[发明专利]一种电脉冲作用下连铸结晶器内保护渣结晶与传热行为的模拟装置及方法

权利要求书

1.一种电脉冲作用下连铸结晶器内保护渣结晶与传热行为的模拟装置，包括机座、电阻炉、电脉冲系统、坩埚、数据采集系统、拉坯器、结晶器、定位电极、拉坯电机、振动电机、定位电机，其特征在于：所述机座上设有两根一端垂直于机座平面另一端与顶板连接的第一丝杆和第二丝杆，在所述顶板上设有驱动所述第一丝杆和第二丝杆运动的下行电机，在所述第一丝杆和第二丝杆上设有由第一丝杆和第二丝杆驱动沿竖直方向运动的升降托架；所述电阻炉设置于所述机座上位于第一丝杆和第二丝杆之间，所述坩埚位于所述电阻炉内，所述拉坯电机和振动电机均设置于所述升降托架上；所述结晶器内设有热电偶和冷却系统并通过所述振动电机驱动作垂直上下振动，所述拉坯器设置于所述结晶器的底端并通过所述拉坯电机驱动向下拉动；所述定位电机设置于所述顶板上并驱动所述定位电极上下运动；所述电脉冲系统包括脉冲电源、与所述脉冲电源电连接且竖直相对设置的两脉冲输出电极及脉冲电极移动装置，所述脉冲电极移动装置设置于所述机座上，所述两脉冲输出电极设置于所述脉冲电极移动装置上且可通过所述脉冲电极移动装置对其间距、插入坩埚内保护渣的深度及与结晶器热面的相对位置进行调节，所述数据采集系统与所述热电偶、脉冲电源和脉冲电极移动装置电连接。

2.根据权利要求1所述的电脉冲作用下连铸结晶器内保护渣结晶与传热行为的模拟装置装置，其特征在于：所述电阻炉为硅钼棒电阻炉。

3.根据权利要求1所述的电脉冲作用下连铸结晶器内保护渣结晶与传热行为的模拟装置装置，其特征在于：所述结晶器热面外侧处还安装有一支用于测量结晶器浸入熔池后凝固于结晶器热面渣膜温度的热电偶，位于结晶器内的热电偶由平行设置的第一排热电偶和第二排热电偶组成，第一排热电偶距离热电偶结晶热面的距离为2-4mm,第二排热电偶与第一排热电偶的距离为4-6mm,每排热电偶由若干支沿竖直方向以2-4mm的间距均匀排布的热电偶组成,每排热电偶中最底端的热电偶距离结晶器底面的距离为15-20mm。

4.根据权利要求1所述的电脉冲作用下连铸结晶器内保护渣结晶与传热行为的模拟装置装置，其特征在于：脉冲电源的脉冲参数包括峰值电压、脉冲类型、脉冲宽度及频率，通过与脉冲电源电连接的控制柜调节。

5.根据权利要求1所述的电脉冲作用下连铸结晶器内保护渣结晶与传热行为的模拟装置装置，其特征在于：脉冲输出电极由导电性良好、耐高温且不与保护渣反应的材料制备而成，直径为5mm-15mm。

6.根据权利要求1所述的电脉冲作用下连铸结晶器内保护渣结晶与传热行为的模拟装置装置，其特征在于：所述脉冲电源通过脉冲输出导线与所述两脉冲输出电极电连接，其中所述脉冲输出导线采用电阻低的铜缆线，规格为≥50mm²。

7.根据权利要求1所述的电脉冲作用下连铸结晶器内保护渣结晶与传热行为的模拟装置装置，其特征在于：脉冲电源输出波形为矩形波，输出类型为正脉冲、间隔脉冲或计数脉冲。

8.一种模拟电脉冲作用下连铸结晶器内保护渣结晶与传热行为的方法，其特征在于：使用权利要求1-7任意一项所述的电脉冲作用下连铸结晶器内保护渣结晶与传热行为的模拟装置，包括如下步骤：

第一步、熔渣，将电阻炉设置好加热温度，加热功率等参数，启动电源开始加热，待坩埚内温度达到预设值时，往坩埚内投加一定量的脱碳保护渣，使保护渣加热到融化；

第二步、施加电脉冲，用脉冲输出导线连接好脉冲输出电极，将脉冲输出电极插入电阻炉中的坩埚内；启动脉冲电源，对保护渣施加脉冲电脉冲，处理完毕后，关闭电源，移出脉冲输出电极；

第三步、启动定位电极标定坩埚内保护渣液面位置，计算机存储信息给结晶器振动系统电机发送运行指令，结晶器按照预设的振动频率、振动幅度、冷却水流量、停留时间等振动参数进行运动，同时数据采集系统开始测温，结晶器进入坩埚内使得保护渣在水冷铜模上面发生结晶，当保护渣在铜模表面形成一层一定厚度渣膜时，结晶器从坩埚液渣中提出，停止温度采集；

第四步、取样，待渣膜冷却后从铜模热面取下完整渣膜，以便对铜模不同位置处渣膜进行取样，进行后期分析与处理；

第五步、传热行为分析及数据处理，将热电偶采集的温度数据计算不同脉冲参数条件下结晶器热面温度及热流及保护渣、结晶器界面间热阻；

第六步、结晶行为分析及数据处理，对保护渣膜进行固渣层结晶厚度及结晶率、相态分布、结晶尺寸和形貌等分析。