[发明专利]一种加压条件下界面换热系数的测量方法

说明书

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种加压条件下界面换热系数的测量方法。

背景技术

目前，高氮不锈钢广泛运用于造纸、海洋开采、垃圾焚烧、火力发电、石油化工等领域，并且随着各领域的快速发展，苛刻的服役环境对高氮不锈钢性能提出了更高要求。加压电渣冶炼、加压感应冶炼等加压冶炼技术是迄今为止冶炼高氮不锈钢最有效的方法之一，加压能够减小铸锭和铸型之间的气隙大小，提高界面换热系数，强化冷却效果，进而显著改善高氮不锈钢凝固缺陷、细化凝固组织等。

模拟技术是现今铸造凝固过程控制、工艺设计及提高铸件产品质量和性能的一种经济、有效的手段，其中界面换热系数是数值模拟钢液凝固最关键的参数之一，其准确程度直接影响着凝固组织的计算精度。在高氮不锈钢加压凝固模拟过程中，准确获得加压和界面换热系数之间的量化关系与模拟的结果正确性直接相关。但在反应温度高、冶炼条件恶劣、压力较大的加压冶炼过程中，界面换热系数的准确测量具有较高的难度，目前相关研究鲜有报道。

近年来，很多学者在换热系数的精确测量方面做了大量的研究工作，但其测量手段对加压凝固过程界面换热系数测量的适用性却一直较差。研究表明，以热电偶为主的测温元件距离凝固界面越近，响应越快，测量精度越高。程柏松提出了“一种测定钢的快速冷却过程界面换热系数的方法”，该种方法将热电偶直接焊接在工件表面上，以此保证了表面温度测试的结果准确，其测量温度在1000℃左右，但对加压冶炼高氮不锈钢而言，温度一般在1400℃以上，采用该方法不能反映出高温段界面换热系数随温度的变化规律。张立强提出了“一种铸造过程中界面换热系数的测量方法，公开号CN104152710A”，该方法将热电偶直接插入到铸件内部，一定程度上减少了热电偶响应时间，然而热电偶测温端由陶瓷管保护，保护套管的导热性减弱了热电偶对温度的敏感度，增加了测温过程的滞后性，尤其在测定钢的快速冷却过程界面换热系数时，其短板尤为突出。

本发明从热电偶的灵敏度和测温精度，以及测量环境等方面入手，提出了一种能够较准确测量高氮不锈钢加压凝固过程中铸锭-铸型之间界面换热系数的测量方法，具有简便可靠，测量精确较高等优点；同时，运用Fortran语言，结合Beck非线性估算法，提供了与实验过程配套的界面换热系数计算源代码，在保证测量和计算精度的前提下，进一步简化了获得加压凝固过程中铸锭-铸型之间界面换热系数的步骤。

发明内容

本发明从热电偶的灵敏度和测温精度，以及测量环境等方面入手，运用Fortran语言，结合Beck非线性估算完成了后续界面换热系数计算源代码的编写，提供了一种加压条件下凝固过程界面换热系数的测定方法，可以快速、准确、安全地测定在不同压力下钢锭凝固的界面换热系数。

一种加压条件下界面换热系数的测量方法，包括以下具体步骤。

(1)铸模上钻孔

在铸模外壁上钻2个垂直穿透铸模侧壁的通孔和2个垂直铸模侧壁的盲孔，盲孔深度分别为铸模内距离铸模内壁0～5mm和铸模内距离铸模内壁5～10mm，所有孔的直径为4～7mm，且分布在同一水平面上，孔的高度为浇铸时钢液高度的1/3～2/3，相邻孔的水平间距以铸模外壁上相邻孔间的边缘距离为准要大于25mm。

(2)布置热电偶

在四个孔中安插外接导线的热电偶，通过刚玉的双通管和石棉细绳缠绕相结合的方式进行固定，并裸露热电偶焊接测温点，通孔内的两个热电偶焊接测温点分别位于铸模型腔内距离铸模内壁0～8mm位置处和铸模型腔内距离铸模内壁8～15mm位置处；盲孔内的两个热电偶焊接测温点分别位于铸模内距离铸模内壁0～5mm位置处和铸模内距离铸模内壁5～10mm位置处，热电偶的外接导线同温度数据采集仪相连接，温度数据采集仪再同计算机相连接。

本发明中，步骤(2)所述的热电偶为双铂铑B型热电偶，经实验验证发现，此种热电偶在加压高温条件下所测温度曲线更加稳定准确。

(3)获取测温数据

在铸模中注入钢液，钢液凝固过程中，热电偶测得的数据通过温度数据采集仪输入计算机。

本发明中，步骤(3)所述的温度数据采集仪频率为50HZ以上。

(4)计算界面换热系数

基于“反问题”理论，运用Fortran语言，结合Beck非线性估算完成后续界面换热系数计算源代码的编写；利用ProCast对其进行校验后，将步骤(3)获得的温度场数据导入源代码中，计算出凝固过程中铸锭和铸模之间的界面换热系数。

本发明中，步骤(4)所述的ProCast对界面换热系数计算源代码的校验精度高于95％。