[发明专利]一种金属快速凝固热流测试装置及测试方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及一种金属快速凝固热流测试装置及测试方法，属于金属材料快速成型技术领域。

背景技术

在钢铁冶金行业中，连续铸钢技术是近年来钢液浇铸的主导方法。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。

公开号为CN104089972A的专利，一种测定金属微滴快速凝固过冷度的方法及其装置中，首先采用脉冲微孔法制备金属微粒子液滴；然后在下落过程中的不同位置上分别测定金属微粒子液滴落入油中的开始时刻及平衡时刻的温度；随后通过热平衡计算得到不同位置处金属微粒子液滴的液相含量、形核温度和过冷度。

公开号为CN248269lY的专利，金属快速凝固过程中界面动力学信息的测量装置中，测量装置由脉冲激光器、透镜组、光束均衡器、样品、恒温预热装置、数字恒流源、数字示波器、探头滤波器组成，所述激光器由计算机控制启动，通过透镜组、光束均衡器将光束打在样品的工作电阻上，恒温预热装置置于样品下样品台上，数字恒流源为测量电路提供恒定电流，样品两端电压信号经探头滤波器接人数字示波器，再经计算机处理。

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。

发明内容

本发明解决的技术问题是：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。

本发明采用如下技术方案实现：

一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。

进一步的，所述气压组件43为一连接气泵的气囊，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。