一种模拟薄带连铸结晶辊表面氧化膜生成的装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种模拟薄带连铸结晶辊表面氧化膜生成的装置及其方法，包括熔炼系统、气氛控制系统、膜收集系统、用于测量感应炉内氧分压的氧分压测量仪以及与埋藏在所述基体内的热电偶连接的温度采集系统；对应坩埚的上方的炉体壁面上设有气帘盖，气帘盖的内侧壁开有若干个可喷出保护性气体以隔离炉内保护气氛与外部空气接触的气孔；膜收集系统包括位于坩埚上方的基体以及控制基体升降的升降机构，基体内设有通有冷却介质的冷却液管道。本发明专利技术可以用来模拟实际双辊薄带连铸中结晶辊表面氧化膜生成过程，具有很好的模拟性和经济性，且基体上形成的氧化沉积膜容易收集，方便用于研究氧化膜的形成机理以及氧化膜对亚快速凝固过程传热的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟薄带连铸结晶辊表面氧化膜生成的装置及其方法
本专利技术属于金属亚快速凝固
，尤其涉及一种模拟薄带连铸结晶辊表面氧化膜生成的装置及其方法。
技术介绍
1856年，贝塞曼就曾在工厂里进行了从钢水直接得到钢带的尝试。方法是将钢水浇入两个水冷却的辊子之间铸钢薄板。由于当时技术的限制，限制了此方法的继续发展。之后很长一段时间，有人提出环辊轧机方案，1940年证实了浇铸硅钢和不锈钢的可能性，但由于质量问题和技术不过关等原因，未能实现工业化生产。二十世纪六十年代，美国的伯利恒公司、俄勒冈分公司、法国的于齐诺尔公司、日本的金属材料研究所等分别设置了试验设备进行薄带连铸的相关研究。1973年石油危机的发生促进了日本和欧美加速开发薄板坯和带钢连铸技术。美国由政府提供资金研究了从钢水直接生产钢板的可能性。日本为了节约能源和采用高速凝固技术开发新材料进行了薄板坯和带钢连铸工艺的开发。英国钢铁公司也利用欧洲轧钢联基金进行该工艺的研究。与传统的板坯连铸和薄板坯连铸连轧相比较，双辊薄带连铸技术可以免去铸坯的热轧工序，因此生产线得以大大缩短，相应的设备投资、场地占用和能耗等都得到了显著降低，钢材生产生产效率大大提高。薄带双辊连铸不仅可用于钢铁产品的生产，还可以应用于其它金属薄带的生产，如铝合金、镁合金等金属薄带的生产。然而，实际生产过程中，依然存在很多问题有待解决，如现有的侧封板和结晶辊寿命短，成本高，造成实际生产成本的增加；钢薄带表面存在缺陷，降低产品的合格率。对于薄带连铸过程，连续、稳定的生产出表面质量良好的钢带是最理想的生产方式。不管是单辊薄带连铸还是双辊薄带连铸，结晶辊表面在铸造过程中由于金属蒸汽的氧化和凝固会形成一层很薄的氧化沉积膜，沉积膜对钢带与结晶器之间的界面传热影响很大，从而影响到钢液在结晶辊内的初始凝固过程，进而影响钢薄带的质量以及连铸过程的顺利进行。因此有必要对金属薄带连铸过程结晶辊表面氧化沉积膜的形成机理以及氧化沉积膜对界面传热的连铸坯质量的影响进行研究，这对提高薄带连铸生产的经济效益和促进薄带连铸的具有重要的意义。目前，主要是对中试薄带连铸机和工厂薄带连铸机结晶辊表面形成的氧化膜直接进行研究，但是这种方法的成本大，且实验条件难以控制。因此有人开发了实验室热模拟装置进行实验室规模的研究，文献《Theeffectofsurfaceoxidefilmsonheattransferbehaviorinthestripcastingprocess》(P.Nolli,A.CRAMB等人，Iron&steeltechnology)公开了一种金属液滴法装置，通过感应加热使带有喷嘴的石英管里一定质量的少量金属熔化形成液滴，然后通过吹氩气使金属液滴落在水冷的铜基体上面，最后在基体上形成了一层氧化膜，该装置可用来研究氧化的形成过程以及对界面传热的影响，但是金属液滴的量太少，且滴落凝固的方法难以很好模拟实际金属液在结晶辊上的亚快速凝固过程。申请号为201710271478.1的专利技术专利公开了一种气氛控制金属界面膜沉积装置及其方法，通过使水冷的铜质基体插入钢熔池中在基体表面形成一层钢凝固坯壳，然后撤离熔池，凝固坯壳切取后可得到基体表面沉积的氧化膜，可对氧化的成分进行分析，但是由于基体内部缺乏热电偶，无法研究氧化膜对界面传热的影响，炉体缺乏氧探头等气氛测量装置，难以控制实验环境的气氛；同时该装置难以真实模拟薄带连铸中高速旋转的结晶辊内部的金属亚快速凝固行为。除此以外，由于插入一次就形成凝固坯壳，不能连续性的对氧化膜进行多次沉积，因此，如何更加接近真实工况的模拟薄带连铸结晶辊表面氧化膜的生成，以提高模拟的准确性，是行业内亟待解决的一个关键技术问题。
技术实现思路
本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术的目的之一在于提供一种模拟薄带连铸结晶辊表面氧化膜生成的装置及其方法，通过该装置可以用来模拟实际双辊薄带连铸中结晶辊表面氧化膜生成过程，具有很好的模拟性和经济性，且操作简单。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种模拟薄带连铸结晶辊表面氧化膜生成的装置，包括：熔炼系统，包括熔化金属的感应炉、设置于感应炉内的坩埚以及控制感应炉加热温度的温度反馈单元；气氛控制系统，用于向感应炉内通入保护气体；膜收集系统、用于测量感应炉内氧分压的氧分压测量仪以及与埋藏在所述基体内的热电偶连接的温度采集系统；对应坩埚的上方的炉体壁面上设有气帘盖，气帘盖的内侧壁开有若干个可喷出保护性气体以隔离炉内保护气氛与外部空气接触的气孔；所述膜收集系统包括位于坩埚上方的基体以及控制基体升降以从炉体外穿过气帘盖进入炉体内的升降机构，所述基体设有通有冷却介质的冷却液管道。进一步的，所述基体为尖端朝下的楔形结构，所述楔形结构的四周被耐火材料包围，只留下一个裸露的基体面与金属液接触。进一步的，所述冷却液管道为平行贴近于所述基体面从上到下弯折延伸的蛇形管道，所述蛇形管道由平直部和将相邻平直部顺次连通的弯折部组成，相邻平直部的间距从上到下逐渐变大。进一步的，平直部与基体面的垂直距离大于等于5mm，水平宽度与基体的宽度比例大于等于0.7。进一步的，埋藏在上述基体的热电偶共有两排，每一排热电偶包括从上到下平行于所述基体面设置的至少四根热电偶，每一排中相邻两根热电偶的距离相等，两排热电偶位于所述冷却液管道与所述基体面之间，其中一排热电偶距离基体面的距离大于等于0.5mm，另一排热电偶距离基体面的距离大于等于2mm。进一步的，所述升降机构采用电动控制的卷扬机或丝杆机构。进一步的，所述温度反馈单元包括贯穿安装在感应炉炉体壁面上且朝向所述坩埚的红外测温计以及与红外测温计电性连接的PID控制装置，所述PID控制装置与感应炉的加热控制电路电性连接。进一步的，所述感应炉的侧壁上设有石英玻璃观察口。进一步的，所述气氛控制系统包括真空泵及装有保护气体的气瓶，所述感应炉上设有进气口和出气口，所述气瓶与所述进气口连通，所述真空泵通过抽气管与所述感应炉炉腔连通。进一步的，所述氧分压测量仪设置在所述出气口上。一种模拟薄带连铸结晶辊表面氧化膜生成的方法，采用上述模拟薄带连铸结晶辊表面氧化膜生成的装置，包括如下步骤：步骤一：将一定量的实验金属放入坩埚中，往炉体内通入惰性保护气体；步骤二：开启感应炉加热金属使之熔化并将熔体温度控制在目标温度；步骤三：打开气帘盖，并开启惰性气帘保护，接着通过升降机构，使得基体以一定的速度快速向下运动，同时开启温度采集系统；基体浸入一定深度后以相同的速度离开熔池，形成一层氧化膜；步骤四：收集基体表面的氧化沉积膜，进行后续的分析研究。本专利技术一种模拟薄带连铸结晶辊表面氧化膜生成的方法，炉体内通入惰性保护气体为氮气、氩气、硫化氢中的一种，或者它们之间的混合气体。本专利技术一种模拟薄带连铸结晶辊表面氧化膜生成的方法，基体内埋藏有高灵敏度热电偶，同时热电偶具有高频率采温能力，采集频率1000Hz～6000Hz，优选为1500Hz～5000Hz。本专利技术一种模拟薄带连铸结晶辊表面氧化膜生成的方法，升降机构通过控制基体不断的抽插实现氧化膜的连续沉积过程，基体的插入速度为2m/s～3m/s，优选为2.2m/s～2.8m/s。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟薄带连铸结晶辊表面氧化膜生成的装置，包括：熔炼系统，包括熔化金属的感应炉、设置于感应炉内的坩埚以及控制感应炉加热温度的温度反馈单元；气氛控制系统，用于向感应炉内通入保护气体；其特征在于还包括：膜收集系统、用于测量感应炉内氧分压的氧分压测量仪以及与埋藏在所述基体内的热电偶连接的温度采集系统；对应坩埚的上方的炉体壁面上设有气帘盖，气帘盖的内侧壁开有若干个可喷出保护性气体以隔离炉内保护气氛与外部空气接触的气孔；所述膜收集系统包括位于坩埚上方的基体以及控制基体升降以从炉体外穿过气帘盖进入炉体内的升降机构，所述基体内设有通有冷却介质的冷却液管道。

【技术特征摘要】
1.一种模拟薄带连铸结晶辊表面氧化膜生成的装置，包括：熔炼系统，包括熔化金属的感应炉、设置于感应炉内的坩埚以及控制感应炉加热温度的温度反馈单元；气氛控制系统，用于向感应炉内通入保护气体；其特征在于还包括：膜收集系统、用于测量感应炉内氧分压的氧分压测量仪以及与埋藏在所述基体内的热电偶连接的温度采集系统；对应坩埚的上方的炉体壁面上设有气帘盖，气帘盖的内侧壁开有若干个可喷出保护性气体以隔离炉内保护气氛与外部空气接触的气孔；所述膜收集系统包括位于坩埚上方的基体以及控制基体升降以从炉体外穿过气帘盖进入炉体内的升降机构，所述基体内设有通有冷却介质的冷却液管道。2.根据权利要求1所述的模拟薄带连铸结晶辊表面氧化膜生成的装置，其特征在于：所述基体为尖端朝下的楔形结构，所述楔形结构的四周被耐火材料包围，只留下一个裸露的基体面与金属液接触。3.根据权利要求2所述的模拟薄带连铸结晶辊表面氧化膜生成的装置，其特征在于：所述冷却液管道为平行贴近于所述基体面从上到下弯折延伸的蛇形管道，所述蛇形管道由平直部和将相邻平直部顺次连通的弯折部组成，相邻平直部的间距从上到下逐渐变大。4.根据权利要求3所述的模拟薄带连铸结晶辊表面氧化膜生成的装置，其特征在于：埋藏在上述基体的热电偶共有两排，每一排热电偶包括从上到下平行于所述基体面设置的至少四根热电偶，每一排中相邻两根热电偶的距离相等，两排热电偶位于所述冷却液管道与所述基体面之间，其中一排热电偶距离基体面的距离大于等于0.5mm，另一排热电偶距离基体面的距离大于等于2mm。5.根据权利要求2或3或4所述的模拟薄带连铸结晶辊表面氧化膜生成的装置，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：王万林，吕培生，周乐君，张同生，张凯旋，应国民，钱海瑞，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43