[发明专利]一种电脉冲作用下连铸结晶器内保护渣结晶与传热行为的模拟装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于钢铁连铸技术领域，尤其涉及一种电脉冲作用下连铸结晶器内保护渣结晶与传热行为的模拟装置及方法。

背景技术

保护渣在钢铁连铸过程有着十分重要的作用，特别是渗入结晶器与初始凝固坯壳之间空隙的保护渣，能起到控制铸坯与结晶器之间的传热及润滑坯壳的作用。凝固坯壳与结晶器之间的传热行为强烈地影响着铸坯的表面质量，而保护渣的结晶与传热行为影响着凝固坯壳与结晶器之间的传热行为。因此，随着市场对高品质钢材需求的增加，对连铸过程中的保护渣的结晶与传热行为的深入研究至关重要。目前关于外场对保护渣结晶行为的研究主要包括直流电场与交流电场，现有的研究进展大多停留在简单的实验现象的总结，缺乏对保护渣传热行为的探讨。关于电脉冲对保护渣的结晶与传热行为的研究鲜有报道，电脉冲提供一种瞬时、高能量电场，电脉冲作为一种改善钢材质量及性能研究的新技术，主要集中在去除夹杂物，细化钢铁凝固组织，改善钢铁机械性能等方面的研究，其对保护渣结晶与传热行为的影响如何，处于空白阶段。

发明内容

本发明针对目前技术和装置存在的不足而提供一种电脉冲作用下连铸结晶器内保护渣结晶与传热行为的模拟装置及方法，用于探究电脉冲对保护渣结晶与凝固行为的影响。

为解决上述技术问题，本发明所提供的电脉冲作用下连铸结晶器内保护渣结晶与传热行为的模拟装置，包括机座、电阻炉、电脉冲系统、坩埚、数据采集系统、拉坯器、结晶器、定位电极、拉坯电机、振动电机、定位电机，所述机座上设有两根一端垂直于机座平面另一端与顶板连接的第一丝杆和第二丝杆，在所述顶板上设有驱动所述第一丝杆和第二丝杆运动的下行电机，在所述第一丝杆和第二丝杆上设有由第一丝杆和第二丝杆驱动沿竖直方向运动的升降托架；所述电阻炉设置于所述机座上位于第一丝杆和第二丝杆之间，所述坩埚位于所述电阻炉内，所述拉坯电机和振动电机均设置于所述升降托架上；所述结晶器内设有热电偶和冷却系统并通过所述振动电机驱动作垂直上下振动，所述拉坯器设置于所述结晶器的底端并通过所述拉坯电机驱动向下拉动；所述定位电机设置于所述顶板上并驱动所述定位电极上下运动；所述电脉冲系统包括脉冲电源、与所述脉冲电源电连接且竖直相对设置的两脉冲输出电极及脉冲电极移动装置，所述脉冲电极移动装置设置于所述机座上，所述两脉冲输出电极设置于所述脉冲电极移动装置且可通过所述脉冲电极移动装置对其间距、插入坩埚内保护渣的深度及与结晶器热面的相对位置进行调节，所述数据采集系统与所述热电偶、脉冲电源和脉冲电极移动装置电连接。

进一步的，所述电阻炉为硅钼棒电阻炉。

进一步的，所述结晶器热面外侧处安装有一支用于测量结晶器浸入熔池后凝固于结晶器热面渣膜温度的热电偶，位于结晶器内的热电偶由平行设置的第一排热电偶和第二排热电偶组成，第一排热电偶距离热电偶结晶热面的距离为2-4mm,第二排热电偶与第一排热电偶的距离为4-6mm,每排热电偶由若干支沿竖直方向以2-4mm的间距均匀排布的热电偶组成,每排热电偶中最底端的热电偶距离结晶器底面的距离为15-20mm。

进一步的，脉冲电源的脉冲参数包括峰值电压、脉冲类型、脉冲宽度及频率，通过与脉冲电源电连接的控制柜调节。

进一步的，脉冲输出电极由导电性良好、耐高温且不与保护渣反应的材料制备而成，直径为5mm-15mm。

进一步的，所述脉冲电源通过脉冲输出导线与所述两脉冲输出电极电连接，其中所述脉冲输出导线采用电阻低的铜缆线，规格为≥50mm²。

进一步的，脉冲电源输出峰值电压为0-36V，优选为30V；输出电流(峰值)为0-5000A；输出频率为1-100Hz,优选为100Hz；脉冲宽度为1μs-150μs，优选为100μs。

进一步的，脉冲电源输出波形为矩形波，输出类型为正脉冲、间隔脉冲或计数脉冲。

进一步的，两脉冲输出电极组成的平面与结晶器热面的夹角在0°-180°之间，优选为180°；两脉冲输出电极的宽度在5cm-30cm之间，优选为20cm；插在保护渣内的深度在2cm-30cm之间，优选为10cm。

一种模拟电脉冲作用下连铸结晶器内保护渣结晶与传热行为的方法，包括如下步骤：

第一步、熔渣，将电阻炉设置好加热温度，加热功率等参数，启动电源开始加热，待坩埚内温度达到预设值时，往坩埚内投加一定量的脱碳保护渣，使保护渣加热到融化；

第二步、施加电脉冲，用脉冲输出导线连接好脉冲输出电极，将脉冲输出电极插入电阻炉中的坩埚内；启动脉冲电源，处理完毕后，关闭电源，移出脉冲输出电极。