一种模拟连铸坯凝固的试验装置及其使用方法制造方法及图纸

一种模拟连铸坯凝固的试验装置及其使用方法，试验装置包括基座，基座上设有感应加热炉，感应加热炉的底部设有开孔，活塞装设于开孔内，机架导杆，第一升降台和第二升降台分别装设于机架导杆的上部和下部，第一升降台上设有第一电机、支撑台及振动电机，支撑台上设有第二电机以及蜗杆，蜗杆的底端设有推坯耐火砖，振动电机通过连杆连接于结晶器，结晶器中间设有空腔，结晶器内部供冷却水进、出，第二升降台上设有第三电机及螺杆，螺杆一端连接于第二升降台，另一端连接于活塞，喷水装置对成型后的铸坯进行冷却。通过上述试验装置及方法模拟实际生产中连铸坯凝固过程，得到铸坯，通过研究分析铸坯质量及微观组织结构，从而指导实际生产。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟连铸坯凝固的试验装置及其使用方法
本专利技术涉及钢铁连铸模拟试验技术应用领域，特别是涉及一种模拟连铸坯凝固的试验装置及其使用方法。
技术介绍
随着科技进步，工艺条件改善，我国钢产量已经跃居世界领先地位，但是，现代企业对于金属材料性能要求越来越高，高性能钢制造水平仍然需要提高。连铸作为钢铁工业的革命性技术，已经成为炼钢不可缺少的工艺。连铸过程中缺陷的产生，包括表面裂纹、皮下裂纹、振痕、质量不均匀等均会严重影响钢材质量并降低企业效益。连铸结晶器是连铸工艺最重要的组成部分，被喻为连铸机的“心脏”。中间包内的钢水通过浸入式水口注入到结晶器内，在结晶器内冷却，形成具有一定坯壳厚度的铸坯，带液芯的铸坯通过结晶器下方的拉坯矫直装置不断被拉出，再经过二冷，矫直，切割，最终形成钢坯。结晶器内钢水的凝固包括传热、传质、相变、多相流等，是一个复杂的动态过程。结晶器的操作工艺、保护渣的性能、冷却水用量等工艺参数对铸坯质量的控制有着十分重要的影响。提高钢材质量，则需改善工艺条件，控制连铸过程中金属的凝固进程，得到细化的晶粒组织，然而连铸高温复杂的工艺因素决定对其凝固组织的观察研究十分困难，对于连铸坯质量的研究，主要通过对从钢厂采集的铸坯进行切样分析，由于实际生产的连续性，在试样制备的过程中，对工艺参数的调整存在一定的局限性，且试制过程会耗费大量人力物力，不合格的钢材组织结构会导致大量钢材报废，为提高钢材质量，减少试制损失，必须采用模拟技术。随着如今计算机技术的飞速发展，已经实现了利用计算机模拟连铸坯组织凝固进程，但是模拟结果的验证仍然需要从钢厂取样，过程繁琐。因此有必要建立连铸坯凝固模拟试验设备来研究连铸坯凝固行为，试验数据将对实际生产提供一定的指导并为数值模拟模型建立提供验证条件。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种可模拟连铸坯凝固，从而取得铸坯进行检测分析以指导实际生产的模拟连铸坯凝固的试验装置及其使用方法。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种模拟连铸坯凝固的试验装置，包括：基座；感应加热炉设于所述基座上，所述感应加热炉内具有钢液，所述钢液的顶部具有保护渣，所述感应加热炉的底部设有开孔，活塞装设于所述开孔内；机架导杆设于所述基座的至少一侧；第一升降台装设于所述机架导杆的上部，所述第一升降台上设有第一电机、支撑台及振动电机，所述第一电机驱动所述第一升降台上下移动，所述支撑台固定于所述第一升降台，所述支撑台上设有第二电机以及位于所述第二电机一侧的蜗杆，所述第二电机控制所述蜗杆上下移动，所述蜗杆的底端设有推坯耐火砖，所述振动电机通过连杆连接于结晶器，所述振动电机控制所述结晶器振动，所述结晶器中间设有空腔，所述推坯耐火砖可伸入所述空腔内，且所述空腔供所述活塞的上部进入，所述结晶器内部供冷却水进、出；第二升降台装设于所述机架导杆的下部，所述第二升降台上设有第三电机及螺杆，所述第三电机驱动所述第二升降台上下移动，所述螺杆一端连接于所述第二升降台，另一端连接于所述活塞；喷水装置设于所述机架导杆上，并位于所述第二升降台的下方，对成型后的铸坯进行冷却。进一步，所述基座的两侧分别设有所述机架导杆，其中一所述机架导杆的侧边设有定位标尺。进一步，所述活塞的下部与所述开孔间隙配合，所述活塞的上部与所述空腔间隙配合。进一步，所述活塞与所述感应加热炉底部之间设有密封圈密封。进一步，所述结晶器的两侧分别设有进水管和出水管，供冷却水进出，所述进水管与所述结晶器之间设有进水阀，所述出水管与所述结晶器之间设有出水阀。进一步，所述结晶器顶部设有注油装置，所述注油装置将耐高温润滑油均布于所述空腔内。进一步，所述第一升降台、所述第二升降台及所述蜗杆的升降速度范围为0.5—4.5m/min，所述振动电机的频率范围为30—400次/min，振幅范围为2—20mm。一种采用上述试验装置的使用方法,包括：步骤一：启动第三电机控制所述第二升降台上升，所述螺杆随着所述第二升降台上升，并带动所述活塞上升，所述活塞的上部进入所述感应加热炉内部，所述活塞的下部装设于所述开孔内；步骤二：在所述感应加热炉中加入所需的钢样，启动所述感应加热炉，待钢样全部熔融为钢液后，在钢水上部加入保护渣并使之熔化；步骤三：启动所述第一电机控制所述第一升降台下降，使所述结晶器插入钢液中，当所述结晶器下降至所述活塞的上部伸入所述空腔内一定高度时，关闭所述第一电机；步骤四：设定所述振动电机参数，开启所述振动电机，待所述结晶器振动一定时间后关闭所述振动电机；步骤五：启动所述第二电机驱动所述蜗杆向下移动，当所述推坯耐火砖接触到所述保护渣顶面时，启动所述第三电机，并设置所述第三电机的下降速度与所述第二电机的下降速度相同；步骤六：打开所述喷水装置，对铸坯进行冷却，冷却后取出铸坯；步骤七：对取出的铸坯表面及内部质量进行检测分析。进一步，在步骤三之前，在所述结晶器内通入冷却水。进一步，步骤六之后，启动所述第三电机驱动所述第二升降台回到步骤一中的位置，然后启动所述第一电机驱动所述结晶器上升直至离开所述感应加热炉，完成一组试验。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术模拟连铸坯凝固的试验装置，与实际生产情况相符合，通过试验数据可研究不同工艺参数，包括保护渣厚度、结晶器振动频率、振动幅度、冷却水喷水量等对铸坯凝固行为及其组织结构的影响，通过这些参数指导实际生产活动；(2)本专利技术可与微观数值模拟结合，从实验和数值模拟双重角度去分析改善连铸坯质量，可将试验数据与计算机模拟系统的结果相对比，调整计算机模拟系统的误差，使计算机模拟系统的结果更精确，使其用于多种铸坯的模拟过程中，节省成本，节约试验及取样耗费的人力物力。附图说明图1为本专利技术试验装置初始状态的结构示意图；图2为本专利技术试验装置结晶器插入钢液内的结构示意图；图3为本专利技术试验装置推坯耐火砖伸入空腔内抵触保护渣时的结构示意图；图中，1、结晶器；2、感应加热炉；3、推坯耐火砖；4、第一电机；5、第二电机；6、第三电机；7、振动电机；8、第一升降台；9、第二升降台；10、保护渣；11、钢液；12、进水阀；13、出水阀；14、机架导杆；15、活塞；16、喷水装置；17、蜗杆；18、基座；19、连杆；20、支撑台；21、进水管；22、出水管；23、密封圈；24、螺杆；25、定位标尺；26、喷水阀；27、注油装置；28、开孔；29、空腔。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步的详细说明。如图1所示，本专利技术模拟连铸坯凝固的试验装置包括基座18，基座18上设有感应加热炉2，基座18的至少一侧设有机架导杆14，在本实施例中，基座18的两侧分别设有机架导杆14，其中一机架导杆14的侧边设有定位标尺25。机架导杆14上部装设有第一升降台8，下部装设有第二升降台9，第二升降台9的下方装设有喷水装置16。感应加热炉2内装有钢液11，钢液11的顶部具有保护渣10，感应加热炉2的底部设有开孔28，开孔28内装有活塞15，活塞15的下部与开孔28间隙配合，配合公差为1—2mm，活塞15的上部伸入感应加热炉2中，优选的，该活塞15为耐火材料制成，活塞15与感应加热炉2底部之间设有密封圈23密封，防止钢液11渗出。第一升降台8设于机架导杆14的顶部，其上设有第一电机4、支本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模拟连铸坯凝固的试验装置，其特征在于，包括：基座；感应加热炉设于所述基座上，所述感应加热炉内具有钢液，所述钢液的顶部具有保护渣，所述感应加热炉的底部设有开孔，活塞装设于所述开孔内；机架导杆设于所述基座的至少一侧；第一升降台装设于所述机架导杆的上部，所述第一升降台上设有第一电机、支撑台及振动电机，所述第一电机驱动所述第一升降台上下移动，所述支撑台固定于所述第一升降台，所述支撑台上设有第二电机以及位于所述第二电机一侧的蜗杆，所述第二电机控制所述蜗杆上下移动，所述蜗杆的底端设有推坯耐火砖，所述振动电机通过连杆连接于结晶器，所述振动电机控制所述结晶器振动，所述结晶器中间设有空腔，所述推坯耐火砖可伸入所述空腔内，且所述空腔供所述活塞的上部进入，所述结晶器内部供冷却水进、出；第二升降台装设于所述机架导杆的下部，所述第二升降台上设有第三电机及螺杆，所述第三电机驱动所述第二升降台上下移动，所述螺杆一端连接于所述第二升降台，另一端连接于所述活塞；喷水装置设于所述机架导杆上，并位于所述第二升降台的下方，对成型后的铸坯进行冷却。

【技术特征摘要】
1.一种模拟连铸坯凝固的试验装置，其特征在于，包括：基座；感应加热炉设于所述基座上，所述感应加热炉内具有钢液，所述钢液的顶部具有保护渣，所述感应加热炉的底部设有开孔，活塞装设于所述开孔内；机架导杆设于所述基座的至少一侧；第一升降台装设于所述机架导杆的上部，所述第一升降台上设有第一电机、支撑台及振动电机，所述第一电机驱动所述第一升降台上下移动，所述支撑台固定于所述第一升降台，所述支撑台上设有第二电机以及位于所述第二电机一侧的蜗杆，所述第二电机控制所述蜗杆上下移动，所述蜗杆的底端设有推坯耐火砖，所述振动电机通过连杆连接于结晶器，所述振动电机控制所述结晶器振动，所述结晶器中间设有空腔，所述推坯耐火砖可伸入所述空腔内，且所述空腔供所述活塞的上部进入，所述结晶器内部供冷却水进、出；第二升降台装设于所述机架导杆的下部，所述第二升降台上设有第三电机及螺杆，所述第三电机驱动所述第二升降台上下移动，所述螺杆一端连接于所述第二升降台，另一端连接于所述活塞；喷水装置设于所述机架导杆上，并位于所述第二升降台的下方，对成型后的铸坯进行冷却。2.根据权利要求1所述的模拟连铸坯凝固的试验装置，其特征在于：所述基座的两侧分别设有所述机架导杆，其中一所述机架导杆的侧边设有定位标尺。3.根据权利要求1所述的模拟连铸坯凝固的试验装置,其特征在于：所述活塞的下部与所述开孔间隙配合，所述活塞的上部与所述空腔间隙配合。4.根据权利要求1所述的模拟连铸坯凝固的试验装置,其特征在于：所述活塞与所述感应加热炉底部之间设有密封圈密封。5.根据权利要求1所述的模拟连铸坯凝固的试验装置,其特征在于：所述结晶器的两侧分别设有进水管和出水管，供冷却水进出，所述进水管与所述结晶器之间设有进水阀，所述出水管与所述结晶器之间设...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟祥宁，朱苗勇，汪宁，左晓静，杨杰，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21