一種爐前鋼種液固相線溫度快速檢測裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于冶金工業(yè)檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別提供了一種爐前鋼種液固相線溫度快速檢測裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼種液相線溫度和固相線溫度是冶煉和鑄造的兩個重要工藝參數(shù)(液相線溫度是鋼種在單一液相與液固混合相的臨界轉(zhuǎn)變溫度，固相線溫度是鋼種在液固混合相和單一固相的臨界轉(zhuǎn)變溫度)，對于保證熔煉和鑄造產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約生產(chǎn)能耗、減少污染排放意義重大。
[0003]在熔煉和鑄造時，需要將鋼材加熱到液相線溫度以上進(jìn)行熔煉，然后在某個溫度出鋼進(jìn)行鑄造。鋼水過熱度(鋼水溫度高出液相線溫度的部分)既不能太高，又不能太低。如果過高，會增加熔煉和鑄造時間，浪費熔煉加熱所需的能源，增加污染物的排放，使鑄坯中心偏析加重或者坯殼較薄而出現(xiàn)裂紋；如果過過熱度過低，鋼水易被夾雜物污染，同時易使水口發(fā)生堵塞甚至凍結(jié)(岑永權(quán)，季文豪.連鑄鋼水過熱度對鑄坯凝固的影響.上海金屬.1999，21 (6):21 - 24)。在連鑄輕壓下工藝中，為了更好地確定凝固區(qū)附近輕壓下的位置，需要準(zhǔn)確獲得連鑄坯的固相線溫度。因此，確定液相線溫度和固相線溫度是熔煉和鑄造的重要工作。
[0004]液相線和固相線溫度的確定方法有公式法、實驗室熱分析法。分別簡述如下:
[0005]1.公式法
[0006]目前生產(chǎn)現(xiàn)場所使用的方法主要是公式法，即使用以各元素含量為自變量的多項式公式來分別計算液相線溫度和固相線溫度。然而公式通常只能適應(yīng)一定的牌號；而且對于給定的牌號，又只能適應(yīng)一定的成分范圍；還存在由于各元素成分測量值的誤差而造成的計算誤差，有時誤差很大。
[0007]文獻(xiàn)(武擁軍，鋼的液相線溫度的計算，2002，14(6):6_9)報道了 4種液相線計算公式，前三種分別對于一般鋼種、碳素鋼和特殊鋼，后一種是該文獻(xiàn)作者的改進(jìn)型公式，這些它們在各自適應(yīng)范圍內(nèi)的精度分別為-15?5度，4度，精度良好(該文獻(xiàn)未給出具體精度值)，-4?2度。
[0008]文獻(xiàn)(馮科，韓志偉，王勇，毛敬華，碳鋼實際固相線溫度的理論預(yù)測及回歸分析，鑄造技術(shù)2007，28 (7):937-939)報道了一種用于碳鋼的固相線溫度計算公式，此公式和文獻(xiàn)(侯志慧，張艷良，崔日榮，45鋼生產(chǎn)實踐，天津冶金，2007,6:4-6)用來計算45鋼(一種碳鋼)的公式不同。文獻(xiàn)(候志慧，張艷良，崔日榮，45鋼生產(chǎn)實踐，天津冶金，2007，6:4-6)的公式和文獻(xiàn)(蔡開科，連續(xù)鑄鋼，北京:科學(xué)出版社，1990:264)的第一個公式相同，文獻(xiàn)(蔡開科，連續(xù)鑄鋼，北京:科學(xué)出版社，1990:264)還有第二個公式，也是計算固相線溫度的公式。本發(fā)明人通過計算發(fā)現(xiàn)，用此三個公式來計算45號鋼固相線溫度的結(jié)果差別很大。對于45鋼下限成分鋼種(C 0.42%, Si 0.17%, Μη 0.5%，Ρ 0%, S 0%, Cu 0%, Cr 0% Ni 0% )，固相線溫度分別為 1416.5 度，1356.1 度，1431.6度，三者最多相差75.5度；對于上限成分鋼種(C 0.5%，Si 0.37%,Μη 0.8%,Ρ 0.035%,S 0.035%, Cr 0.25%, Ni 0.25%, Cu 0.25% )，固相線溫度分別為 1333.5 度，1306.1 度，1374.4度，三者最多相差68.2度；對于平均成份鋼種(C 0.46%, Si 0.27%,Μη 0.65%,Ρ
0.0175%, S 0.0175%, Cr 0.125%, Ni 0.125%, Cu 0.125% )，固相線溫度分別為 1431.6度，1375度，1403度，三者最多相差71度。
[0009]文南犬(K.Gryc, B.Smetana, K.Janiszewski, et al.Thermal analysis resultsand the theoretical determinat1n of solidus and liquidus temperatures for thegrain oriented electrical steel, Solid State Phenomena, 2015, vol 226:209-214)報道采用了 13種液相線溫度計算公式和2種固相線溫度計算公式分別計算同一種特殊鋼的液相線溫度和固相線溫度。計算結(jié)果表明:以熱分析法測量結(jié)果為基準(zhǔn)，13個液相線公式的計算偏差從0?-118度不等；2個固相線計算公式的計算偏差為分別為3和-48度。
[0010]除上述文獻(xiàn)外，本發(fā)明人曾在生產(chǎn)工具鋼和模具鋼的特鋼生產(chǎn)現(xiàn)場調(diào)研，工藝人員指出，對于同一品種，由于公式選擇不同，在計算液相線溫度時，計算值彼此相差幾十度甚至一百多度，這種情況，對于新品種更為常見。而在另一個生產(chǎn)彈簧鋼和線材的特鋼生產(chǎn)現(xiàn)場，工藝人員也指出，用于公式選擇不同，固相線溫度的計算值相差很大；即便是用同一公式計算，固相線溫度至少存在20度的偏差，這一偏差使得連鑄輕壓下的工藝趨于保守。
[0011]從以上文獻(xiàn)和現(xiàn)場調(diào)研可以看到，目前提供給現(xiàn)場使用的液相線溫度和固相線溫度公式，還存在著適用性和精度問題，難以滿足生產(chǎn)現(xiàn)場日益增長的工藝要求。
[0012]2.實驗室熱分析法
[0013]與公式法形成對照的是實驗室熱分析法(P.K.Gallagher, Handbook ofthermal analysis and calorimetry, Principles and Practice, Elsevier, 1998)。實驗室熱分析法，是使用實驗室熱分析設(shè)備，如DTA(差熱分析)/DSC(差分掃描量熱)/Direct ΤΑ (直接熱分析)設(shè)備來測量液相線溫度和固相線溫度的方法，通常是由科研單位使用。這類方法的優(yōu)點是測量精度比較高(K.Gryc, B.Smetana, K.Janiszewski, etal.Thermal analysis results and the theoretical determinat1n of solidus andliquidus temperatures for the grain oriented electrical steel, Solid StatePhenomena, 2015, vol226:209-214)，不足之處是設(shè)備購買、使用和維護(hù)的成本比較高(設(shè)備30?50萬人民幣；設(shè)備需要專門的設(shè)備操作人員；操作人員會擔(dān)心設(shè)備的耐高溫部件因加熱到高溫而加速老化或損壞，一般不接受液相線溫度在1450度或以上鋼種的測試)，而且測量一次液相線或固相線溫度花費的時間比較長，常常需要2?4小時或更長時間，而且還不算由生產(chǎn)現(xiàn)場和科研單位之間傳遞樣本所需的時間(通常需要2?3天)。對于時間比較緊要的場合，比如現(xiàn)場生產(chǎn)快速摸索新牌號工藝，或者對現(xiàn)有牌號出現(xiàn)質(zhì)量問題后快速復(fù)查等等，實驗室熱分析法顯得太緩慢。
[0014]綜上所述，公式法計算快但依賴于牌號和元素含量、實驗室熱分析法準(zhǔn)確但測量時間長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明的目的在于提供一種爐前鋼種液固相線溫度的快速檢測裝置及方法。
[0016]本發(fā)明的裝置包括傳感器1、測槍2、測槍接口電纜3、凝固過程測溫儀4、測槍支架5組成；測槍2和測量接口電纜3相連，測槍接口電纜3和凝固過程測溫儀4相連，如圖1所不ο
[0017]傳感器1由保護(hù)帽10，取樣石英管11，耐火泥頭蓋封裝水泥12，耐火泥頭蓋13，耐火泥頭14，耐火水泥15，紙管16，補(bǔ)償線支撐架17，負(fù)極補(bǔ)償線18，正極補(bǔ)償線19，負(fù)極偶絲20，正極偶絲21，石英管22組成；保護(hù)帽10和耐火泥頭蓋封裝水泥12相連，耐火泥頭蓋封裝水泥12和耐火泥頭蓋13相連；耐火泥頭蓋封裝水泥12和耐火泥頭蓋13嵌入在耐火泥頭14的下端的圓柱孔中；耐火泥頭蓋封裝水泥12和耐火泥頭蓋13中的中央嵌有一個取樣石英管11 ;耐火泥頭14的上端的外側(cè)嵌有紙管16 ;內(nèi)側(cè)嵌有補(bǔ)償線支撐架17和耐火水泥15 ;補(bǔ)償線支撐架17內(nèi)嵌有正極補(bǔ)償線19和負(fù)極補(bǔ)償線18，分別和正極偶絲21和負(fù)極偶絲20相連；正極偶絲21和負(fù)極偶絲封裝在石英管22 (為U形)內(nèi)；耐火水泥15用于固定石英管22及正極偶絲21和負(fù)極偶絲20，并且和耐火泥頭蓋13合在一起形成一個稱為取樣室的空腔；取樣室用于盛放鋼水樣本，如圖2所示。
[0018]傳感器1是消耗式部件，在不測量時，傳感器單獨放置在地面8上，不與其他部件連接；當(dāng)測量時，操作者6首先將傳感器1和測槍2連接在一起，再手持測槍2將傳感器2插入到熔煉爐9中；在這個過程中，傳感器1的正極補(bǔ)償線19和負(fù)極補(bǔ)償線18和測槍2的測槍槍頭23的正負(fù)極分別相連；
[0019]測槍2由測槍頭23，測槍體24，測槍手柄25組成，測槍體23和測槍體相連，測槍體和測槍手柄25相連；測槍2的測槍槍頭23有兩根引出線，引出線和測槍接口電纜3的一端相連，如圖3所示；
[0020]凝固過程測溫儀4由測槍信號接口 26，測量板27，主板28，觸摸屏29，電源濾波器30，保險絲31，開關(guān)32，指示燈33，測量板電源34，主板電源35，網(wǎng)口 36，第一 USB 口 37，第二 USB 口 38，主板固定架39，觸摸屏固定架40，前面板41，后面板42，左側(cè)板43，右側(cè)板44，上蓋板45，底板46，皮帶把手47，腳墊48組成；前面板41、左側(cè)板43、右側(cè)板44、底板46組合起來形成一個長方體框架，框架通過焊接連結(jié)在一起，上面板45和后面板42分別通過螺釘和此長方體框架連接在一起；測槍信號接口 26、網(wǎng)口 36、保險絲31、電源濾波器30通過螺釘固定在后面板42上，開關(guān)32、指示燈33、第一 USB 口 37、第二 USB 口 38通過螺釘固定在右側(cè)板44上，測量板電源34、測量板27通過螺釘固定在底板46上，皮帶把手47通過螺釘固定在上面板45上，主板電源35、主板28通過螺釘固定在主板固定架39上，主板固定架39的兩邊通過螺釘固定在左側(cè)板43和右側(cè)板44上，觸摸屏29通過螺釘固定在觸摸屏固定架40上，觸摸屏固定架40的兩邊通過螺釘固定在左側(cè)板43和右側(cè)板44上；角墊48的材質(zhì)是塑料，位于底板46下面，通過螺釘和底板46連接在一起；角墊48用于支撐凝固過程測溫儀4在儀器支架7上，并使它和支架7絕緣，如圖4和圖5所示；
[0021]當(dāng)傳感器2插入到熔煉爐9的鋼水過程中時，傳感器的保護(hù)帽10先碰頭渣層，會逐步融化；當(dāng)傳感器插入到鋼水中一定深度時，不帶渣的鋼水會通過石英管22陸續(xù)進(jìn)入到取樣室中；當(dāng)?shù)却欢ǖ臅r間后，取樣室會取滿鋼水；然后當(dāng)傳感器從鋼水中拔離時，取樣室中的鋼水會逐步冷卻；在這個過程中，取樣室中的熱電偶一直會輸出反映鋼水溫度的電壓信號，通過測槍2，及測量接口電纜3輸入到凝固過程測溫儀4中；凝固過程測溫儀4實時計算出和電壓信號相應(yīng)的實時鋼水溫度，并以曲線的形式顯示在屏幕上；在測量過程中，會根據(jù)曲線特征計算出鋼水液相線溫度和鋼水固相線溫度，如圖6所示。
[0022]采用本發(fā)明裝置的檢測方法包括如下步驟:
[0023]1.確保測槍2和凝固過程測溫儀4已通過測槍接口電纜3連接在一起；凝固過程測溫儀4已上電啟動完畢，儀器出現(xiàn)測溫軟件畫面，軟件上的準(zhǔn)備、測試、結(jié)束這三個指示燈都不亮；準(zhǔn)備好若干支傳感器1，此時傳感器1和測槍2處于分離狀態(tài)；
[0024]2.取一支傳感