本发明专利技术公开了一种金属快速凝固热流测试装置及测试方法，该测试装置包括液滴发射系统、数据采集系统和气氛控制系统；所述液滴发射系统包括一采用电加热的石英管，所述石英管底部开设有一直径小于0.5mm的小孔，所述小孔的上部石英管绕装有感应线圈；所述石英管内腔与一气压组件连通；所述数据采集系统包括位于石英管底部的基座，所述基座内部设有热电偶和冷却组件；所述液滴发射系统和数据采集系统均设置在气氛控制系统的气氛保护室内。本发明专利技术测试设备简单、操作方便、准确度高，可在实验室规模实现金属快速凝固的热流测试，从而替代工业生产上的直接测试，不影响正常生产，同时消耗小，测试成本低。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于金属材料快速成型
技术介绍
在钢铁冶金行业中，连续铸钢技术是近年来钢液饶铸的主导方法。先进连铸技术 要求更好的铸坯质量，同时要求更高的拉坯速度来提高生产效率，获得更大的产量。为了实 现产量的增长，高拉速下要求铸坯以更快的冷却速率凝固，意味着相同时间下传导的热流 量更高。同时，凝固过程的热流也是影响铸坯质量的重要因素，通过控制合理的热流，可显 著提高铸坯质量。应此，测试金属快速凝固行为并分析凝固过程中热流量的影响尤为重要。 在工业生产中，进行快速凝固热流测试，将会影响正常生产，同时限于生产设备过 于庞大，测试成本太高。 目前，金属快速凝固测试装置的相关专利较少，且研究方向有限，仅有对金属凝固 过冷度的测定装置及凝固界面动力学信息的测定装置。 以上这两个专利虽然在各自测试方面有着优势，但不能对金属快速凝固过程中的 热流量进行测试，而对于钢铁冶金连铸生产领域而言，凝固过程热流是影响铸坯质量极为 重要的因素。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是:针对现有技术缺少能替代工业上测试快速凝固与传热 关系的装置和方法，提供一种新型的金属快速凝固热流测试装置及测试方法，用于探究传 热对金属快速凝固过程的影响。 本专利技术采用如下技术方案实现： -种金属快速凝固热流测试装置，包括液滴发射系统、数据采集系统和气氛控制 系统；所述液滴发射系统包括一米用电加热的石英管41，所述石英管41底部开设有一直 径小于0.5mm的小孔，所述小孔的上部石英管绕装有感应线圈42;所述石英管41内腔与一气 压组件43连通，用于向石英管内腔加压； 所述数据采集系统包括位于石英管底部的基座21，所述基座21内部设有热电偶23 和冷却组件； 所述液滴发射系统和数据采集系统均设置在气氛控制系统的气氛保护室31内。 进一步的，所述气压组件43为一连接气栗的气囊，所述气囊通过管道与石英管41 内腔连通。 进一步的，所述基座21为铜质平台，内部设有冷却水循环管道22,所述热电偶23埋 覆在基座平台里面，并与NI温度采集模块连接。 进一步的，所述气氛保护室31上分别设有进气管33和出气管34。 进一步的，所述气氛保护室31顶部为可打开的保护性气罩35,所述保护性气罩35 通过转架12密封盖合在气氛保护室31上，所述石英管41竖直连接在保护性气罩35上。 进一步的，所述气氛保护室31上设有观察窗32。在本专利技术中，所述石英管41内部还设有检测实时温度的高温计44。 本专利技术还公开了一种上述金属快速凝固热流测试装置的测试方法，包括如下步 骤： 第一步、装样，将2-5g钢样放入石英管底部； 第二步、抽真空，将气氛保护室密封，然后将内部抽真空至真空度l(T15-l(T25Pa，并 充入惰性保护气体，最终使气氛保护室内压力达到一个大气压； 第三步、熔化金属，通过感应线圈对石英管底部的钢样进行加热至目标熔化温度； 第四步、脉冲喷射，打开数据采集系统的冷却水管路，并控制冷却水循环流量为 2.5-15L/min，通过气压组件向石英管内部通入脉冲惰性气体，通过气压控制熔化的钢水液 滴从石英管喷射到基座上；第五步、数据采集，在第四步开始前即通过热电偶以0-200HZ的频率开始数据采 集，一直到钢水液滴完成冷却凝固；第六步、数据处理，将采集得到的温度信号计算出液滴凝固过程中热流的变化情 况。 进一步的，在测试过程中，通过高温计对石英管内的温度进行实时监测，保证液滴 射出前实时温度不低于目标熔化温度。优选的，所述钢样优选放置3_4g，气氛保护室内的真空度优选为l(T2()-l(r25Pa，冷 却水循环流量优选5-10L/min，数据采集频率优选50-150HZ。 本专利技术提供，可实现金属液滴快速凝 固实验，并测量凝固期间通过铜质基底的热流量及其变化。本专利技术采用石英管容纳高温下 的试样，用感应线圈对其加热使之熔化。为使金属液滴快速凝固，在铜质基底上采用冷却水 循环的方式进行快速冷却。本专利技术数据采集系统所采集的数据是温度信号，通过T型热电偶 测温，NI温度采集模块采集，并通过计算机计算出凝固过程中实时变化的热流量。 本专利技术主要具有以下有益效果： 1)设备简单。本专利技术包括三个系统，共十余个部件构成，具有测试设备简单、操作 方便的特点。 2)测试成本低。本专利技术可在实现实验室规模金属凝固热流测试，从而替代工业生 产上的直接测试，不影响正常生产，同时消耗小，测试成本低。 3)准确度高。本专利技术采用埋覆在铜质基底的T型热电偶直接测温，并用NI温度采集 模快对温度数据进行高速采集，测量准确、及时，经过计算热流准确度高。以下结合附图和【具体实施方式】对本专利技术做进一步说明。【附图说明】 图1为实施例中应用的一种金属快速凝固热流测试装置结构示意图。 图2为实施例中将测试装置的保护性气罩打开的示意图。图3为实施例1-3所测热流图表。图4为实施例4-6所测热流图表。 图中标号： 11-支架，12-转架； 21-基底，22-冷却水循环管道，23-热电偶； 31-气氛保护室，32-观察窗，33-进气管，34-出气管，35-保护性气罩； 41-石英管，42-感应线圈，43-气压组件，44-高温计。【具体实施方式】参见图1和图2,图示中的金属快速凝固热流测试装置包括液滴发射系统、数据采 集系统和气氛控制系统三大部分，三大部分设置在一支架11上。其中，所述液滴发射系统包括一采用电加热的石英管41，所述石英管41底部开设 有一直径小于0.5mm的小孔，所述小孔的上部石英管绕装有感应线圈42;所述石英管41内腔 与一气压组件43连通，用于向石英管内腔加压；图示中采用直径为15mm的石英管来容纳试 样，采用直径为50mm的感应线圈来加热并熔化试样，采用一连接气栗的气囊作为气压组件 来推动液滴射出，所述气囊一端与气栗连接，另一端通过管道与石英管41内腔连通。为了配 合石英管尺寸，若采用金属试样为低碳钢颗粒或粉末，则试样大约为2_5g，优选为3-4g，进 一步优选为3g。为了熔化试样，并实现不同的升温速率，可控制感应线圈的功率，一般功率 为2_3kw，最大可达5kw。 在所述石英管41内部还设有检测实时温度的高温计44,用于实时对石英管内的试 样温度进行监测。 所述数据采集系统包括位于石英管底部的基座21，用于盛接滴落的钢水液滴并使 其冷却凝固，所述基座21内部设有热电偶23和冷却组件。在具体实施应用中，铜质基底为紫 铜材质，呈边长为100mm的正方形平台，位于发射装置正下方，内部设有冷却水循环管道22， 采用冷却水循环冷却，当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种金属快速凝固热流测试装置，其特征在于：包括液滴发射系统、数据采集系统和气氛控制系统；所述液滴发射系统包括一采用电加热的石英管(41)，所述石英管(41)底部开设有一直径小于0.5mm的小孔，所述小孔的上部石英管绕装有感应线圈(42)；所述石英管(41)内腔与一气压组件(43)连通，用于向石英管内腔加压；所述数据采集系统包括位于石英管底部的基座(21)，所述基座(21)内部设有热电偶(23)和冷却组件；所述液滴发射系统和数据采集系统均设置在气氛控制系统的气氛保护室(31)内。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王万林，周乐君，朱晨阳，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。