專利名稱：：一種連鑄保護渣燒結(jié)溫度測試方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及鋼水連續(xù)鑄鋼用結(jié)晶器保護渣性能測試方法及裝置，尤其是連鑄用結(jié)晶器保護渣的燒結(jié)溫度測試方法及裝置，屬于煉鋼及連鑄
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：連續(xù)鑄鋼是目前鋼水凝固成型的主要方法和途徑。保護渣作為連鑄過程中的一種關(guān)鍵輔料，具有的絕熱保溫、防止鋼液二次氧化、吸收夾雜、潤滑鑄坯和控制傳熱等幾大功能。這幾大功能發(fā)揮的好壞直接影響鑄坯的質(zhì)量。保護渣加入結(jié)晶器到熔化的過程中，不可避免的要經(jīng)過燒結(jié)，容易發(fā)生燒結(jié)的保護渣會在結(jié)晶器內(nèi)形成的較厚的燒結(jié)層和發(fā)達的渣圈或渣條，這會給連鑄生產(chǎn)帶來以下幾個方面的問題。首先，保護渣的燒結(jié)性能與結(jié)晶器渣圈的形成有密切關(guān)系，發(fā)達的渣圈會阻塞液渣的流入通道，導(dǎo)致潤滑不良，使鑄坯與結(jié)晶器壁粘結(jié)，增大拉坯阻力，進而引起鑄坯表面裂紋，甚至誘發(fā)漏鋼，同時還可能增加鑄坯振痕深度；其次形成的渣條和渣塊會浮在液渣上面，當鑄機拉速增大時，這些渣條和渣塊可能會被巻入鋼液引起夾渣等質(zhì)量缺陷；再次燒結(jié)溫度低而燒結(jié)溫度區(qū)間比較長的保護渣會在熔化過程中形成厚的燒結(jié)層，使得液渣層比較薄，當拉速突然發(fā)生變化時保護渣的熔化量與消耗量不能匹配，使得短時間內(nèi)出現(xiàn)潤滑不良的現(xiàn)象，進而誘發(fā)鑄坯表面質(zhì)量問題。因此，提高保護渣自身的燒結(jié)溫度和縮短燒結(jié)區(qū)間長度是保證有足夠的液渣的有效手段。但是目前的問題是由于保護渣燒結(jié)過程比較復(fù)雜，要準確的檢測保護渣開始燒結(jié)溫度并不容易。所以，建立一種能準確的檢測到表征保護渣燒結(jié)溫度的方法，并用此方法對影響保護渣燒結(jié)性能的因素進行分析，為有效的控制結(jié)晶器中保護渣燒結(jié)的發(fā)展提供理論基礎(chǔ)，保證連鑄工藝順行、提高鋼種質(zhì)量有著重大意義。目前，連鑄保護渣燒結(jié)溫度的測試方法見諸報道的不多，有研究指出可以利用保護渣燒結(jié)過程中體積密度和比表面積的變化來檢測保護渣的燒結(jié)特性，但是要檢測體積密度需要采用液體靜力稱量法測試，而檢測比較面積的變化則需要氣相色譜儀器；這些方法和手段對設(shè)備的要求都比較高，而且操作過程比較復(fù)雜。在這種情況下，建立一種操作相對簡單而又能準確反應(yīng)保護渣燒結(jié)性能的測試方法就顯得尤為重要。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是建立一種能夠較方便地檢測連鑄保護渣燒結(jié)溫度(表觀開始燒結(jié)溫度)的方法和裝置，為研究保護渣的燒結(jié)性提供一種行之有效的評價手段。本發(fā)明的目的通過以下方式來實現(xiàn)一種連鑄保護渣燒結(jié)溫度測試方法，其特征在于，具體步驟如下-1)取適量待測連鑄保護渣裝入直通的試樣管中，由壓環(huán)從兩端將所述連鑄保護渣固定于試樣管的中部，并形成試樣料柱；壓環(huán)的外圈與試樣管內(nèi)壁緊密接觸，保證試樣料柱與試樣管中部的加熱段重合；2)所述試樣管的兩端分別連接密封套及管路，一端通過三通管連接U型管壓力計的一端并與大氣相通的管路相連，試樣管的另一端通過三通管與裝有惰性氣體的氣瓶接口和U型管壓力計的另一端相連3)再將惰性氣體通過所述試樣管的試樣料柱，同時對試樣料柱逐漸加熱，并記錄U型管壓力計兩端的壓差；當試樣料柱兩端的壓差小于初始壓差時停止升溫；由于試樣料柱致密度變化使壓差明顯突變時的溫度，即為連鑄保護渣表觀幵始燒結(jié)溫度。所述壓環(huán)為120—140目的網(wǎng)狀鉬絲環(huán)。所述惰性氣體為氮氣或氬氣，其流量控制在0.2—0.5升/分鐘。所述步驟3)對試樣料柱逐漸加熱的方法為所述試樣料柱水平置于電阻爐內(nèi)，對試樣料柱部位進行加熱，電阻爐加熱的升溫速度為5-8'C/分鐘；試樣管的外壁處緊貼有熱電偶探頭，熱電偶探頭與電阻爐外的溫度采集器相連。步驟3)記錄U型管壓力計兩端的壓差時，每隔50'C記錄一次U型壓力計的壓差，當壓差變化明顯時，適當縮小檢測的溫度間隔。步驟3)記錄U型管壓力計兩端的壓差后，根據(jù)實測數(shù)據(jù)，做出U型管壓差隨溫度變化的曲線，即可記錄壓差明顯突變時的溫度，即為連鑄保護渣表觀開始燒結(jié)溫度。與已有的測試連鑄保護渣燒結(jié)性能的方法和裝置相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(I)本發(fā)明利用保護渣在燒結(jié)過程致密度的變化，能較準確的反映出保護渣燒結(jié)過程的特征。本發(fā)明基于保護渣在燒結(jié)過程中體積先受熱膨脹，而后隨著溫度繼續(xù)升高又發(fā)生致密化變化的特征，提出通過測試惰性氣體通過裝有保護渣試樣的管道時的壓力變化，來間接反應(yīng)保護渣的燒結(jié)情況的方法，即氣體壓差法。(n)本發(fā)明所述的連鑄鋼用結(jié)晶器保護渣性能測試方法及裝置，能快速、準確的測試出保護渣的表觀開始燒結(jié)溫度，并且測試裝置所采用的設(shè)備投入少，成本較低。(III)保護渣的表觀開始燒結(jié)溫度是保護渣燒結(jié)特性的一個重要指標，經(jīng)實驗研究發(fā)現(xiàn)，在保護渣的燒結(jié)進程中具有重要的意義，本發(fā)明模擬保護渣燒結(jié)的環(huán)境，能夠快速準確測試出保護渣的表觀開始燒結(jié)溫度。(IV)本發(fā)明所用測試設(shè)備對設(shè)備要求低，采用的設(shè)備簡單，成本低，操作方便快速，分析簡單，便于在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用和推廣。圖1是本發(fā)明連鑄保護渣燒結(jié)溫度測試方法裝置的示意圖2是保護渣典型壓差曲線圖3是不同含碳量保護渣的壓差一溫度曲線。圖l中，l-氣瓶；2-闊門；3-壓力表；4-U型壓力計；5-接大氣；6-第一密封橡皮套;7-直通試樣管；8-試樣管中心線；9-試樣料柱；10-熱電偶；12-第二密封橡皮套；13-溫度采集器；14-導(dǎo)線；15-電阻箱16-接電源線；17-電阻爐；18-氣體流量計。具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步的詳細說明。本發(fā)明涉及一種連鑄保護渣燒結(jié)溫度測試方法，是基于保護渣燒結(jié)過程的特點，采用測試惰性氣體通過裝有保護渣試樣的管道時的壓力變化，來間接測試保護渣的燒結(jié)情況，由此建立了連鑄保護渣燒結(jié)溫度的測試方法一氣體壓差法。本發(fā)明創(chuàng)造性地提出了表征保護渣燒結(jié)性能的重要物理參數(shù)——表觀開始燒結(jié)溫度。具體的測試方法包括以下步驟1)取適量待測連鑄保護渣裝入直通的試樣管中，由壓環(huán)從兩端將所述連鑄保護渣固定于試樣管的中部，并形成4一6厘米的試樣料柱；壓環(huán)的外圈與試樣管內(nèi)壁緊密接觸，保證試樣料柱與試樣管中部的加熱段重合；壓環(huán)為120—140目的網(wǎng)狀鉬絲環(huán)。2)所述試樣管的兩端分別連接密封套及管路，一端通過三通管連接U型管壓力計的一端并與大氣相通的管路相連，試樣管的另一端通過三通管與裝有惰性氣體的氣瓶接口和U型管壓力計的另一端相連；然后進行氣密性檢測；3)再將氮氣或氬氣以一定流量(0.2—0.5升/分鐘)通過所述試樣管的試樣料柱，記錄U型壓力計顯示的壓差和試樣料柱的初始溫度；同時對試樣料柱逐漸加熱，對試樣料柱部位進行加熱，升溫速度為5-8'C/分鐘，每隔一段時間記錄一次壓力計的壓差，觀測壓力計的壓差變化情況，當試樣料柱兩端的壓差小于初始壓差時停止升溫。由于試樣料柱致密度變化使壓差明顯突變時的溫度，即為連鑄保護渣表觀丌始燒結(jié)溫度。所述步驟3)對試樣料柱逐漸加熱的方法為試樣料柱水平置于電阻爐內(nèi)，采用鎳鉻絲加熱元件對試樣料柱部位進行加熱，電阻爐加熱的升溫速度為5-8'C/分鐘；試樣管的外壁處緊貼有熱電偶探頭，熱電偶探頭與電阻爐外的溫度采集器相連。所述步驟3)記錄U型管壓力計兩端的壓差時，每隔5(TC記錄一次U型壓力計的壓差，當壓差變化明顯時，適當縮小檢測的溫度間隔。所述步驟3)記錄U型管壓力計兩端的壓差后，根據(jù)實測數(shù)據(jù)，做出U型管壓差隨溫度變化的曲線，即可記錄壓差明顯突變時的溫度，即為連鑄保護渣表觀開始燒結(jié)溫度。如圖l所示，一種連鑄保護渣燒結(jié)溫度測試裝置，主要由直通試樣管7、電阻爐17和U型壓力計4組成；電阻爐17上設(shè)置用于水平安放直通試樣管7的通孔；直通試樣管7的一端設(shè)有第一密封橡皮套6，第一密封橡皮套6通過三通管管路與U形壓力計的一端和大氣5相通；直通試樣管7的另一端設(shè)有第二密封橡皮套12，第二密封橡皮套12通過管路與U型壓力計4的另一端和惰性氣體瓶輸出端相連；直通試樣管7內(nèi)設(shè)有用于對連鑄保護渣進行定位的壓環(huán)；通過U型壓力計4兩端水柱高度隨溫度的變化來反映壓差。所述電阻爐17內(nèi)直通試樣管7的外壁處緊貼有熱電偶10的探頭，熱電偶10與電阻爐17外的溫度采集器13相連。所述惰性氣體由氣瓶1通過閥門2輸出，閥門2的輸出端還依次設(shè)有壓力表3和氣體流量計18來測量輸出惰性氣體的壓力和流速。所述電阻爐17通過導(dǎo)線14與電阻箱15相連，電源16與電阻箱15相連。采用鎳鉻絲加熱元件對試樣料柱部位進行加熱。為保證測試結(jié)果的準確可靠，對裝置中部分儀器儀表提出如下要求-U型壓力計采用現(xiàn)有成熟產(chǎn)品，測試范圍不小于5000Pa，密封性良好；試樣管耐火度應(yīng)不低于1400'C，不與保護渣發(fā)生反應(yīng)，管內(nèi)徑2530mm，管壁厚度35mm;電阻爐最高使用溫度應(yīng)可達140(TC，電阻連續(xù)可調(diào)通氣管路管路暢通，氣密性良好。本發(fā)明連鑄保護渣燒結(jié)溫度測試裝置的運行原理是當測試準備工作完成后，打開氣瓶1的閥門2，始終保持氣體流量計18為0.2—0.5升/分鐘的值恒定，記錄熱電偶IO的初始溫度值;然后接通電源利用電阻箱15對電阻爐17供電，電阻爐17對直通試樣管7內(nèi)的試樣料柱9加熱，加熱升溫速度為5-8'C/分鐘，時時觀察U型壓力計4兩端液體高度的變化，每隔50'C記錄一次U型壓力計4的壓差，當壓差變化明顯時應(yīng)適當縮小檢測的溫度間隔。壓差變化形式為U型壓力計4兩端最初始的壓差為O;打開闊門2時，由于試樣料柱9對氣體流動的阻力，U型壓力計4兩端存在一定壓差；當打開電阻爐開始加熱升溫時，試樣料柱9內(nèi)的保護渣試樣開始隨著溫度升高而逐漸膨脹，此時試樣料柱9內(nèi)的空隙度也逐漸變小，因而從第二密封橡皮套12端通過試樣料柱和第一密封橡皮套6的氣體所受阻力增大，從而U型壓力計4兩端的壓差逐漸升高。具體的表現(xiàn)是連接第一密封橡皮套6的U型壓力計4的一端的壓力》或少，液體平面上升，與惰性氣體瓶連接的U型壓力計4的另一端壓力增加，液體平面下降；在U型壓力計4的壓差隨溫度升高而變化的過程中，當壓差上升到某一高度，由于f呆J戶渣試樣本身的致密度變化使料柱體積減小，而其外圈與試樣管內(nèi)壁的縫隙增大，至使U型壓力計的壓差驟然變小時，此時試樣料柱9的保護渣試樣也經(jīng)過從膨脹到最大到燒結(jié)的轉(zhuǎn)變，記錄下此時的溫度值，該溫度值就稱為保護渣的表觀燒結(jié)溫度。本發(fā)明的測試原理為參見圖1，在試樣管7的兩端分別取截面A-A和截面B-B，則由伯努利方程p2P2式中，Z!、Z2，Ul、u2、PhP2分別表示截面A和截面B的高度、氣體流速和壓力，h則為兩截面間的能量損失，g為重力加速度，P為氣體的密度。在試驗中，如果保持試樣管7水平放置且實驗用氣體的流速保持'恒定，即Z^Z2，Ul=u2，則U型管兩端的差值為=尸,-p2=(2)由式2可知，U型管兩端的壓差值主要是由兩截面間的阻力損失造成的。又因為在保持保護氣體流速一定的情況下，管壁造成的阻力損失是恒定的，則能量損失h的變化主要受圖1中的燒結(jié)試樣料柱9透氣性的影響。保護渣測試過程的壓差隨時間變化的關(guān)系典型曲線如圖2所示。定義曲線上壓差的最大的點所對應(yīng)的溫度為相應(yīng)試樣的表觀開始燒結(jié)溫度。實驗研究證明f呆護渣的表觀開始燒結(jié)溫度是保護渣燒結(jié)過程中一個重要的物性參數(shù)(記為Tas)，可以用jt匕參數(shù)來表征保護渣的燒結(jié)性能。用本發(fā)明的方法對成分如表1所示的3個保護渣試樣進行檢測，會會出其壓差一溫度曲線，如圖3所示，并將測得的表觀開始燒結(jié)溫度Tas分別列入表l中。表1連鑄保護渣的化學(xué)成分(%)及表觀燒結(jié)溫度<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>在生產(chǎn)現(xiàn)場，直接觀察保護渣在使用過程中結(jié)團情況及渣圈的厚薄是判斷保護渣燒結(jié)性能優(yōu)劣的重要方式。將上述的3種渣樣分別在如表2所示的鋼種澆鑄中使用。實驗條件為板坯連鑄，鑄坯斷面200X1250隱，240X1400誦，拉速0.7—1.30m/min，澆注溫度1525—1545。C。表2對應(yīng)鋼的化學(xué)成分<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>生產(chǎn)實驗結(jié)果為，表i所示的c-l號渣樣在澆鑄過程無結(jié)團現(xiàn)象，渣圈很薄，鑄坯表面質(zhì)量良好而C-2號渣有少量燒結(jié)團塊，渣圈較發(fā)達C-3號渣樣在使用過程中燒結(jié)情況非常明顯，渣圈發(fā)達，且鑄坯表面有明顯的夾渣和振痕過深的現(xiàn)象。由生產(chǎn)實驗結(jié)果說明當保護渣的表觀開始燒結(jié)溫度較低時，結(jié)晶器內(nèi)燒結(jié)現(xiàn)象越明顯，當保護渣的表觀燒結(jié)溫度較高時，結(jié)品器內(nèi)燒結(jié)現(xiàn)象越少。因而采用本測試方法測試的保護渣的表觀開始燒結(jié)溫度可以準確表征連鑄保護渣在結(jié)晶器內(nèi)燒結(jié)性能的相對強弱。從而本發(fā)明為測試保護渣的表觀開始燒結(jié)溫度提供了簡便、快速的方法。權(quán)利要求1、一種連鑄保護渣燒結(jié)溫度測試方法，其特征在于，具體步驟包括1)取適量待測連鑄保護渣裝入直通的試樣管中，由壓環(huán)從兩端將所述連鑄保護渣固定于試樣管的中部，并形成試樣料柱；壓環(huán)的外圈與試樣管內(nèi)壁緊密接觸，保證試樣料柱與試樣管中部的加熱段重合；2)所述試樣管的兩端分別連接密封套及管路，一端通過三通管連接U型管壓力計的一端并與大氣相通的管路相連，試樣管的另一端通過三通管與裝有惰性氣體的氣瓶接口和U型管壓力計的另一端相連；3)再將惰性氣體通過所述試樣管的試樣料柱，同時對試樣料柱逐漸加熱，并記錄U型管壓力計兩端的壓差；當試樣料柱兩端的壓差小于初始壓差時停止升溫；由于試樣料柱致密度變化使壓差明顯突變時的溫度，即為連鑄保護渣表觀開始燒結(jié)溫度。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的連鑄保護渣燒結(jié)溫度測試方法，其特征在于，所述壓環(huán)為120一140目的網(wǎng)狀鉬絲環(huán)。.3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的連鑄保護渣燒結(jié)溫度測試方法，其特征在于，所述惰性氣體為氮氣或氬氣，其流量控制在0.2—0.5升/分鐘。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的連鑄保護渣燒結(jié)溫度測試方法，其特征在于，所述步驟3)對試樣料柱逐漸加熱的方法為試樣料柱水平置于電阻爐內(nèi)，對試樣料柱部位進行加熱，電阻爐加熱的升溫速度為5-8'C/分鐘；試樣管的外壁處緊貼有熱電偶探頭，熱電偶探頭與電阻爐外的溫度采集器相連。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的連鑄保護渣燒結(jié)溫度測試方法，其特征在于，所述步驟3)記錄U型管壓力計兩端的壓差時，每隔50'C記錄一次U型壓力計的壓差，當壓差變化明顯時，適當縮小檢測的溫度間隔。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的連鑄保護渣燒結(jié)溫度測試方法，其特征在于，所述步驟3)記錄U型管壓力計兩端的壓差后，根據(jù)實測數(shù)據(jù)，做出U型管壓差隨溫度變化的曲線，即可記錄壓差明顯突變時的溫度，即為連鑄保護渣表觀開始燒結(jié)溫度。7、實現(xiàn)權(quán)利要求l所述連鑄保護渣燒結(jié)溫度測試方法的裝置，其特征在于，主要由直通試樣管(7)、電阻爐(17)和U型壓力計(4)組成；電阻爐(17)上設(shè)置用于水平安放直通試樣管(7)的通孔；直通試樣管(7)的一端設(shè)有第一密封橡皮套(6)，第一密封橡皮套(6)通過三通管管路與U形壓力計的一端和大氣(5)相通；直通試樣管(7)的另一端設(shè)有第二密封橡皮套(12)，第二密封橡皮套(12)通過管路與U型壓力計(4)的另一端和惰性氣體瓶輸出端相連；直通試樣管(7)內(nèi)設(shè)有用于對連鑄保護渣進行定位的壓環(huán)；通過U型壓力計(4)兩端水柱高度隨溫度的變化來反映壓差。全文摘要本發(fā)明提供一種連鑄保護渣燒結(jié)溫度測試方法和裝置，包括取適量待測連鑄保護渣裝入直通的試樣管中，由壓環(huán)從兩端將所述連鑄保護渣固定于試樣管的中部，并形成試樣料柱；所述試樣管的兩端分別連接密封套及管路，一端通過三通管連接U型管壓力計的一端并與大氣相通的管路相連，試樣管的另一端通過三通管與裝有惰性氣體的氣瓶接口和U型管壓力計的另一端相連；再將惰性氣體通過所述試樣管的試樣料柱，同時對試樣料柱逐漸加熱，并記錄U型管壓力計兩端的壓差；由于試樣料柱致密度變化使壓差明顯突變時的溫度，即為連鑄保護渣表觀開始燒結(jié)溫度。能快速、準確的測試出保護渣的表觀開始燒結(jié)溫度，并且測試裝置所采用的設(shè)備投入少，成本較低。文檔編號G01K13/00GK101406935SQ20081023307公開日2009年4月15日申請日期2008年11月18日優(yōu)先權(quán)日2008年11月18日發(fā)明者何生平,李玉剛,謙王,魯永劍申請人:重慶大學(xué)