在线测量钢锭与钢锭模的气隙宽度和界面换热系数的方法技术

本发明专利技术涉及一种在线测量钢锭与钢锭模的气隙宽度和界面换热系数的方法，包括以下步骤：1)在钢锭模上加工一通孔；2)在与通孔同一高度的钢锭模外壁上加工一盲孔；3)在与通孔和盲孔同一高度的钢锭模侧壁上加工三个均匀分布的孔；4)将一耐高温金属棒插入通孔中，金属棒与一位移传感器连接，位移传感器固定在一支架上，支架钢锭模外壁上；5)将另一耐高温金属棒插入盲孔中，另一金属棒与另一位移传感器连接，另一位移传感器固定在另一支架上，另一支架支撑在钢锭模外壁上；6)在三个孔中分别安装一高温热电偶；7)在钢锭模中注入钢水，在钢锭凝固过程中实时测量位移数据和温度数据；8)通过位移数据计算钢锭与钢锭模的气隙宽度，通过气隙宽度和温度数据，计算得到钢锭与钢锭模的界面换热系数随时间变化的数值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在线测量方法，特别是关于一种。
技术介绍
大型钢锭的发展水平体现了一个国家装备制造业的综合能力。目前，随着我国电力、冶金、石化工业的迅猛发展，其重大装备如电站电机转子、冶金支承辊及压力容器筒体日趋大型化，生产锻件的大型钢锭的要求越来越高。大型钢锭凝固过程中，钢锭与钢锭模之间的气隙宽度及界面换热系数(热阻)不断变化，从而影响钢锭凝固进程和凝固方式，同时在很大程度上决定钢锭凝固缩孔缩松、偏析及组织和性能。近年来数值模拟技术在大型钢锭生产过程起到了越来越重要的作用，气隙宽度值或气隙热阻是制约模拟准确性最重要的参数之一。然而气隙宽度和换热系数相互影响、相互制约，是一个热与力耦合作用问题；并且考虑到钢水的高温和凝固收缩效应，给在线测量带来了非常大的难度。因此在线测量钢锭模与钢锭之间的气隙宽度值对提高数值模拟计算的准确性具有十分重要的意义。钢锭凝固过程中，钢锭与钢锭模经历了复杂的热过程，钢锭与钢锭模中产生随时间变化的热应力。钢锭凝固初期，由于钢水的静压力的作用，钢锭与钢锭模间紧密接触，此时钢锭与钢锭模间的气隙宽度值为零，它们之间的界面换热系数较大。随着凝固过程的进行，由于钢锭模激冷作用，钢锭表面形成一层凝固坯壳，其厚度随着时间的推移越来越厚且产生凝固收缩。与此同时，钢锭模也会产生热变形，在钢锭模内壁温度急剧升高，而外壁温度升高缓慢，阻碍钢锭模内壁的变形，导致钢锭模内壁产生压应力而外壁是拉应力，从而使钢锭模产生挠曲变形。钢锭凝固收缩和钢锭模的内壁的挠曲变形的综合作用产生钢锭与钢锭模之间的气隙。然而至目前很难有一种在线测量钢锭与钢锭模气隙宽度的方法。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种易于操作的。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案:一种，包括以下步骤:1)在钢锭模的某一高度上加工一垂直穿透钢锭模侧壁的通孔；2)在与步骤I)所加工的通孔同一高度的钢锭模外壁上加工一垂直于钢锭模侧壁的盲孔，盲孔底部到钢锭模内壁的距离为20?30mm ；3)在与步骤I)所加工的通孔和步骤2)所加工的盲孔同一高度的钢锭模侧壁上加工三个沿周向均匀分布的孔，其中两个孔为通孔，一个孔为盲孔，盲孔底部到钢锭模内壁的距离为20?30mm ；4)将一耐高温金属棒插入步骤I)所加工的通孔中，金属棒的头部位于钢锭模内，金属棒的尾部位于钢锭模外并与一位移传感器通过一耐高温隔热材料连接，位移传感器固定在一支架上，支架水平支撑在通孔旁的钢锭模外壁上；5)将另一耐高温金属棒插入步骤2)所加工的盲孔中并紧密接触盲孔底部，另一金属棒的尾部与另一位移传感器通过一耐高温隔热材料连接，另一位移传感器固定在另一支架上，另一支架水平支撑在盲孔旁的钢锭模外壁上；6)在步骤3)所加工的三个孔中分别安装一高温热电偶，其中一高温热电偶的测量端伸出钢锭模内壁20?50mm，另一高温热电偶的测量端距离钢锭模内壁20?50mm，第三高温热电偶的测量端与钢锭模内壁平齐；7)在钢锭模中注入钢水，在钢锭凝固的过程中，通过两位移传感器实时测量位移数据，通过三个高温热电偶实时测量温度数据；8)通过步骤7)测量到的位移数据计算出钢锭与钢锭模的气隙宽度，通过计算出的气隙宽度和步骤7)测量到的温度数据，结合热量守恒原理计算得到钢锭与钢锭模的界面换热系数随时间变化的数值。所述步骤I)中所加工的通孔和所述步骤2)中所加工的盲孔的直径为5?10mm，所述步骤4)中所用的金属棒直径为5?10_，所述步骤5)中所用的另一金属棒直径为5?IOmm,所述步骤3)中所加工的孔的直径为20?30mm。所述步骤I)中的通孔位于钢锭模内壁处加工成喇叭状，同时所述步骤4)中的金属棒的头部加工成喇叭状，以使金属棒头部与钢锭模内壁紧密接触以防止钢水进入到通孔中。在所述步骤4)中将金属棒插入通孔后，在通孔中加入一些粘土或细纱以保证金属棒的活动性。在所述步骤4)中用于连接金属棒与位移传感器的耐高温隔热材料为硅酸铝管或石英管，其与金属棒、位移传感器之间采用胶粘的方式连接；在所述步骤5)中用于连接另一金属棒与另一位移传感器的耐高温隔热材料为硅酸铝管或石英管，其与另一金属棒、另一位移传感器之间采用胶粘的方式连接。所述步骤4)中所使用的金属棒和所述步骤5)中所使用的另一金属棒的材质为高温合金钢GH2132或TC2钛合金。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点:1本专利技术测量方法，所设置的测量装置相对简单，通过对钢锭及钢锭模上特征点位移变化的测量即可计算得到钢锭与钢锭模的气隙宽度，通过对钢锭及钢锭模上特征点的温度变化的测量及同一高度位置的钢锭与钢锭模气隙宽度值的测量，可计算得到钢锭与钢锭模之间的界面换热系数。2、本专利技术构思巧妙，可将钢锭和钢锭模划分为多个区域进行测量，从而保证计算模型的准确性。本专利技术可广泛应用于真空和非真空条件下碳钢和合金钢锭的铸造过程。【附图说明】图1是本专利技术钢锭与钢锭模气隙宽度第一种测量结构示意图；图2是本专利技术钢锭与钢锭模气隙宽度第二种测量结构示意图；图3是本专利技术高温热电偶的安装示意图；图4是本专利技术钢锭模分段示意图。【具体实施方式】下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。本专利技术提供的一种，包括以下步骤:I)如图1所示，在钢锭模I的某一高度上加工一垂直穿透钢锭模侧壁的通孔2。2)如图2所示，在与步骤I)所加工的通孔2同一高度的钢锭模I外壁上加工一垂直于钢锭模I侧壁的盲孔6，盲孔6底部到钢锭模I内壁的距离为20?30mm。3)在与步骤I)所加工的通孔2和步骤2)所加工的盲孔6同一高度的钢锭模I侧壁上加工三个沿周向均匀分布的孔，其中两个孔为通孔，一个孔为盲孔，盲孔底部到钢锭模I内壁的距离为20?30mm。4)如图1所示，将一耐高温钢棒3插入步骤I)所加工的通孔2中，钢棒3的头部位于钢锭模I内，钢棒3的尾部位于钢锭模I外并与一位移传感器4通过一耐高温隔热材料连接，位移传感器4固定在一支架5上，支架5水平支撑在通孔2旁的钢锭模I外壁上。5)如图2所示，将另一耐高温钢棒7插入步骤2)所加工的盲孔6中并紧密接触盲孔6底部，钢棒7的尾部与另一位移传感器8通过一耐高温隔热材料连接，位移传感器8固定在另一支架9上，支架9水平支撑在盲孔6旁的钢锭模I外壁上。6)如图3所示，在步骤3)所加工的三个孔中分别安装一高温热电偶10、11、12，高温热电偶10的测量端伸出钢锭模内壁20?50mm，高温热电偶11的测量端距离钢锭模内壁20?50mm，高温热电偶12的测量端与钢锭模内壁平齐。7)在钢锭模I中注入钢水，在钢锭13凝固的过程中，通过两位移传感器4、8实时测量位移数据，通过三个高温热电偶10、11、12实时测量温度数据。8)通过步骤7)测量到的位移数据计算出钢锭13与钢锭模I的气隙宽度，通过计算出的气隙宽度和步骤7)测量到的温度数据，结合热量守恒原理计算得到钢锭13与钢锭模I的界面换热系数随时间变化的数值(具体计算方法为本领域技术人员所具备的知识，在相关教科书中有所记载，此处不赘述)。上述实施例中，步骤I)中所加工的通孔2和步骤2)中所加工的盲孔6的直径为5?10mm，步骤4)中所用的钢棒3直径为5?10mm，步骤5)中所用的钢棒7直径为5?IOmm,步骤3)中所加工的孔的直径为20?30mm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在线测量钢锭与钢锭模的气隙宽度和界面换热系数的方法，包括以下步骤：1)在钢锭模的某一高度上加工一垂直穿透钢锭模侧壁的通孔；2)在与步骤1)所加工的通孔同一高度的钢锭模外壁上加工一垂直于钢锭模侧壁的盲孔，盲孔底部到钢锭模内壁的距离为20～30mm；3)在与步骤1)所加工的通孔和步骤2)所加工的盲孔同一高度的钢锭模侧壁上加工三个沿周向均匀分布的孔，其中两个孔为通孔，一个孔为盲孔，盲孔底部到钢锭模内壁的距离为20～30mm；4)将一耐高温金属棒插入步骤1)所加工的通孔中，金属棒的头部位于钢锭模内，金属棒的尾部位于钢锭模外并与一位移传感器通过一耐高温隔热材料连接，位移传感器固定在一支架上，支架水平支撑在通孔旁的钢锭模外壁上；5)将另一耐高温金属棒插入步骤2)所加工的盲孔中并紧密接触盲孔底部，另一金属棒的尾部与另一位移传感器通过一耐高温隔热材料连接，另一位移传感器固定在另一支架上，另一支架水平支撑在盲孔旁的钢锭模外壁上；6)在步骤3)所加工的三个孔中分别安装一高温热电偶，其中一高温热电偶的测量端伸出钢锭模内壁20～50mm，另一高温热电偶的测量端距离钢锭模内壁20～50mm，第三高温热电偶的测量端与钢锭模内壁平齐；7)在钢锭模中注入钢水，在钢锭凝固的过程中，通过两位移传感器实时测量位移数据，通过三个高温热电偶实时测量温度数据；8)通过步骤7)测量到的位移数据计算出钢锭与钢锭模的气隙宽度，通过计算出的气隙宽度和步骤7)测量到的温度数据，结合热量守恒原理计算得到钢锭与钢锭模的界面换热系数随时间变化的数值。...

【技术特征摘要】
1.一种在线测量钢锭与钢锭模的气隙宽度和界面换热系数的方法，包括以下步骤: 1)在钢锭模的某一高度上加工一垂直穿透钢锭模侧壁的通孔； 2)在与步骤I)所加工的通孔同一高度的钢锭模外壁上加工一垂直于钢锭模侧壁的盲孔，盲孔底部到钢锭模内壁的距离为20~30mm ； 3)在与步骤I)所加工的通孔和步骤2)所加工的盲孔同一高度的钢锭模侧壁上加工三个沿周向均匀分布的孔，其中两个孔为通孔，一个孔为盲孔，盲孔底部到钢锭模内壁的距离为 20 ~30mm ; 4)将一耐高温金属棒插入步骤I)所加工的通孔中，金属棒的头部位于钢锭模内，金属棒的尾部位于钢锭模外并与一位移传感器通过一耐高温隔热材料连接，位移传感器固定在一支架上，支架水平支撑在通孔旁的钢锭模外壁上； 5)将另一耐高温金属棒插入步骤2)所加工的盲孔中并紧密接触盲孔底部，另一金属棒的尾部与另一位移传感器通过一耐高温隔热材料连接，另一位移传感器固定在另一支架上，另一支架水平支撑在盲孔旁的钢锭模外壁上； 6)在步骤3)所加工的三个孔中分别安装一高温热电偶，其中一高温热电偶的测量端伸出钢锭模内壁20~50mm，另一高温热电偶的测量端距离钢锭模内壁20~50mm，第三高温热电偶的测量端与钢锭模内壁平齐； 7)在钢锭模中注入钢水，在钢锭凝固的过程中，通过两位移传感器实时测量位移数据，通过三个高温热电偶 实时测量温度数据； 8)通过步骤7)测量到的位移数据计算出钢锭与钢锭模的气隙宽度，通过计算出的气隙宽度和步骤7)测量到的温度数据，结合热量守恒原理计算得到钢锭与钢锭模的界面换热系数随时间变化的数值。2.如权利要求1所述的在线测量钢锭与钢锭模的气隙宽度和界面换热系数的方法，其特征在于:所述步骤I)中所加工的通孔和所述步骤2)中所加工的盲孔的直径为5~10_，所述步骤4)中所用的金属棒直径为5~10_，所述步骤5)中所用的另一金属棒直径为5~IOmm,所述步骤3)中所加工的孔的直径为20~30mm。3.如权利要求1所述的在线测量钢锭与钢锭模的气隙宽度和界面换热系数的方法，其特征在于:所述步骤I)中的通孔位于钢锭模内壁处加工成喇叭状，同时所述步骤4)中...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈厚发，杨靖安，段振虎，柳百成，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11