[发明专利]一种模拟连铸结晶器喂钢带的实验装置及方法

说明书

本发明公开一种模拟连铸结晶器喂钢带的实验装置，包括结晶单元、温度监测单元和喂带单元，结晶单元能围成结晶腔体，结晶单元的水冷壁内设置冷却通道，以模拟连铸生产中铸坯的冷却强度，温度监测单元的测试元件能实时监测结晶腔体内冷却介质的温度，喂带单元能向结晶腔体内喂钢带，并利用振动器使钢带上下振动，以模拟连铸过程中钢液与钢带的相对速度，使钢带与钢液的换热条件与连铸喂钢带过程近似，从而提高连铸结晶器喂钢带的模拟结果准确度。本发明还提供一种模拟连铸结晶器喂钢带的实验方法，通过控制冷却介质流量还原连铸过程中铸坯的冷却强度，并向钢液内喂入钢带，模拟连铸结晶器喂带过程，为研究连铸结晶器喂带工艺提供便利。

技术领域

本发明涉及连铸生产技术领域，特别是涉及一种模拟连铸结晶器喂钢带的实验装置及方法。

背景技术

连铸结晶器喂钢带技术是一种提高连铸坯凝固质量的有效手段。向结晶器内连续喂入钢带，可以通过钢带熔化吸热降低铸坯中心熔体的过热度。同时，钢带熔化产生的半熔枝晶组织可以作为钢液的形核质点，提高铸坯中心等轴晶率，抑制中心偏析和析出，增大铸锭致密度。但由于结晶器喂带技术在我国发展较晚，目前钢带尺寸、喂入比、喂入速度等参数对凝固组织的影响规律尚不清晰。

虽然，工业试验可以直接揭示工艺参数与凝固组织之间的关系，但其实验成本过高，且存在安全风险，很少有钢厂愿意接受实验失败带来的经济损失和安全风险。数值模拟可以以较低的成本来研究连铸工艺参数对温度场、流场、凝固组织和偏析的影响。但是，由于缺乏钢种的高温物性参数和准确的边界条件，模拟的结果往往与实际产生较大的偏差。并且受限于凝固理论的发展，现阶段的数值模型难以准确还原凝固过程中复杂传质、传热和相变等现象。

因此，如何提供一种研究成本低、准确性高的模拟连铸结晶器喂钢带实验装置及方法，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟连铸结晶器喂钢带的实验装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高连铸结晶器喂钢带的模拟结果准确性，降低模拟成本。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种模拟连铸结晶器喂钢带的实验装置，包括：

结晶单元，所述结晶单元包括水冷壁和底座；

当模拟连铸板坯时，所述结晶单元还包括保温壁，所述水冷壁和所述保温壁的数量均为两组，两组所述水冷壁平行设置，且所述水冷壁平行于模拟的连铸坯的面积较大的侧面设置，两组所述保温壁平行设置且所述保温壁垂直于所述水冷壁，所述底座位于所述水冷壁以及所述保温壁的底部，所述水冷壁、所述保温壁以及所述底座围成能够容纳熔体的结晶腔体；

当模拟连铸方坯时，所述水冷壁的数量为四组，相邻的所述水冷壁互相垂直，所述底座位于所述水冷壁围成结构的底部，所述水冷壁以及所述底座围成能够容纳熔体的结晶腔体；

所述水冷壁内设置有冷却通道，所述冷却通道与冷却介质源相连通，所述保温壁以及所述底座靠近所述结晶腔体的一侧均设置有保温层；

温度监测单元，所述温度监测单元包括测试元件，所述测试元件能够监测所述水冷壁以及所述冷却通道内冷却介质的温度；

喂带单元，所述喂带单元包括喂带滑台、振动器和连接杆，所述连接杆能够固定钢带，所述喂带滑台能够带动所述连接杆往复滑动，所述钢带能够伸入所述结晶腔体内，所述振动器与所述连接杆相连，所述振动器能够将振动传递至所述连接杆和所述钢带，所述喂带滑台的往复运动方向平行于所述结晶腔体的高度方向。

优选地，所述水冷壁包括铜板和水套，所述铜板开设有U形凹槽，所述铜板与所述水套相连，所述水套与所述U形凹槽围成所述冷却通道，所述保温层包括耐火砖和保温板，所述铜板和所述耐火砖形成所述结晶腔体的内壁。