一種連鑄結(jié)晶器角部附近鋼液初始凝固模擬裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種連鑄結(jié)晶器角部附近鋼液初始凝固模擬裝置及方法，屬于鋼鐵連鑄技術(shù)領(lǐng)域；使用裝備有直角結(jié)晶器的模擬裝置來模擬實(shí)際連鑄過程中的結(jié)晶器內(nèi)角部附近初始凝固坯殼的形成過程，同時(shí)利用埋藏在結(jié)晶器內(nèi)的高速率測(cè)溫?zé)犭娕极@取拉坯過程中的溫度數(shù)據(jù)；結(jié)晶器的兩個(gè)銅板面構(gòu)成一個(gè)直角，在銅板面和直角位置都埋藏有熱電偶；通過對(duì)溫度數(shù)據(jù)的處理、分析以及結(jié)合實(shí)驗(yàn)獲取的初始凝固坯殼，來研究結(jié)晶器角部附近內(nèi)鋼液的初始凝固行為，準(zhǔn)確了解鑄坯角部表面缺陷的產(chǎn)生機(jī)理，從而采取相應(yīng)的措施來消除或減少角部鑄坯表面缺陷，這對(duì)指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)具有重要意義。
【專利說明】
一種連鑄結(jié)晶器角部附近鋼液初始凝固模擬裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種連鑄結(jié)晶器角部附近鋼液初始凝固模擬裝置及方法，屬于鋼鐵連 鑄技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 連鑄還的質(zhì)量缺陷包括內(nèi)部質(zhì)量缺陷和表面質(zhì)量缺陷，一方面，鑄還缺陷會(huì)影響 連鑄機(jī)生產(chǎn)效率、成材率、最終產(chǎn)品性能，從而降低生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益;另一方面，隨著連鑄連乳 和薄帶板坯連鑄技術(shù)的發(fā)展，對(duì)連鑄坯質(zhì)量要求也越來越高。因此，生產(chǎn)無缺陷鑄坯或者不 影響終端產(chǎn)品性能可容忍的鑄坯是一項(xiàng)冶金工作者的重要任務(wù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，鑄坯裂紋約占各 類缺陷總和的50%。鑄坯的表面質(zhì)量缺陷包括表面裂紋、深振痕、皮下針孔和宏觀夾雜，但 主要是表面裂紋，表面橫裂紋是最常見、危害最大的鑄坯表面缺陷之一。表面橫裂紋通常產(chǎn) 生于板坯角部附近，多于寬面中心。實(shí)際生產(chǎn)中采取了許多的措施來減少角部橫裂紋的發(fā) 生，但是不能根除。從國(guó)內(nèi)外其他鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)情況來看，目前情況較好的企業(yè)連鑄坯角 部橫裂紋發(fā)生率控制在4%~5%，同時(shí)直角連鑄板坯角部橫裂紋發(fā)生率往往呈現(xiàn)不穩(wěn)定、 易反復(fù)的特點(diǎn)。研究表明，鑄坯表面質(zhì)量缺陷來源于彎月面區(qū)域的坯殼初始凝固過程，并且 在二冷區(qū)擴(kuò)展。因此通過研究結(jié)晶器角部附近內(nèi)鋼液的初始凝固行為，才能準(zhǔn)確了解鑄坯 角部表面缺陷的產(chǎn)生機(jī)理，從而采取相應(yīng)的措施來消除或減少角部鑄坯表面缺陷。
[0003] 許多人對(duì)鋼液在結(jié)晶器內(nèi)的初始凝固行為做了很多研究，主要分為四大類:工業(yè) 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)研究、小型中試連鑄機(jī)實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)學(xué)模擬研究和實(shí)驗(yàn)室熱模擬研究。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí) 驗(yàn)和小型中試連鑄機(jī)實(shí)驗(yàn)是研究鋼液初始凝固行為最理想的方法，但是有以下幾個(gè)不足之 處:實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)性高，難以準(zhǔn)確控制我們所需的實(shí)驗(yàn)條件以及獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù);原料消耗量多、 能耗高以及影響正常的生產(chǎn)流程，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)成本高。有人通過建立數(shù)學(xué)模型得到解析表達(dá) 式對(duì)初始坯殼的凝固長(zhǎng)大、振痕的形成和保護(hù)渣的滲入等進(jìn)行了預(yù)測(cè)。除此之外，通過數(shù)值 方法求解數(shù)學(xué)模型來模擬初始凝固行為以及初始凝固過程中可能產(chǎn)生的表面缺陷。數(shù)學(xué)模 型是建立在一定假設(shè)的基礎(chǔ)上，而且需要全面準(zhǔn)確的邊界條件和物性參數(shù)，但這些數(shù)據(jù)的 獲取比較有限，這些因素會(huì)影響模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，模擬結(jié)果難以全面、準(zhǔn)確的反應(yīng)鋼液在 結(jié)晶器內(nèi)的包含了復(fù)雜、高溫、多相和瞬態(tài)的"三傳一反"現(xiàn)象的初始凝固行為。實(shí)驗(yàn)室熱模 擬主要包括低熔點(diǎn)金屬連鑄模擬和鋼高溫連鑄模擬，低熔點(diǎn)金屬連鑄模擬可以很方便和有 效的研究連鑄條件對(duì)金屬初始凝固行為的影響，但是并不能真實(shí)反映鋼液的初始凝固過 程，并且不能研究保護(hù)渣對(duì)鋼液初始凝固行為的影響。Badri等人和Sohn等人采用結(jié)晶器熱 模擬裝置來模擬高溫鋼液在結(jié)晶器內(nèi)的初始凝固，相比數(shù)學(xué)模擬以及低熔點(diǎn)金屬連鑄模擬 更具有真實(shí)性，但是該裝置結(jié)晶器的結(jié)晶器只有一個(gè)冷卻面，不能研究結(jié)晶器角部附近內(nèi) 鋼液的初始凝固行為。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種連鑄結(jié)晶器角部附近鋼液初始凝固模擬裝 置及方法;使用裝備有直角結(jié)晶器的模擬裝置來模擬實(shí)際連鑄過程中的結(jié)晶器角部附近初 始凝固坯殼的形成過程，同時(shí)利用埋藏在結(jié)晶器內(nèi)的高速率測(cè)溫?zé)犭娕极@取實(shí)時(shí)溫度數(shù) 據(jù);通過對(duì)溫度數(shù)據(jù)的處理、分析以及結(jié)合實(shí)驗(yàn)獲取的初始凝固坯殼，來研究結(jié)晶器角部附 近內(nèi)鋼液的初始凝固行為，準(zhǔn)確了解鑄坯角部表面缺陷的產(chǎn)生機(jī)理，從而采取相應(yīng)的措施 來消除或減少角部鑄坯表面缺陷，這對(duì)指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)具有重要意義。
[0005] 本發(fā)明一種連鑄結(jié)晶器角部附近鋼液初始凝固模擬裝置，
[0006] 包括結(jié)晶器振動(dòng)電機(jī)（1)、拉還電機(jī)(2)、第一升降電機(jī)(3)、第二升降電機(jī)(4)、拉 坯器(5)、結(jié)晶器(6)、冷卻水道、惰性保護(hù)氣罩(12)、定位電極(15)、熔煉爐（16)、基座（17)、 溫度采集系統(tǒng)（18)、熔爐控制系統(tǒng)（19)、電機(jī)控制系統(tǒng)(20)、第一升降托架(21)、第二升降 托架(22);
[0007] 所述基座（17)上裝有第一升降電機(jī)(3)、第二升降電機(jī)(4)，第一升降電機(jī)(3)控制 著第一升降托架(21)上下移動(dòng)，第二升降電機(jī)(4)控制著第二升降托架(22)上下移動(dòng)；
[0008] 所述熔煉爐（16)設(shè)置在所述基座（17)上并處于第一升降電機(jī)(3)、第二升降電機(jī) (4)之間;所述結(jié)晶器振動(dòng)電機(jī)（1)和拉坯電機(jī)(2)均設(shè)置在所述第一升降托架(21)上;所述 溫度采集系統(tǒng)（18)與埋藏在結(jié)晶器(6)中的熱電偶連接；
[0009] 所述結(jié)晶器（6)被所述拉坯器（5)包裹著，只露出第一銅板面（23)、第二銅板面 (24)與鋼液接觸;所述結(jié)晶器(6)通過所述結(jié)晶器振動(dòng)電機(jī)（1)的驅(qū)動(dòng)作上下振動(dòng);所述第 二升降托架(22)與定位電極（15)相連;所述拉坯電機(jī)(2)控制所述拉坯器(5)向下拉動(dòng);與 所述第一銅板面(23)相對(duì)的外壁為結(jié)晶器第一外壁(27)，與所述第一銅板面(23)直接相連 的結(jié)晶器側(cè)壁為結(jié)晶器第一側(cè)壁(25)，在第一銅板面(23)、結(jié)晶器第一側(cè)壁(25)和結(jié)晶器 第一外壁(27)所形成的空間內(nèi)布置有第一組熱電偶(29)、第二組熱電偶(30)以及1號(hào)冷卻 水道（10);所述結(jié)晶器中與第二銅板面(24)相對(duì)的外壁為結(jié)晶器第二外壁(28)，與所述第 二銅板面(24)直接相連的結(jié)晶器側(cè)壁為結(jié)晶器第二側(cè)壁(26);在第二銅板面(24)、結(jié)晶器 第二側(cè)壁(26)和結(jié)晶器第二外壁(28)所形成的空間內(nèi)布置有2號(hào)冷卻水道（11)、第三組熱 電偶(31)、第四組熱電偶(32);
[0010] 在結(jié)晶器(6)內(nèi)，位于1號(hào)冷卻水道(10)與2號(hào)冷卻水道(11)之間還設(shè)有3號(hào)冷卻水 道(9)。
[0011] 本發(fā)明一種連鑄結(jié)晶器角部附近鋼液初始凝固模擬裝置，第二升降電機(jī)(4)控制 著第二升降托架(22)上下移動(dòng);進(jìn)而控制著定位電極(15)的運(yùn)行。
[0012] 本發(fā)明一種連鑄結(jié)晶器角部附近鋼液初始凝固模擬裝置，第一銅板面(23)的寬度 為20_50mm，優(yōu)選為25_35mm，進(jìn)一步優(yōu)選為30mm;
[0013] 第二銅板面(24)的寬度為20-50mm，優(yōu)選為25-35mm，進(jìn)一步優(yōu)選為30mm;
[0014] 結(jié)晶器第一側(cè)壁(25)的厚度為10-30mm，優(yōu)選為15-25mm，進(jìn)一步優(yōu)選為20mm;
[0015] 結(jié)晶器第二側(cè)壁(26)的厚度為10-30mm，優(yōu)選為15-25mm，進(jìn)一步優(yōu)選為20mm;
[0016] 結(jié)晶器第一外壁(27)的寬度為30-80mm，優(yōu)選為40-60mm，進(jìn)一步優(yōu)選為50mm;
[0017] 結(jié)晶器第二外壁(28)的寬度為30-80mm，優(yōu)選為40-60mm，進(jìn)一步優(yōu)選為50mm。
[0018] 本發(fā)明一種連鑄結(jié)晶器角部附近鋼液初始凝固模擬裝置，第一銅板面(23)與第二 銅板面(24)所構(gòu)成的夾角為90°。
[0019] 本發(fā)明一種連鑄結(jié)晶器角部附近鋼液初始凝固模擬裝置，第一組熱電偶(29)與第 二組熱電偶（30)處于同一個(gè)平面，并且所述平面垂直于第一銅板面（23)且平行于拉坯方 向；
[0020] 第一組熱電偶(29)中的所有熱電偶可以處于不同一豎直線上；
[0021] 第二組熱電偶（30)中的所有熱電偶處于同一豎直線上，所述豎直線沿著拉坯方 向；
[0022] 第三組熱電偶(31)與第四組熱電偶(32)處于同一個(gè)平面，并且所述平面與第一銅 板面(23)成45度角，與第二銅板面(24)也成45度角；
[0023]第三組熱電偶(31)中的所有熱電偶可以處于不同一豎直線上；
[0024] 第四組熱電偶（32)中的所有熱電偶處于同一豎直線上，所述豎直線沿著拉坯方 向。
[0025] 本發(fā)明一種連鑄結(jié)晶器角部附近鋼液初始凝固模擬裝置，第一組熱電偶(29)到第 一銅板面(23)的垂直距離均為l-5mm，優(yōu)選為l-3mm，進(jìn)一步優(yōu)選為2mm;第一組熱電偶(29) 到結(jié)晶器第一側(cè)壁(25)的垂直距離均為10-20mm，優(yōu)選為12-18mm，進(jìn)一步優(yōu)選為15mm;
[0026] 第二組熱電偶（30)到第一銅板面(23)的垂直距離均為5-12mm，優(yōu)選為6-10mm，進(jìn) 一步優(yōu)選為7mm;第二組熱電偶(30)到結(jié)晶器第一側(cè)壁(25)的垂直距離均為10-20mm，優(yōu)選 為12-18mm，進(jìn)一步優(yōu)選為15mm;
[0027] 第一組熱電偶（29)到第二組熱電偶（30)的垂直間距為l-8mm，優(yōu)選為3-6mm，進(jìn)一 步優(yōu)選為5mm;
[0028] 第三組熱電偶（31)到平面B的垂直距離均為l-5mm，優(yōu)選為l-3mm，進(jìn)一步優(yōu)選為 2mm;定義：以第一銅板面(23)與第二銅板面(24)相交線為A邊，以結(jié)晶器第一外壁(27)、結(jié) 晶器第二外壁的相交線為B邊，一個(gè)平面同時(shí)過A、B兩個(gè)邊，則定義該平面為平面A，與平面A 垂直且過A邊的平面為平面B;所述A邊即為結(jié)晶器角部(33)。
[0029] 第四組熱電偶(32)到平面B的垂直距離均為5-12mm，優(yōu)選為6-10mm，進(jìn)一步優(yōu)選為 7mm；
[0030] 第三組熱電偶（31)到第四組熱電偶（32)的垂直距離為I -8mm，優(yōu)選為3-6mm，進(jìn)一 步優(yōu)選為5mm。
[0031] 本發(fā)明一種連鑄結(jié)晶器角部附近鋼液初始凝固模擬裝置，1號(hào)冷卻水道（10)的直 徑為5-13mm，優(yōu)選為7-11mm，進(jìn)一步優(yōu)選為8mm;所述冷卻水道（10)的中軸線與第一銅板面 (23)的垂直距離為9-18mm，優(yōu)選為IO-Hmm，進(jìn)一步優(yōu)選為12mm;所述冷卻水道（10)與結(jié)晶 器第一側(cè)壁(25)的垂直距離為6-15mm，優(yōu)選為8-12mm，進(jìn)一步優(yōu)選為IOmm;
[0032] 2號(hào)冷卻水道（11)的直徑為5_13mm，優(yōu)選為7-llmm，進(jìn)一步優(yōu)選為8mm;所述冷卻水 道（11)的中軸線與第二銅板面(24)的垂直距離為9-18mm，優(yōu)選為10-14mm，進(jìn)一步優(yōu)選為 12mm;所述冷卻水道（11)與結(jié)晶器第二側(cè)壁(26)的垂直距離為6-15mm，優(yōu)選為8-12mm，進(jìn)一 步優(yōu)選為IOmm;
[0033] 3號(hào)冷卻水道(9)的直徑為5_13mm，優(yōu)選為7-11mm，進(jìn)一步優(yōu)選為8mm;所述冷卻水 道(9)的中軸線處于第三組熱電偶(31)和第四組熱電偶(32)所構(gòu)成的平面，冷卻水道(9)的 中軸線到平面B的垂直大于第三、第四組熱電偶到平面B的垂直距離，且冷卻水道(9)到平面 B的垂直距離為9-18mm、優(yōu)選為10-14mm，進(jìn)一步優(yōu)選為12mm。即冷卻水道(9)到結(jié)晶器角部 (33)的垂直距離為9-18mm、優(yōu)選為10-14mm，進(jìn)一步優(yōu)選為12mm。
[0034] 本發(fā)明一種連鑄結(jié)晶器角部附近鋼液初始凝固模擬裝置，1號(hào)冷卻水道(10)和3號(hào) 冷卻水道(9)均為出水道;3號(hào)冷卻水道(9)為進(jìn)水道，且依次與水流量計(jì)(7 )、冷卻水閥門 (8)連接。
[0035] 本發(fā)明一種連鑄結(jié)晶器角部附近鋼液初始凝固模擬裝置，第一組熱電偶(29)共有 m個(gè)熱電偶，將第一組熱電偶(29)中到結(jié)晶器(6)頂部的距離最短的熱電偶計(jì)為1上，將第一 組熱電偶(29)中到結(jié)晶器(6)底部的距離最短的熱電偶計(jì)為1下;熱電偶1上到結(jié)晶器(6)頂部 的垂直距離與結(jié)晶器(6)的高之比為0.6-0.9:1，優(yōu)選為0.7-0.8:1，進(jìn)一步優(yōu)選為0.75:1; 熱電偶1下到結(jié)晶器(6)底部的垂直距離與結(jié)晶器(6)的高之比為1:4-8,優(yōu)選為1:6-8,進(jìn)一 步優(yōu)選為1:7;所述m大于等于4;
[0036] 第二組熱電偶(30)共有η個(gè)熱電偶，將第二組熱電偶(30)中到結(jié)晶器(6)頂部的距 離最短的熱電偶計(jì)為2上，將第二組熱電偶(30)中到結(jié)晶器(6)底部的距離最短的熱電偶計(jì) 為2下;熱電偶2上到結(jié)晶器(6)頂部的垂直距離與結(jié)晶器(6)的高之比為0.6-0.9:1，優(yōu)選為 0.7-0.8:1，進(jìn)一步優(yōu)選為0.75:1;熱電偶2下到結(jié)晶器(6)底部的垂直距離與結(jié)晶器(6)的高 之比為1:4-8,優(yōu)選為1:6-8,進(jìn)一步優(yōu)選為1:7;所述η大于等于4;
[0037]第三組熱電偶(31)共有ρ個(gè)熱電偶，將第三組熱電偶(31)中到結(jié)晶器(6)頂部的距 離最短的熱電偶計(jì)為3上，將第三組熱電偶(31)中到結(jié)晶器(6)底部的距離最短的熱電偶計(jì) 為3下;熱電偶3上到結(jié)晶器(6)頂部的垂直距離與結(jié)晶器(6)的高之比為0.6-0.9:1，優(yōu)選為 0.7-0.8:1，進(jìn)一步優(yōu)選為0.75:1;熱電偶3下到結(jié)晶器(6)底部的垂直距離與結(jié)晶器(6)的高 之比為1:4-8,優(yōu)選為1:6-8,進(jìn)一步優(yōu)選為1:7;所述ρ大于等于4;
[0038] 第四組熱電偶(32)共有q個(gè)熱電偶，將第四組熱電偶(32)中到結(jié)晶器(6)頂部的距 離最短的熱電偶計(jì)為4上，將第四組熱電偶(32)中到結(jié)晶器(6)底部的距離最短的熱電偶計(jì) 為4下;熱電偶4上到結(jié)晶器(6)頂部的垂直距離與結(jié)晶器(6)的高之比為0.6-0.9:1，優(yōu)選為 0.7-0.8:1，進(jìn)一步優(yōu)選為0.75:1;熱電偶4下到結(jié)晶器(6)底部的垂直距離與結(jié)晶器(6)的高 之比為1:4-8,優(yōu)選為1:6-8,進(jìn)一步優(yōu)選為1:7;所述q大于等于4。
[0039] 本發(fā)明一種連鑄結(jié)晶器角部附近鋼液初始凝固模擬裝置，所述連鑄結(jié)晶器(6)的 材質(zhì)為銅材，優(yōu)選為紫銅。
[0040] 本發(fā)明還提供了一種利用上述裝置模擬連鑄結(jié)晶器角部附近鋼液初始凝固的方 法，該方法為：
[0041 ]步驟一
[0042] 準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)鋼種以及對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)保護(hù)渣;將實(shí)驗(yàn)鋼種加入熔煉爐（16)中升溫至熔 化，并且保持鋼液溫度在實(shí)驗(yàn)鋼種液相溫度以上20-50°C;升溫過程使用惰性保護(hù)氣罩（12) 防止鋼液被氧化;接著加入保護(hù)渣，保護(hù)渣熔化后所形成的液態(tài)保護(hù)渣層（13)的厚度為5-10mm；
[0043] 步驟二
[0044] 開啟升降電機(jī)(4)，控制定位電極（15)的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)定位電極（15)接觸高溫導(dǎo)電液面 時(shí)，低電壓回路接通，定位電極（15)停止運(yùn)動(dòng);計(jì)算機(jī)記錄此時(shí)定位電極（15)的位置，計(jì)算 機(jī)根據(jù)定位電極（15)的位置信息給升降電機(jī)(3)發(fā)送運(yùn)行指令，使拉坯器(5)和結(jié)晶器(6) 一起向下運(yùn)動(dòng)，并且進(jìn)入熔池（14)中，此時(shí)熱電偶1上和定位電極（15)的底端處于同一高度 上;結(jié)晶器(6)在進(jìn)入熔池（14)的同時(shí)，通過結(jié)晶器振動(dòng)電機(jī)（1)控制其振幅和振頻;結(jié)晶器 (6)在進(jìn)入熔池（14)的同時(shí)，開啟冷卻水閥門（8);
[0045] 步驟三
[0046] 結(jié)晶器(6)在熔池（14)中停留3_8s后，啟動(dòng)拉坯電機(jī)(2)驅(qū)動(dòng)拉坯器(5)向下拉動(dòng)， 結(jié)晶器(6)上的凝固鋼坯隨著拉坯器(5)向下運(yùn)行，不斷有新的鋼液接觸結(jié)晶器的第一銅板 面(23)與第二銅板面(24)，以模擬工廠拉坯過程，拉出設(shè)定長(zhǎng)度的初始凝固坯殼；同時(shí)溫度 采集系統(tǒng)（18)以頻率f采集拉坯過程中結(jié)晶器(6)內(nèi)溫度的變化，并且將溫度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于電 腦中；
[0047] 步驟四
[0048] 拉坯過程結(jié)束后，升降托架(21)往上運(yùn)動(dòng)，使初始凝固坯殼脫離熔池，并且在空氣 中冷卻，最后將坯殼被切割下來；
[0049] 步驟五
[0050] 根據(jù)拉坯過程中，第一組熱電偶（29)、第二組熱電偶(30)的測(cè)量值，計(jì)算出拉坯過 程中第一銅板面(23)的熱流密度；
[0051] 根據(jù)拉坯過程中，第三組熱電偶(31)、第三組熱電偶(32)的測(cè)量值，計(jì)算出拉坯過 程中結(jié)晶器角部(33)的熱流密度；
[0052] 步驟六
[0053]測(cè)量靠近第一組熱電偶（29)的坯殼面部位置和靠近第三組熱電偶（32)的角部位 置的厚度并采用凝固平方根定律對(duì)坯殼面部位置和角部位置的厚度與時(shí)間的關(guān)系進(jìn)行擬 合，得到坯殼凝固厚度與時(shí)間的關(guān)系，并且得到坯殼面部位置和角部位置的平均凝固系數(shù)；
[0054] 步驟七
[0055] 測(cè)量靠近第一組熱電偶(29)的坯殼面部位置表面的振痕間距以及振痕深度；
[0056]測(cè)量靠近第三組熱電偶(32)的坯殼角部位置表面的振痕間距以及振痕深度；
[0057] 步驟八
[0058] 改變連鑄參數(shù)，重復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，研究連鑄工藝參數(shù)對(duì)結(jié)晶器角部附近鋼液初始凝 固行為的影響。當(dāng)步驟八調(diào)整后的參數(shù)使得結(jié)晶器的溫度波動(dòng)小于:TC、熱流密度波動(dòng)小于 0.2Mff/m2;結(jié)晶器同一水平高度不同位置處的溫度差值小于5°C，熱流密度差值小于0.3MW/ m2;坯殼面部位置和角部位置的平均凝固系數(shù)的差值小于0.2mm/s1/2;各個(gè)振痕間距的差值 小于1mm、振痕深度小于0.4mm，所對(duì)應(yīng)的連鑄參數(shù)即為優(yōu)化參數(shù)。所獲取的坯殼表面質(zhì)量越 好。
[0059] 本發(fā)明一種連鑄結(jié)晶器角部附近鋼液初始凝固模擬裝置，步驟六中，還可以得出 坯殼不同部位的平均凝固系數(shù)與第一銅板面(23)的熱流密度的定性關(guān)系;得出坯殼不同部 位的平均凝固系數(shù)與結(jié)晶器角部（33)熱流密度的定性關(guān)系；以便為調(diào)整相關(guān)參數(shù)提供方 向。
[0060] 本發(fā)明一種連鑄結(jié)晶器角部附近鋼液初始凝固模擬裝置，結(jié)晶器進(jìn)入熔池（14)的 深度為70_90mm，優(yōu)選為80mm;
[0061] 本發(fā)明一種模擬連鑄結(jié)晶器角部附近鋼液初始凝固的方法，結(jié)晶器在熔池中停留 的時(shí)間為5 s;拉還器(5)向下拉動(dòng)后形成新的初始凝固還殼的厚度為0 - 6 mm;新的初始凝固 還殼的長(zhǎng)度為40_60mm，優(yōu)選為50mm;
[0062] 本發(fā)明一種模擬連鑄結(jié)晶器角部附近鋼液初始凝固的方法，拉坯的速度為8- 12mm/s，優(yōu)選為 I Omm/s;
[0063] 本發(fā)明一種模擬連鑄結(jié)晶器角部附近鋼液初始凝固的方法，所述結(jié)晶器(6)的振 幅為2_7mm，優(yōu)選為4.5mm;振頻為80-150cpm，優(yōu)選為lOOcpm。
[0064] 本發(fā)明一種模擬連鑄結(jié)晶器角部附近鋼液初始凝固的方法，所述f的取值為30-80Hz。
[0065] 本發(fā)明一種模擬連鑄結(jié)晶器角部附近鋼液初始凝固的方法，冷卻水溫為20-30Γ， 優(yōu)選為25°C ;冷卻水流量為3-6L/min，優(yōu)選為4L/min。
[0066] 作為優(yōu)選，步驟五中
[0067] 對(duì)拉坯過程中結(jié)晶器銅板面（23)內(nèi)溫度與結(jié)晶器角部（33)內(nèi)溫度的大小的不同 和變化趨勢(shì)的不同進(jìn)行對(duì)比分析；基于測(cè)量的結(jié)晶器內(nèi)的溫度，利用二維傳熱數(shù)學(xué)模型 2DIHCP for mold heat flux軟件(登記號(hào)2016SR067373)計(jì)算出結(jié)晶器銅板面(23)和結(jié)晶 器角部(33)的熱面熱流密度的大小，并且對(duì)兩者的小的不同和變化趨勢(shì)的不同進(jìn)行對(duì)比分 析。
[0068] 本發(fā)明一種模擬連鑄結(jié)晶器角部附近鋼液初始凝固的方法，凝固平方根定律的表 達(dá)式為Δ' = /wV，E為還殼厚度，mm;k為平均凝固系數(shù)，mm/s1/2; t為凝固時(shí)間，s。
[0069]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：
[0070] 1)本發(fā)明結(jié)晶器的兩個(gè)銅板面23、24構(gòu)成一個(gè)直角，相當(dāng)于實(shí)際生產(chǎn)中管式方坯 或組合式板坯結(jié)晶器的一個(gè)直角，相比倒角結(jié)晶器模擬裝置更具普遍性和實(shí)用性；
[0071] 2)本發(fā)明結(jié)晶器的兩個(gè)銅板面23、24構(gòu)成一個(gè)直角，能夠用于研究結(jié)晶器角部33 附近內(nèi)鋼液的初始凝固行為，包括傳熱、傳質(zhì)、動(dòng)量傳遞、鋼渣反應(yīng)和保護(hù)渣行為等；
[0072] 3)以鋼和保護(hù)渣為原料進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)條件更加接近實(shí)際生產(chǎn)過程，實(shí)驗(yàn)結(jié) 果對(duì)實(shí)際生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義；
[0073] 4)實(shí)驗(yàn)過程操作簡(jiǎn)單方便，便于調(diào)節(jié)各種連鑄參數(shù)，以了解連鑄參數(shù)對(duì)結(jié)晶器角 部附近內(nèi)鋼液初始凝固行為的影響，同時(shí)實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)性低，實(shí)驗(yàn)成本低。
【附圖說明】
[0074] 圖1為連鑄結(jié)晶器角部附近鋼液初始凝固模擬裝置；
[0075] 圖2為連鑄直角結(jié)晶器結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0076]圖3為連鑄直角結(jié)晶器的左視圖；
[0077]圖4為連鑄直角結(jié)晶器的俯視圖；
[0078] 圖5為實(shí)施例1中拉坯過程結(jié)晶器面部熱電偶測(cè)量的溫度；
[0079] 圖6為實(shí)施例1中拉坯過程結(jié)晶器角部熱電偶測(cè)量的溫度；
[0080] 圖7為實(shí)施例1中結(jié)晶器第一銅板面熱電偶區(qū)域的熱流密度圖；
[0081] 圖8為實(shí)施例1中結(jié)晶器角部熱電偶區(qū)域的熱流密度圖；
[0082] 圖9為實(shí)施例1中拉坯實(shí)驗(yàn)獲得的實(shí)際坯殼。
[0083]圖1、2、3、4,1為結(jié)晶器振動(dòng)電機(jī)、2為拉還電機(jī)、3為第一升降電機(jī)、4為第二升降電 機(jī)、5為拉還器、6為結(jié)晶器、7為水流流量計(jì)、8為冷卻水閥門、9為3號(hào)冷卻水道、10為1號(hào)冷卻 水道、11為2號(hào)冷卻水道、12為惰性保護(hù)氣罩、13為液態(tài)保護(hù)渣層、14為熔池、15為定位電極、 16為熔煉爐、17為基座、18為溫度采集系統(tǒng)、19為熔爐控制系統(tǒng)、20為電機(jī)控制系統(tǒng)、21為第 一升降托架、22為第二升降托架、23為第一銅板面、24為第二銅板面、25為結(jié)晶器第一側(cè)壁、 26為結(jié)晶器第二側(cè)壁、27為結(jié)晶器第一外壁、28為結(jié)晶器第二外壁、29為第一組熱電偶、30 為第二組熱電偶、31為第三組熱電偶、32為第四組熱電偶、33為結(jié)晶器角部。
[0084] 1上為第一組熱電偶29中到結(jié)晶器6頂部的距離最短的熱電偶，
[0085] 1下為第一組熱電偶(29)中到結(jié)晶器(6)底部的距離最短的熱電偶，
[0086] 2上為第二組熱電偶(30)中到結(jié)晶器(6)頂部的距離最短的熱電偶，
[0087] 2下為第二組熱電偶(30)中到結(jié)晶器(6)底部的距離最短的熱電偶，
[0088] 3上為第三組熱電偶(31)中到結(jié)晶器(6)頂部的距離最短的熱電偶，
[0089] 3下為第三組熱電偶(31)中到結(jié)晶器(6)底部的距離最短的熱電偶，
[0090] 4上為第四組熱電偶(32)中到結(jié)晶器(6)頂部的距離最短的熱電偶，
[0091] 4下為第四組熱電偶(32)中到結(jié)晶器(6)底部的距離最短的熱電偶；
[0092] 通過圖1、2、3、4能看出本發(fā)明所設(shè)計(jì)模擬裝置各部件的連接關(guān)系以及連鑄直角結(jié) 晶器的結(jié)構(gòu)。
[0093] 圖5中，1號(hào)曲線表示1號(hào)熱電偶測(cè)量的溫度、2號(hào)曲線表示2號(hào)熱電偶測(cè)量的溫度，3 號(hào)曲線表示3號(hào)熱電偶測(cè)量的溫度，4號(hào)曲線表示4號(hào)熱電偶測(cè)量的溫度，5號(hào)曲線表示5號(hào)熱 電偶測(cè)量的溫度，6號(hào)曲線表示6號(hào)熱電偶測(cè)量的溫度，7號(hào)曲線表示7號(hào)熱電偶測(cè)量的溫度， 8號(hào)曲線表示8號(hào)熱電偶測(cè)量的溫度;從圖5中可以看出拉坯過程中結(jié)晶器第一銅板面(23) 內(nèi)的溫度變化，基于熱電偶測(cè)量的溫度，利用二維反算數(shù)學(xué)模型可以計(jì)算出結(jié)晶器第一銅 板面(23)熱流密度。
[0094] 圖6中，8號(hào)曲線表示8號(hào)熱電偶測(cè)量的溫度、10號(hào)曲線表示10號(hào)熱電偶測(cè)量的溫 度，11號(hào)曲線表示11號(hào)熱電偶測(cè)量的溫度，12號(hào)曲線表示12號(hào)熱電偶測(cè)量的溫度，13號(hào)曲線 表不13號(hào)熱電偶測(cè)量的溫度，14號(hào)曲線表不14號(hào)熱電偶測(cè)量的溫度，15號(hào)曲線表不15號(hào)熱 電偶測(cè)量的溫度，16號(hào)曲線表示16號(hào)熱電偶測(cè)量的溫度;從圖6中可以看出拉坯過程中結(jié)晶 器角部(33)內(nèi)的溫度變化，基于熱電偶測(cè)量的溫度，利用二維反算數(shù)學(xué)模型可以計(jì)算出結(jié) 晶器角部(33)的熱流密度。
[0095] 從圖7可以看出拉坯過程中結(jié)晶器第一銅板面(23)熱電偶區(qū)域的熱流密度隨時(shí)間 的變化規(guī)律圖，縱坐標(biāo)為結(jié)晶器熱面位置，Omm對(duì)應(yīng)1下熱電偶，30_對(duì)應(yīng)1上熱電偶。
[0096] 從圖8可以看出拉坯過程中結(jié)晶器角部(33)熱電偶區(qū)域的熱流密度隨時(shí)間的變化 規(guī)律圖，Omm對(duì)應(yīng)3下熱電偶，30mm對(duì)應(yīng)3上熱電偶。
[0097] 通過圖9能看出坯殼在角部位置處和面部位置處的表面振痕的分布、振痕深度以 及表面卷渣現(xiàn)象。
【具體實(shí)施方式】 [0098] 實(shí)施例1
[0099]實(shí)施例中，所用熱電偶的為Omega公司生產(chǎn)的，型號(hào)為K型鎧裝熱電偶，其直徑為 0.5mm〇
[0100] 本實(shí)施例中，按照?qǐng)D1連接各部件組成連鑄結(jié)晶器角部附近鋼液初始凝固模擬裝 置，按照?qǐng)D2、圖3、圖4設(shè)計(jì)結(jié)晶器。
[0101] 其中第一銅板面(23)的寬度為30mm;
[0102] 第二銅板面(24)的寬度為30mm;
[0103] 結(jié)晶器第一側(cè)壁(25)的厚度為20mm;
[0104] 結(jié)晶器第二側(cè)壁(26)的厚度為20mm;
[0105] 結(jié)晶器第一外壁(27)的寬度為50mm;
[0106] 結(jié)晶器第二外壁(28)的寬度為50mm。
[0107] 第一組熱電偶（29)與第二組熱電偶(30)處于同一個(gè)平面，并且所述平面垂直于第 一銅板面(23)且平行于拉坯方向；
[0108] 第一組熱電偶(29)中的所有熱電偶可以處于不同一豎直線上；
[0109] 第二組熱電偶（30)中的所有熱電偶處于同一豎直線上，所述豎直線沿著拉坯方 向；
[0110] 第三組熱電偶(31)與第四組熱電偶(32)處于同一個(gè)平面，并且所述平面與第一銅 板面(23)成45度角，與第二銅板面(24)也成45度角；
[0111] 第三組熱電偶(31)中的所有熱電偶可以處于不同一豎直線上；
[0112] 第四組熱電偶（32)中的所有熱電偶處于同一豎直線上，所述豎直線沿著拉坯方 向。
[0113] 第一組熱電偶（29)到第一銅板面(23)的垂直距離均為2mm;第一組熱電偶（29)到 結(jié)晶器第一側(cè)壁(25)的垂直距離均為15mm;
[0114] 第二組熱電偶(30)到第一銅板面(23)的垂直距離均為7mm;第二組熱電偶（30)到 結(jié)晶器第一側(cè)壁(25)的垂直距離均為15mm;
[0115] 第一組熱電偶(29)到第二組熱電偶(30)的垂直間距為5mm;
[0116] 第三組熱電偶(31)到結(jié)晶器角部(33)的垂直距離均為2mm;
[0117] 第四組熱電偶(32)到結(jié)晶器角部(33)的垂直距離均為7mm;
[0118] 第三組熱電偶(31)到第四組熱電偶(32)的垂直距離為5mm。
[0119] 1號(hào)冷卻水道(10)的直徑為8mm;所述冷卻水道(10)的中軸線與第一銅板面(23)的 垂直距離為12mm;所述冷卻水道(10)與結(jié)晶器第一側(cè)壁(25)的垂直距離為IOmm;
[0120] 2號(hào)冷卻水道(11)的直徑為8mm;所述冷卻水道(11)的中軸線與第二銅板面(24)的 垂直距離為12mm;所述冷卻水道(11)與結(jié)晶器第二側(cè)壁(26)的垂直距離為IOmm;
[0121] 3號(hào)冷卻水道(9)的直徑為8_;所述冷卻水道(9)的中軸線處于第三組熱電偶(31) 和第四組熱電偶(32)所構(gòu)成的平面，與結(jié)晶器角部(33)的垂直距離為12_。
[0122] 1號(hào)冷卻水道(10)和3號(hào)冷卻水道(9)均為出水道;3號(hào)冷卻水道(9)為進(jìn)水道，且依 次與水流量計(jì)(7)、冷卻水閥門（8)連接。
[0123 ]第一組熱電偶(29)共有4個(gè)熱電偶，相鄰熱電偶間的距離均為I Omm，熱電偶從上到 下依次用1號(hào)、3號(hào)、5號(hào)、7號(hào)表示。將第一組熱電偶(29)中到結(jié)晶器(6)頂部的距離最短的熱 電偶計(jì)為1上，將第一組熱電偶(29)中到結(jié)晶器(6)底部的距離最短的熱電偶計(jì)為1下;熱電偶 1上到結(jié)晶器(6)頂部的垂直距離與結(jié)晶器(6)的高之比為0.75:1;熱電偶1下到結(jié)晶器(6)底 部的垂直距離與結(jié)晶器(6)的高之比為1:7;
[0124]第二組熱電偶(30)共有4個(gè)熱電偶，相鄰熱電偶間的距離均為10mm，熱電偶從上到 下依次用2號(hào)、4號(hào)、6號(hào)、8號(hào)表示。將第二組熱電偶(30)中到結(jié)晶器(6)底部的距離最短的熱 電偶計(jì)為2下;熱電偶2上到結(jié)晶器(6)頂部的垂直距離與結(jié)晶器(6)的高之比為0.75:1;熱電 偶2下到結(jié)晶器(6)底部的垂直距離與結(jié)晶器(6)的高之比為1:7;
[0125] 第一組熱電偶(29)和第二組熱電偶(30)位于結(jié)晶器面部位置(23);
[0126] 第三組熱電偶(31)共有4個(gè)熱電偶，相鄰熱電偶間的距離均為I Omm，熱電偶從上到 下依次用9號(hào)、11號(hào)、13號(hào)、15號(hào)表示。將第三組熱電偶(31)中到結(jié)晶器(6)底部的距離最短 的熱電偶計(jì)為3下;熱電偶3上到結(jié)晶器(6)頂部的垂直距離與結(jié)晶器(6)的高之比0.75:1;熱 電偶3下到結(jié)晶器(6)底部的垂直距離與結(jié)晶器(6)的高之比為1:7;
[0127] 第四組熱電偶(3 2)共有4個(gè)熱電偶，相鄰熱電偶間的距離均為I Omm，熱電偶從上到 下依次用10號(hào)、12號(hào)、14號(hào)、16號(hào)表示。將第四組熱電偶(32)中到結(jié)晶器(6)底部的距離最短 的熱電偶計(jì)為4下;熱電偶4上到結(jié)晶器(6)頂部的垂直距離與結(jié)晶器(6)的高之比為0.75:1; 熱電偶4下到結(jié)晶器(6)底部的垂直距離與結(jié)晶器(6)的高之比為1:7。
[0128] 第三組熱電偶(31)和第四組熱電偶(32)位于結(jié)晶器角部位置(33);
[0129] 具體操作如下：
[0130] 1)準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)鋼種25kg，實(shí)驗(yàn)鋼種成分如表1所示;將實(shí)驗(yàn)鋼種加入熔煉爐（16)中 升溫至熔化，使鋼液溫度達(dá)到1545Γ并且保持5min使得鋼液成分均勻；升溫過程使用惰性 保護(hù)氣罩(12)防止鋼液被氧化；
[0131]表1.實(shí)驗(yàn)鋼種化學(xué)成分（％ )
L〇133」2)加入300g保護(hù)渣，保護(hù)渣成分如表2所示;保護(hù)渣熔化后所形成的液態(tài)保護(hù)渣層 (13)的厚度約為7mm;
[0134]表2.保護(hù)渣化學(xué)成分（％ )
[0136] 3)開啟升降電機(jī)(4)，控制定位電極(15)的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)定位電極（15)接觸高溫導(dǎo)電液 面時(shí)，低電壓回路接通，定位電極（15)停止運(yùn)動(dòng);計(jì)算機(jī)記錄此時(shí)定位電極（15)的位置，計(jì) 算機(jī)根據(jù)定位電極(15)的位置信息給升降電機(jī)(3)發(fā)送運(yùn)行指令；
[0137] 4)升降電機(jī)(3)控制的升降托架(21)使拉坯器(5)和結(jié)晶器(6)-起向下運(yùn)動(dòng)，并 且結(jié)晶器(6)進(jìn)入熔池（14)中深度的深度為80mm，此時(shí)熱電偶1上和定位電極（15)的底端處 于同一高度上；結(jié)晶器(6)在進(jìn)入熔池（14)的同時(shí)，通過結(jié)晶器振動(dòng)電機(jī)（1)控制其振幅為 4.5mm和振頻為100cpm;結(jié)晶器(6)在進(jìn)入熔池（14)的同時(shí)，開啟冷卻水閥門（8 )，冷卻水溫 為25°C，冷卻水流量為4L/min。
[0138] 5)結(jié)晶器(6)在熔池（14)中停留5s后，啟動(dòng)拉坯電機(jī)(2)驅(qū)動(dòng)拉坯器(5)向下拉動(dòng)， 結(jié)晶器上的凝固鋼坯隨著拉坯器(5)向下運(yùn)行，不斷有新的鋼液接觸結(jié)晶器的第一銅板面 (23)和第二銅板面(24)，以模擬工廠拉坯過程，拉速為lOmm/s，拉出50mm長(zhǎng)的初始凝固坯 殼，初始凝固坯殼的厚度為〇-6mm;同時(shí)溫度采集系統(tǒng)（18)以60Hz的頻率采集拉坯過程中結(jié) 晶器(6)內(nèi)溫度的變化，并且將溫度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于電腦中；熱電偶采集的溫度如圖5、圖6所示；
[0139] 6)拉坯過程結(jié)束后，升降托架(21)往上運(yùn)動(dòng)，使初始凝固坯殼脫離熔池，并且在空 氣中冷卻，最后坯殼被切割下來;實(shí)驗(yàn)得到的坯殼如圖7所示；
[0140] 7)根據(jù)拉坯過程中，第一組熱電偶(29)、第二組熱電偶(30)的測(cè)量值，計(jì)算出拉坯 過程中第一銅板面(23)的熱流密度，如圖7所示;根據(jù)拉坯過程中，第三組熱電偶(31)、第三 組熱電偶(32)的測(cè)量值，計(jì)算出拉坯過程中結(jié)晶器角部(33)的熱流密度，如圖8所示；
[0141] 8)測(cè)量靠近第一組熱電偶（29)的坯殼面部位置和靠近第三組熱電偶（32)的角部 位置的厚度并采用凝固平方根定律對(duì)坯殼面部位置和角部位置的厚度與時(shí)間的關(guān)系進(jìn)行 擬合，得到坯殼凝固厚度與時(shí)間的關(guān)系，并且得到坯殼面部位置和角部位置的平均凝固系 數(shù)；
[0142] 9)測(cè)量靠近第一組熱電偶(29)的坯殼面部位置表面的振痕間距以及振痕深度;測(cè) 量靠近第三組熱電偶(32)的坯殼角部位置表面的振痕間距以及振痕深度；
[0143] 10)改變連鑄參數(shù)，重復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，研究連鑄工藝參數(shù)對(duì)結(jié)晶器角部附近鋼液初始 凝固行為的影響。進(jìn)而得出優(yōu)化實(shí)施條件。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種連鑄結(jié)晶器角部附近鋼液初始凝固模擬裝置，包括結(jié)晶器振動(dòng)電機(jī)（1)、拉坯電 機(jī)(2)、第一升降電機(jī)(3)、第二升降電機(jī)(4)、拉坯器(5)、結(jié)晶器(6)、冷卻水道、惰性保護(hù)氣 罩（12)、定位電極（15)、熔煉爐（16)、基座（17)、溫度采集系統(tǒng)（18)、熔爐控制系統(tǒng)（19)、電 機(jī)控制系統(tǒng)(20)、第一升降托架(21)、第二升降托架(22);其特征在于： 所述基座（17)上裝有第一升降電機(jī)(3 )、第二升降電機(jī)(4 )，第一升降電機(jī)(3)控制著第 一升降托架(21)上下移動(dòng)，第二升降電機(jī)(4)控制著第二升降托架(22)上下移動(dòng)； 所述熔煉爐（16)設(shè)置在所述基座（17)上并處于第一升降電機(jī)(3)、第二升降電機(jī)(4)之 間；所述結(jié)晶器振動(dòng)電機(jī)（1)和拉坯電機(jī)(2)均設(shè)置在所述第一升降托架(21)上;所述溫度 采集系統(tǒng)（18)與埋藏在結(jié)晶器(6)中的熱電偶連接； 所述結(jié)晶器(6)被所述拉坯器(5)包裹著，只露出第一銅板面(23)、第二銅板面(24)與 鋼液接觸;所述結(jié)晶器(6)通過所述結(jié)晶器振動(dòng)電機(jī)（1)的驅(qū)動(dòng)作上下振動(dòng);所述第二升降 托架(22)與定位電極（15)相連;所述拉坯電機(jī)(2)控制所述拉坯器(5)向下拉動(dòng)；與所述第 一銅板面(23)相對(duì)的外壁為結(jié)晶器第一外壁(27)，與所述第一銅板面(23)直接相連的結(jié)晶 器側(cè)壁為結(jié)晶器第一側(cè)壁(25)，在第一銅板面(23)、結(jié)晶器第一側(cè)壁(25)和結(jié)晶器第一外 壁（27)所形成的空間內(nèi)布置有第一組熱電偶（29)、第二組熱電偶（30)以及1號(hào)冷卻水道 (10);所述結(jié)晶器中與第二銅板面(24)相對(duì)的外壁為結(jié)晶器第二外壁(28)，與所述第二銅 板面(24)直接相連的結(jié)晶器側(cè)壁為結(jié)晶器第二側(cè)壁(26);在第二銅板面(24)、結(jié)晶器第二 側(cè)壁(26)和結(jié)晶器第二外壁(28)所形成的空間內(nèi)布置有2號(hào)冷卻水道（11)、第三組熱電偶 (31)、第四組熱電偶(32); 第一銅板面(23)與第二銅板面(24)所構(gòu)成的夾角為90° ; 在結(jié)晶器(6)內(nèi)，位于1號(hào)冷卻水道（10)與2號(hào)冷卻水道（11)之間還設(shè)有3號(hào)冷卻水道 (9)〇2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連鑄結(jié)晶器角部附近鋼液初始凝固模擬裝置，其特征在 于： 第一銅板面(23)的寬度為20-50mm; 第二銅板面(24)的寬度為20-50mm; 結(jié)晶器第一側(cè)壁(25)的厚度為10-30mm; 結(jié)晶器第二側(cè)壁(26)的厚度為10-30mm; 結(jié)晶器第一外壁(27)的寬度為30-80mm; 結(jié)晶器第二外壁(28)的寬度為30-80mm。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連鑄結(jié)晶器角部附近鋼液初始凝固模擬裝置，其特征在 于： 第一組熱電偶（29)與第二組熱電偶(30)處于同一個(gè)平面，并且所述平面垂直于第一銅 板面(23)且平行于拉坯方向； 第一組熱電偶(29)中的所有熱電偶可以處于不同一豎直線上； 第二組熱電偶(30)中的所有熱電偶處于同一豎直線上，所述豎直線沿著拉坯方向； 第三組熱電偶（31)與第四組熱電偶(32)處于同一個(gè)平面，并且所述平面與第一銅板面 (23)成45度角，與第二銅板面(24)也成45度角； 第三組熱電偶(31)中的所有熱電偶可以處于不同一豎直線上； 第四組熱電偶(32)中的所有熱電偶處于同一豎直線上，所述豎直線沿著拉坯方向。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種連鑄結(jié)晶器角部附近鋼液初始凝固模擬裝置，其特征 在于： 第一組熱電偶（29)到第一銅板面（23)的垂直距離均為l-5mm，到結(jié)晶器第一側(cè)壁（25) 的垂直距離均為10-20mm; 第二組熱電偶(30)到第一銅板面(23)的垂直距離均為5-12mm，到結(jié)晶器第一側(cè)壁(25) 的垂直距離均為10-20mm; 第一組熱電偶(29)到第二組熱電偶(30)的垂直間距為l-8mm; 第三組熱電偶（31)到平面B的垂直距離均為l-5mm;定義：以第一銅板面（23)與第二銅 板面(24)相交線為A邊，以結(jié)晶器第一外壁(27)、結(jié)晶器第二外壁的相交線為B邊，一個(gè)平面 同時(shí)經(jīng)過A、B兩個(gè)邊，則定義該平面為平面A，與平面A垂直且過A邊的平面為平面B;所述A邊 即為結(jié)晶器角部(33); 第四組熱電偶(32)到平面B的垂直距離均為5-12_; 第三組熱電偶(31)到第四組熱電偶(32)的垂直距離為l-8mm。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連鑄倒角結(jié)晶器鑄坯模擬裝置，其特征在于： 1號(hào)冷卻水道（10)的直徑為5-13mm，所述冷卻水道（10)的中軸線與第一銅板面(23)的 垂直距離為9-18mm，與結(jié)晶器第一側(cè)壁(25)的垂直距離為6-15mm; 2號(hào)冷卻水道（11)的直徑為5-13mm，所述冷卻水道（11)的中軸線與第二銅板面(24)的 垂直距離為9-18mm，與結(jié)晶器第二側(cè)壁(26)的垂直距離為6-15mm; 3號(hào)冷卻水道(9)的直徑為5-13mm，所述冷卻水道(9)的中軸線處于第三組熱電偶（31) 和第四組熱電偶(32)所構(gòu)成的平面處，冷卻水道(9)的中軸線到平面B的垂直大于第三、第 四組熱電偶到平面B的垂直距離，其距離為9-18mm。6. 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種連鑄結(jié)晶器角部附近鋼液初始凝固模擬裝置，其特征 在于：1號(hào)冷卻水道（10)和3號(hào)冷卻水道(9)均為出水道;3號(hào)冷卻水道(9)為進(jìn)水道，且依次 與水流量計(jì)(7)、冷卻水閥門（8)連接。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連鑄結(jié)晶器角部附近鋼液初始凝固模擬裝置，其特征在 于： 第一組熱電偶(29)共有m個(gè)熱電偶，將第一組熱電偶(29)中到結(jié)晶器(6)頂部的距離最 短的熱電偶計(jì)為1上，將第一組熱電偶(29)中到結(jié)晶器(6)底部的距離最短的熱電偶計(jì)為1下； 熱電偶1上到結(jié)晶器(6)頂部的垂直距離與結(jié)晶器(6)的高之比為0.6-0.9:1;熱電偶1下到結(jié) 晶器(6)底部的垂直距離與結(jié)晶器(6)的高之比為1:4-8;所述m大于等于4; 第二組熱電偶(30)共有η個(gè)熱電偶，將第二組熱電偶(30)中到結(jié)晶器(6)頂部的距離最 短的熱電偶計(jì)為2上，將第二組熱電偶(30)中到結(jié)晶器(6)底部的距離最短的熱電偶計(jì)為2下； 熱電偶2上到結(jié)晶器(6)頂部的垂直距離與結(jié)晶器(6)的高之比為0.6-0.9:1;熱電偶2下到結(jié) 晶器(6)底部的垂直距離與結(jié)晶器(6)的高之比為1:4-8;所述η大于等于4; 第三組熱電偶(31)共有ρ個(gè)熱電偶，將第三組熱電偶(31)中到結(jié)晶器(6)頂部的距離最 短的熱電偶計(jì)為3上，將第三組熱電偶(31)中到結(jié)晶器(6)底部的距離最短的熱電偶計(jì)為3下； 熱電偶3上到結(jié)晶器(6)頂部的垂直距離與結(jié)晶器(6)的高之比為0.6-0.9:1;熱電偶3下到結(jié) 晶器(6)底部的垂直距離與結(jié)晶器(6)的高之比為1:4-8;所述ρ大于等于4; 第四組熱電偶(32)共有q個(gè)熱電偶，將第四組熱電偶(32)中到結(jié)晶器(6)頂部的距離最 短的熱電偶計(jì)為4上，將第四組熱電偶(32)中到結(jié)晶器(6)底部的距離最短的熱電偶計(jì)為4下； 熱電偶4上到結(jié)晶器(6)頂部的垂直距離與結(jié)晶器(6)的高之比為0.6-0.9:1;熱電偶4下到結(jié) 晶器(6)底部的垂直距離與結(jié)晶器(6)的高之比為1:4-8;所述q大于等于4。8.-種利用權(quán)利要求1所述的裝置模擬連鑄結(jié)晶器角部附近鋼液初始凝固的方法，其 特征在于包括以下步驟： 步驟一 準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)鋼種以及對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)保護(hù)渣;將實(shí)驗(yàn)鋼種加入熔煉爐（16)中升溫至熔化， 并且保持鋼液溫度在實(shí)驗(yàn)鋼種液相溫度以上20-50°C;升溫過程使用惰性保護(hù)氣罩（12)防 止鋼液被氧化;接著加入保護(hù)渣，保護(hù)渣熔化后所形成的液態(tài)保護(hù)渣層（13)的厚度為5-10mm； 步驟二 開啟升降電機(jī)(4)，控制定位電極（15)的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)定位電極（15)接觸高溫導(dǎo)電液面時(shí)， 低電壓回路接通，定位電極(15)停止運(yùn)動(dòng);計(jì)算機(jī)記錄此時(shí)定位電極（15)的位置，計(jì)算機(jī)根 據(jù)定位電極（15)的位置信息給升降電機(jī)(3)發(fā)送運(yùn)行指令，使拉坯器(5)和結(jié)晶器(6)-起 向下運(yùn)動(dòng)，并且進(jìn)入熔池（14)中，此時(shí)熱電偶1上和定位電極（15)的底端處于同一高度上;結(jié) 晶器(6)在進(jìn)入熔池（14)的同時(shí)，通過結(jié)晶器振動(dòng)電機(jī)（1)控制其振幅和振頻;結(jié)晶器(6)在 進(jìn)入熔池（14)的同時(shí)，開啟冷卻水閥門（8); 步驟三 結(jié)晶器(6)在熔池（14)中停留3-8s后，啟動(dòng)拉坯電機(jī)(2)驅(qū)動(dòng)拉坯器(5)向下拉動(dòng)，結(jié)晶 器(6)上的凝固鋼坯隨著拉坯器（5)向下運(yùn)行，不斷有新的鋼液接觸結(jié)晶器的第一銅板面 (23)與第二銅板面(24)，以模擬工廠拉坯過程，拉出設(shè)定長(zhǎng)度的初始凝固坯殼；同時(shí)溫度采 集系統(tǒng)（18)以頻率f采集拉坯過程中結(jié)晶器(6)內(nèi)溫度的變化，并且將溫度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于電腦 中； 步驟四 拉坯過程結(jié)束后，升降托架(21)往上運(yùn)動(dòng)，使初始凝固坯殼脫離熔池，并且在空氣中冷 卻，最后將坯殼被切割下來； 步驟五 根據(jù)拉坯過程中，第一組熱電偶(29)、第二組熱電偶(30)的測(cè)量值，計(jì)算出拉坯過程中 第一銅板面(23)的熱流密度； 根據(jù)拉坯過程中，第三組熱電偶(31 )、第三組熱電偶（32)的測(cè)量值，計(jì)算出拉坯過程中 結(jié)晶器角部(33)的熱流密度； 步驟六 測(cè)量靠近第一組熱電偶（29)的坯殼面部位置和靠近第三組熱電偶（32)的角部位置的 厚度并采用凝固平方根定律對(duì)坯殼面部位置和角部位置的厚度與時(shí)間的關(guān)系進(jìn)行擬合，得 到坯殼凝固厚度與時(shí)間的關(guān)系，并且得到坯殼面部位置和角部位置的平均凝固系數(shù)； 步驟七 測(cè)量靠近第一組熱電偶(29)的坯殼面部位置表面的振痕間距以及振痕深度； 測(cè)量靠近第三組熱電偶(32)的坯殼角部位置表面的振痕間距以及振痕深度； 步驟八 改變連鑄參數(shù)，重復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，研究連鑄工藝參數(shù)對(duì)結(jié)晶器角部附近鋼液初始凝固行 為的影響；當(dāng)步驟八調(diào)整后的參數(shù)使得結(jié)晶器的溫度波動(dòng)小于:rc、熱流密度波動(dòng)小于 0.2MW/m2;結(jié)晶器同一水平高度不同位置處的溫度差值小于5°C，熱流密度差值小于0.3MW/ m2;坯殼面部位置和角部位置的平均凝固系數(shù)的差值小于0.2mm/s1/2;各個(gè)振痕間距的差值 小于1mm、振痕深度小于0.4mm，所對(duì)應(yīng)的連鑄參數(shù)即為優(yōu)化參數(shù)。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種模擬連鑄結(jié)晶器角部附近鋼液初始凝固的方法，其特征 在于:所述結(jié)晶器(6)的振幅為2-7mm，振頻為80-150cpm;所述f的取值為30-80HZ。10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種模擬連鑄結(jié)晶器角部附近鋼液初始凝固的方法，其特征 在于:冷卻水溫為20-30°C，冷卻水流量為3-6L/min。
【文檔編號(hào)】B22D11/16GK106041008SQ201610531444
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年7月7日
【發(fā)明人】王萬林, 呂培生, 張海輝, 肖丹, 路程, 龍旭凱, 高爾卓
【申請(qǐng)人】中南大學(xué)