定在側面固定墻(6)與滑動墻(3)之間，并在可拆卸固定墻一(8)和可拆卸固定墻二(10)之間按照活動墻(9)的尺寸留下空隙， 活動墻(9)豎直放在此空隙內；熱電偶導孔(7)位于側面固定墻(6)上，水平居中，垂直方向上高度與活動墻(9)中心的高度一致；固定螺桿(4)通過焊接焊接在背面固定墻(5)上；外置施壓墻(11)安裝在活動墻(9)外側，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；鑄模帽(14)放在鑄模主體(17)上方，并且四面居中；工作時鑄模主體(17)平放在操作臺(16)上；位移傳感器信號轉換器(18)、電源(19)和壓力傳感器信號轉換器(20)安裝在支撐架(15)上方。
2.一種采用權利要求I所述用于連鑄輕壓下機理研究的高溫實驗裝置的高溫實驗方法，其特征是根據研究鋼種需要，將熔煉好的具有一定過熱度的鋼水通過鑄模帽注入實驗裝置中，熱電偶記錄鑄錠表面溫度，通過計算得到中心溫度分布及液芯的位置，根據不同預設方案通過千斤頂或電液推桿實施壓下，信號轉換器將傳感器的信號轉換為毫伏信號，通過數據采集卡采集到計算機，并實現實時顯示；根據研究需要，設計多種尺寸和型號的(8) 可拆卸墻、(9)活動墻和(10)可拆卸墻，滿足多種鋼種和鑄坯連鑄輕壓下研究的需要；實施過程為鑄模主體內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鑄模主體進行烘烤至完全干燥；鑄模主體冷卻后，將其放置到工作臺架，用固定螺桿將鑄模主體固定在工作臺架上；擰緊可滑動支撐桿上的保護螺母；將千斤頂或電液推桿施力端通過外置壓力墻與活動墻相連接，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、數據轉換器元件、熱電偶、電路元件、數據采集卡和計算機是否工作正常；檢查完畢并確認設備整體運行正常；將冶煉好的鋼水通過鑄模帽澆鑄到鑄模中；澆鑄完畢，熱電偶插入到測量位，開啟各傳感器數據轉換器，并通過數據采集卡將相關數據記錄到計算機上；啟動千斤頂或電液推桿通過活動墻對鑄錠施加輕壓下壓力；達到設定壓下位置后，停止壓下操作；將測量數據保存到計算機，并做好備份；鑄錠冷卻后，脫模，編號；關閉所有設備，實驗結束。
全文摘要
本發明提供了一種研究連鑄輕壓下對鑄坯凝固組織影響機理的高溫實驗裝置與方法，屬于煉鋼連鑄技術領域。其特征是實現了1500-1600℃煉鋼溫度下進行與現場條件極為接近的高溫實驗，具有設計巧妙，安全系數高，實驗精度高，可重復性高的特點。其方法易于操作，根據需要設計不同的活動墻和可拆卸固定墻的尺寸大小及鑄模主體內腔形狀，實現各種斷面的鑄坯不同的位置進行壓下。本發明的應用和推廣，可以在實驗室實現連鑄輕壓下操作，實驗數據可以實時保存，實驗試樣滿足各種檢測要求，對深入研究連鑄輕壓下機理有著重要意義。
文檔編號B22D11/00GK102601324SQ20121006749
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月14日 優先權日2012年3月14日
發明者包燕平, 張立強, 彭尊, 李怡宏, 林路, 王敏, 王毓男, 王睿, 馬文俊, 黃杰 申請人:北京科技大學