保护渣导热特性的测定装置和测定方法与流程

1.本技术属于铸造技术领域，尤其涉及一种保护渣导热特性的测定装置和测定方法。


背景技术：

2.铸造工艺中钢水凝固为铸坯的过程，即是钢水热量连续传导给结晶器的过程，故凝固坯壳与结晶器铜壁之间的传热是结晶器内传热最为重要的部分，处于两者之间的保护渣厚度及其热学性能对铸坯与结晶器间的传热过程有决定性作用，直接影响铸坯的表面质量及生产顺行。但目前仍缺乏保护渣导热性能的测定装置，以测定热流密度与实际铸造工艺相似的保护渣的导热特性。


技术实现要素：

3.本技术实施例提供一种保护渣导热特性的测定装置和测定方法，能够准确测量并计算出保护渣的导热特性。
4.本技术第一方面实施例提供一种保护渣导热特性的测定装置，包括结晶器模拟器、化渣器、冷却组件、导电组件以及测温组件。结晶器模拟器包括沿第一方向连接第一部和第二部，第一部包括第一测温点和第二测温点，第二测温点位于第一测温点靠近第二部的一侧。化渣器设于第一部背离第二部的一侧，化渣器包括主体部和设置于主体部上的凹槽，凹槽用于容纳保护渣，主体部背离凹槽的表面包括第三测温点，第三测温点沿第一方向的投影位于凹槽内，结晶器模拟器能够沿第一方向移动以使第一部部分置于凹槽内。冷却组件与第二部连接，冷却装置用于对结晶器模拟器进行冷却。导电组件与化渣器连接，导电组件用于向化渣器通电以使化渣器发热。测温组件与第一测温点、第二测温点和第三测温点连接，测温组件用于测量第一测温点、第二测温点和第三测温点的温度信息。
5.根据本技术第一方面的实施方式，测定装置还包括升降装置，升降装置与第二部连接，升降装置用于驱动结晶器模拟器沿第一方向移动。
6.根据本技术第一方面前述任一实施方式，导电组件包括导电板，导电板与化渣器背离结晶器模拟器的表面连接。
7.根据本技术第一方面前述任一实施方式，主体部包括位于凹槽两侧的两个连接部，导电板与两个连接部连接。
8.根据本技术第一方面前述任一实施方式，测定装置还包括保温组件，保温组件至少与导电板、化渣器、结晶器模拟器中的一个或多个的表面连接。
9.根据本技术第一方面前述任一实施方式，测定装置还包括数据处理模块，数据处理模块包括数据采集及放大模块，数据采集及放大模块与测温组件连接，数据采集及放大模块用于采集并放大测温组件测量的温度信息。
10.根据本技术第一方面前述任一实施方式，第二部包括贯穿设置的冷却通道，冷却组件包括冷却管，冷却管与冷却通道连通。
11.根据本技术第一方面前述任一实施方式，冷却组件还包括流量计，流量计与冷却管连通，流量计用于控制流经冷却管的冷却液的流量。
12.根据本技术第一方面前述任一实施方式，化渣器的材料为铁铬铝合金。
13.本技术第二方面实施例提供了一种保护渣导热特性的测定方法，应用前述第一方面实施例中任一项的测定装置，测定方法包括：
14.将保护渣平铺于凹槽内；
15.打开导电组件、冷却组件和测温组件；
16.实时测量第一测温点、第二测温点和第三测温点的温度信息；
17.移动结晶器模拟器使得结晶器模拟器与保护渣接触，获取第一测温点、第二测温点和第三测温点达到稳态状态的温度ta，tb，tc；
18.根据ta、tb、tc、结晶器模拟器的导热系数、第一测温点与第二测温点沿第一方向的距离、第一测温点到保护渣的距离、第三测温点到凹槽底壁的距离、化渣器的导热系数以及保护渣的厚度计算保护渣的导热特性，其中，导热特性包括导热系数和热阻。
19.本技术实施例的保护渣导热特性的测定装置，包括结晶器模拟器、化渣器、冷却组件、导电组件以及测温组件。在进行测定时，将保护渣平铺于化渣器的凹槽内，通过导电组件向化渣器通电使得化渣器通过自身电阻发热，同时打开冷却组件和测温组件，冷却组件对结晶化模拟器进行冷却，测温组件实时测量第一测温点、第二测温点和第三测温点的温度信息，加热到预设温度并保温一定时间后，移动结晶器模拟器使得结晶器模拟器与保护渣接触，待第一测温点、第二测温点和第三测温点的温度达到稳定状态时，获取稳态状态下第一测温点、第二测温点和第三测温点的温度ta，tb，tc，根据ta、tb、tc、结晶器模拟器的导热系数、第一测温点与第二测温点沿第一方向的距离、第一测温点到保护渣的距离、第三测温点到凹槽底壁的距离、化渣器的导热系数以及保护渣的厚度即可计算保护渣的导热系数和热阻，从而获得保护渣的导热特性。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本技术第一方面实施例的一种测定装置的结构示意图；
22.图2为本技术第一方面实施例的一种测定装置的化渣器的结构示意图。
23.附图标记：
24.10、测定装置；1、结晶器模拟器；11、第一部；12、第二部；121、冷却通道；2、化渣器；21、主体部；211、连接部；212、居中部；22、凹槽；3、冷却组件；31、冷却管；32、流量计；4、导电组件；41、导电板；42、变压器；5、测温组件；51、第一热电偶；52、第二热电偶；53、第三热电偶；6、升降装置；7、保温组件；8、数据处理模块；81、数据采集及放大模块；82、计算机设备；91、控制柜；92、电源；a、第一测温点；b、第二测温点；c、第三测温点；x、第一方向；y、第二方向；z、第三方向。
具体实施方式
25.下面将详细描述本技术的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本技术进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅意在解释本技术，而不是限定本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本技术的示例来提供对本技术更好的理解，在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本技术造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。
26.需要说明的是，在本文中，除非另有说明，“多个”的含义是两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
27.下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本技术的实施例的具体结构进行限定。在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。应当理解，在描述部件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将部件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
28.铸造工艺中钢水凝固为铸坯的过程，即是钢水热量连续传导给结晶器的过程，故凝固坯壳与结晶器铜壁之间的传热是结晶器内传热最为重要的部分，处于两者之间的保护渣厚度及其热学性能对铸坯与结晶器间的传热过程有决定性作用，直接影响铸坯的表面质量及生产顺行。保护渣的导热性能对理论研究和工业生产均具有重要意义，但目前仍缺乏保护渣导热性能的测定装置，以测定热流密度与实际铸造工艺相似的保护渣的导热特性。
29.为解决上述问题，本技术实施例提供了一种保护渣导热特性的测定装置和测定装置，能够准确测量并计算出保护渣的导热特性，以下将结合附图具体说明本技术实施例提供的测定装置和测定装置。
30.请结合参照图1和图2，本技术第一方面实施例提供了一种保护渣导热特性的测定装置10，包括结晶器模拟器1、化渣器2、冷却组件3、导电组件4以及测温组件5。结晶器模拟器1包括沿第一方向x连接第一部11和第二部12，第一部11包括第一测温点a和第二测温点b，第二测温点b位于第一测温点a靠近第二部12的一侧。化渣器2设于第一部11背离第二部
12的一侧，化渣器2包括主体部21和设置于主体部21上的凹槽22，凹槽22用于容纳保护渣，主体部21背离凹槽22的表面包括第三测温点c，第三测温点c沿第一方向x的投影位于凹槽22内，结晶器模拟器1能够沿第一方向x移动以使第一部11部分置于凹槽22内。冷却组件3与第二部12连接，冷却装置用于对结晶器模拟器1进行冷却。导电组件4与化渣器2连接，导电组件4用于向化渣器2通电以使化渣器2发热。测温组件5与第一测温点a、第二测温点b和第三测温点c连接，测温组件5用于测量第一测温点a、第二测温点b和第三测温点c的温度信息。
31.其中，结晶器模拟器1的材料可以是导热性能好的材料，示例性的，结晶器模拟器1的材料可以是金属铜。结晶器模拟器1的第一部11的形状可以与凹槽22的开口形状的适配，示例性的，凹槽22的的开口形状为方形，结晶器模拟器1的第一部11的形状也为方形。测温组件5可以是热电偶，可选的，测温组件5包括第一热电偶51、第二热电偶52和第三热电偶53，第一热电偶51与第一测温点a连接，第二热电偶52与第二测温点b连接，第三热电偶53与第三测温点c连接。
32.本技术实施例的保护渣导热特性的测定装置10，在进行测定时，将保护渣平铺于化渣器2的凹槽22内，通过导电组件4向化渣器2通电使得化渣器2通过自身电阻发热，同时打开冷却组件3和测温组件5，冷却组件3对结晶化模拟器进行冷却，测温组件5实时测量第一测温点a、第二测温点b和第三测温点c的温度信息，加热到预设温度并保温一定时间后，移动结晶器模拟器1使得结晶器模拟器1与保护渣接触，待第一测温点a、第二测温点b和第三测温点c的温度达到稳定状态时，获取稳态状态下第一测温点a、第二测温点b和第三测温点c的温度ta，tb，tc，根据ta、tb、tc、结晶器模拟器1的导热系数、第一测温点a与第二测温点b沿第一方向x的距离、第一测温点a到保护渣的距离、第三测温点c到凹槽22底壁的距离、化渣器2的导热系数以及保护渣的厚度即可计算保护渣的导热系数和热阻，从而获得保护渣的导热特性。
33.在一些可选实施例中，测定装置10还包括升降装置6，升降装置6与第二部12连接，升降装置6用于驱动结晶器模拟器1沿第一方向x移动。升降装置6可以与第二部12背离第一部11的表面连接，驱动装置可以是直线电机或者气缸等线性驱动装置。
34.在这些可选实施例中，设置升降装置6驱动结晶器模拟器1沿第一方向x移动，能够更精确的控制结晶器模拟器1的移动行程，提高自动化程度和精准度。
35.在一些可选实施例中，导电组件4包括导电板41，导电板41与化渣器2背离结晶器模拟器1的表面连接。导电板41可以是铜电极，铜的导电性较好，便于提供高电流以使得化渣器2发热。可选的，导电组件4还包括变压器42，变压器42与导电板41连接。
36.在这些可选实施例中，设置导电板41，利用导电板41的低电阻，从而提供较大的电流，提高化渣器2的发热效率。
37.在一些可选实施例中，主体部21包括位于凹槽22两侧的两个连接部211，导电板41与两个连接部211连接。示例性的，导电板41和连接部211上均开设有连接孔，导电板41和连接部211通过螺钉或者螺栓紧固连接。可选的，主体部21还包括位于两个连接部211之间的居中部212，凹槽22位于居中部212。主体部21沿第二方向y的尺寸为200mm，沿第三方向z的尺寸为80mm，两个连接部211沿第二方向y的尺寸为79mm，沿第三方向z的尺寸为80mm，居中部212沿第二方向y的尺寸为42mm，沿第三方向z的尺寸为36mm，凹槽22沿第二方向y和第三
方向z的尺寸均为34mm，沿第一方向x的尺寸为5mm。每一个连接部211上开设5个连接孔，连接孔的直径为6.5mm。
38.在这些可选实施例中，导电板41和主体部21上位于凹槽22两侧的两个连接部211连接，使得导电板41和主体部21的连接更稳固。
39.在一些可选实施例中，测定装置10还包括保温组件7，保温组件7至少与导电板41、化渣器2、结晶器模拟器1中的一个或多个的表面连接。保温组件7的材料可以是岩棉板、玻璃棉、泡沫玻璃、无机材料等。
40.在这些可选实施例中，设置保温组件7，保温组件7设于导电板41，和/或化渣器2，和/或结晶器模拟器1的表面，能够减少化渣器2的热量流失，提高化渣器2的发热效率。
41.在一些可选实施例中，测定装置10还包括数据处理模块8，数据处理模块8包括数据采集及放大模块81，数据采集及放大模块81与测温组件5连接，数据采集及放大模块81用于采集并放大测温组件5测量的温度信息。数据处理模块8还包括计算机设备82，示例性的，数据采集及放大模块81一端与第一测温件、第二测温件和第三测温件连接，另一端与计算机设备82连接，计算机设备82对数据采集及放大模块81输出的数据进行计算处理。可选的，测定装置10还包括控制柜91和电源92，控制柜91的一端与电源92连接，另一端与变压器42、测温组件5以及数据采集及放大模块81连接。
42.在这些可选实施例中，设置数据采集及放大模块81对测温组件5测量得到的温度信息进行收集及放大处理，进而输出至计算机设备82完成计算。
43.在一些可选实施例中，第二部12包括贯穿设置的冷却通道121，冷却组件3包括冷却管31，冷却管31与冷却通道121连通。第二部12的尺寸大于第一部11的尺寸，以增大冷却通道121的长度，提高冷却的效果。可选的，冷却通道121沿第二方向y或沿第三方向z延伸。冷却管31和冷却通道121内通冷却液以带走结晶器模拟器1的热量。可选的，冷却液为水。
44.在这些可选实施例中，在第二部12设置冷却通道121，通过冷却管31向冷却通道121内通冷却液以实现对结晶器模拟器1的冷却，结构简单可靠。
45.在一些可选实施例中，冷却组件3还包括流量计32，流量计32与冷却管31连通，流量计32用于控制流经冷却管31的冷却液的流量。通过设置流量计32调节冷却液的流量，可以模拟不同的冷却条件。
46.在一些可选实施例中，化渣器2的材料为铁铬铝合金。铁铬铝合金中含有大量的铬、铝元素，由于含铝量高，使得铁铬铝合金具有高的电阻率，电阻率为1.04μω
·
m～1.60μω
·
m，高电阻率可以有效地将电能转换为热能，以使得化渣器2通电后产生足够得热量模拟结晶器内的热流场。
47.本技术第二方面实施例提供了一种保护渣导热特性的测定方法，应用前述第一方面实施例中任一项的测定装置10，包括：
48.s1、将保护渣平铺于凹槽22内。
49.s2、打开导电组件4、冷却组件3和测温组件5。
50.s3、实时测量第一测温点a、第二测温点b和第三测温点c的温度信息。
51.s4、移动结晶器模拟器1使得结晶器模拟器1与保护渣接触，获取第一测温点a、第二测温点b和第三测温点c达到稳态状态的温度ta，tb，tc。
52.s5、根据ta、tb、tc、结晶器模拟器1的导热系数、第一测温点a与第二测温点b沿第一
方向x的距离、第一测温点a到保护渣的距离、第三测温点c到凹槽22底壁的距离、化渣器2的导热系数以及保护渣的厚度计算保护渣的导热特性，其中，导热特性包括导热系数和热阻。
53.其中，计算过程如下：
54.首先，根据结晶器模拟器1的导热系数k
cu
、第一测温点a的温度ta、第二测温点b的温度tb以及第一测温点a与第二测温点b沿第一方向x的距离d
ab
计算化渣器2与结晶器模拟器1之间的热流密度q，而化渣器2与结晶器模拟器1之间的热流密度q等于第一测温点a与第二测温点b之间的热流密度，因此可用以下公式计算：
[0055][0056]
再根据计算得到的热流密度q、结晶器模拟器1的导热系数k
cu
、第一测温点a到保护渣的距离da以及第一测温点a的温度ta计算结晶器模拟器1与保护渣接触的表面的温度tm：
[0057][0058]
然后根据第三测温点c的温度tc、热流密度q、第三测温点c到凹槽22底壁的距离d
p
以及化渣器2的导热系数k
p
计算化渣器2的凹槽22的底壁的温度ts：
[0059][0060]
最后根据结晶器模拟器1与保护渣接触的表面的温度tm和化渣器2的凹槽22的底壁的温度ts、热流密度q以及保护渣的厚度d计算得到保护渣的传热系数k以及保护渣的热阻r：
[0061][0062][0063]
该实施例提供的保护渣导热特性的测定方法应用第一方面任一实施例提供的测定装置10，能实现测定装置10的有益效果，准确测量并计算出保护渣的导热特性，未避免重复，在此不再赘述。
[0064]
依照本技术如上文的实施例，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本技术的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本技术以及在本技术基础上的修改使用。应理解，本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种保护渣导热特性的测定装置，其特征在于，包括：结晶器模拟器，包括沿第一方向连接第一部和第二部，所述第一部包括第一测温点和第二测温点，所述第二测温点位于所述第一测温点靠近所述第二部的一侧；化渣器，设于所述第一部背离所述第二部的一侧，所述化渣器包括主体部和设置于所述主体部上的凹槽，所述凹槽用于容纳所述保护渣，所述主体部背离所述凹槽的表面包括第三测温点，所述第三测温点沿所述第一方向的投影位于所述凹槽内，所述结晶器模拟器能够沿所述第一方向移动以使所述第一部部分置于所述凹槽内；冷却组件，与所述第二部连接，所述冷却装置用于对所述结晶器模拟器进行冷却；导电组件，与所述化渣器连接，所述导电组件用于向所述化渣器通电以使所述化渣器发热；测温组件，与所述第一测温点、所述第二测温点和所述第三测温点连接，所述测温组件用于测量所述第一测温点、所述第二测温点和所述第三测温点的温度信息。2.根据权利要求1所述的测定装置，其特征在于，所述测定装置还包括升降装置，所述升降装置与所述第二部连接，所述升降装置用于驱动所述结晶器模拟器沿所述第一方向移动。3.根据权利要求1所述的测定装置，其特征在于，所述导电组件包括导电板，所述导电板与所述化渣器背离所述结晶器模拟器的表面连接。4.根据权利要求3所述的测定装置，其特征在于，所述主体部包括位于所述凹槽两侧的两个连接部，所述导电板与两个所述连接部连接。5.根据权利要求3所述的测定装置，其特征在于，所述测定装置还包括保温组件，所述保温组件至少与所述导电板、所述化渣器、所述结晶器模拟器中的一个或多个的表面连接。6.根据权利要求1所述的测定装置，其特征在于，所述测定装置还包括数据处理模块，所述数据处理模块包括数据采集及放大模块，所述数据采集及放大模块与所述测温组件连接，所述数据采集及放大模块用于采集并放大所述测温组件测量的温度信息。7.根据权利要求1所述的测定装置，其特征在于，所述第二部包括贯穿设置的冷却通道，所述冷却组件包括冷却管，所述冷却管与所述冷却通道连通。8.根据权利要求7所述的测定装置，其特征在于，所述冷却组件还包括流量计，所述流量计与所述冷却管连通，所述流量计用于控制流经所述冷却管的冷却液的流量。9.根据权利要求1所述的测定装置，其特征在于，所述化渣器的材料为铁铬铝合金。10.一种保护渣导热特性的测定方法，应用如权利要求1至9中任一项所述的测定装置，其特征在于，包括：将所述保护渣平铺于所述凹槽内；打开所述导电组件、所述冷却组件和所述测温组件；实时测量所述第一测温点、所述第二测温点和所述第三测温点的温度信息；移动所述结晶器模拟器使得所述结晶器模拟器与所述保护渣接触，获取所述第一测温点、所述第二测温点和所述第三测温点达到稳态状态的温度t
a
，t
b
，t
c
；根据t
a
、t
b
、t
c
、所述结晶器模拟器的导热系数、所述第一测温点与所述第二测温点沿所述第一方向的距离、所述第一测温点到所述保护渣的距离、所述第三测温点到所述凹槽底壁的距离、所述化渣器的导热系数以及所述保护渣的厚度计算所述保护渣的导热特性，其
中，所述导热特性包括导热系数和热阻。

技术总结
本申请公开了一种保护渣导热特性的测定装置和测定方法。测定装置包括结晶器模拟器、化渣器、冷却组件、导电组件以及测温组件。结晶器模拟器包括第一部和第二部，第一部包括第一测温点和第二测温点，第二测温点位于第一测温点靠近第二部的一侧；化渣器设于第一部背离第二部的一侧，化渣器包括主体部和设置于主体部上的凹槽，凹槽用于容纳保护渣，主体部背离凹槽的表面包括第三测温点，第三测温点沿第一方向的投影位于凹槽内，结晶器模拟器能够沿第一方向移动以使第一部部分置于凹槽内；冷却组件与第二部连接；导电组件与化渣器连接；测温组件与第一测温点、第二测温点和第三测温点连接。根据本申请的测定装置，能够测量计算出保护渣的导热特性。护渣的导热特性。护渣的导热特性。


技术研发人员：邓必荣 罗钢 刘志宏 汪净 徐李军 梁亮 谢世正 徐刚军 邓之勋 时朋召
受保护的技术使用者：中达连铸技术国家工程研究中心有限责任公司
技术研发日：2023.04.11
技术公布日：2023/7/7