專利名稱：用于測定水冷鑄模換熱系數(shù)的實驗裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于測量裝置設計技術領域，特別涉及一種用于測定水冷鑄模換熱系數(shù)的實驗裝置。
背景技術：
目前，連鑄生產(chǎn)鋼坯已經(jīng)是鋼鐵工業(yè)的主流工藝，但是在特殊鋼，異形坯，超大寬厚板坯等生產(chǎn)領域，采用鑄模生產(chǎn)仍然占主要地位。傳統(tǒng)鑄模的降溫是靠空氣對流自然冷卻，冷卻時間長，鑄模受高溫時間長，致使對傳統(tǒng)鑄模的材質耐熱要求高，并且體積要求大。由于長時間承受高溫，鑄模使用壽命短，成本高。而新式的水冷鑄模，其降溫是采用強制水冷，大大縮短了冷卻時間，鑄模所承受的溫度低，對材質耐熱要求低，體積小，使用壽命長，成本低。但是如果水冷鑄模的冷卻速度過快，則容易使鑄錠凝固過快，產(chǎn)生應力集中，導致 鑄錠裂紋和變形等鑄造缺陷，因此有效的控制鑄錠和鑄模之間的換熱過程是水冷鑄模生產(chǎn)的核心技術。鑄模內部金屬凝固過程的非常復雜，采用直接測定其凝固過程中鑄錠和鑄模之間的換熱系數(shù)比較困難，基于簡易的實驗模型反求鑄錠和鑄模之間的換熱系數(shù)就顯的意義重大。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種在水冷鑄模工藝過程中，能夠通過模擬鑄模冷卻過程、測定定點溫度，并結合測量數(shù)值反推水冷鑄模換熱系數(shù)的實驗裝置，且具有結構簡單、易操作、準確度高的特點。為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種用于測定水冷鑄模換熱系數(shù)的實驗裝置，包括鑄模，鑄錠，冷卻系統(tǒng)，用于對所述冷卻系統(tǒng)、所述鑄模、所述鑄錠三者不同位置的溫度進行實時采集的溫度采集系統(tǒng)，用于對所述鑄錠進行加熱的加熱裝置及用于對所述溫度采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進行分析處理的換熱系數(shù)計算模塊。所述溫度采集系統(tǒng)的輸入端分別與所述冷卻系統(tǒng)、所述鑄模、所述鑄錠連接；所述溫度采集系統(tǒng)的輸出端與所述換熱系數(shù)計算模塊連接；所述加熱裝置與所述鑄錠相接觸。進一步地，所述冷卻系統(tǒng)包括冷卻水管、用于控制所述冷卻系統(tǒng)冷卻強度的控制裝置。所述鑄模設置在所述冷卻水管的中部，且鑄模內腔與所述冷卻水管外壁相接觸；所述控制裝置設置在所述冷卻水管的進水口與所述鑄模之間；所述冷卻水管的進水口通過第一測溫元件與所述溫度采集系統(tǒng)輸入端連接；所述冷卻水管的出水口通過第二測溫元件與所述溫度采集系統(tǒng)輸入端連接；所述鑄模通過第三測溫元件與所述溫度采集系統(tǒng)輸入端連接。進一步地，所述換熱系數(shù)計算模塊包括數(shù)據(jù)接收單元及數(shù)據(jù)處理單元；所述數(shù)據(jù)接收單元，接收所述溫度采集系統(tǒng)實時采集的溫度參數(shù)；所述數(shù)據(jù)處理單元，根據(jù)所述溫度參數(shù)，計算不同冷卻強度下所述鑄模與所述鑄錠的換熱系數(shù)。進一步地，所述用于控制冷卻系統(tǒng)冷卻強度的控制裝置是流量計。
進一步地，所述第一測溫元件、所述第二測溫元件及所述第三測溫元件是熱電偶。進一步地,所述加熱裝置包括耐火磚加熱板；所述耐火磚加熱板與所述鑄錠相接觸。進一步地，本發(fā)明還包括保溫系統(tǒng)；所述冷水系統(tǒng)、所述鑄模、所述鑄錠及所述加熱裝置四者置于所述保溫系統(tǒng)中。進一步地，所述保溫系統(tǒng)包括不銹鋼容器及高溫耐火材料；所述冷水系統(tǒng)、所述鑄模、所述鑄錠及所述加熱裝置三者置于所述不銹鋼容器中，所述高溫耐火材料置于所述不銹鋼容器內壁處用于保溫。進一步地，所述高溫耐火材料是耐火纖維棉。
本發(fā)明提供的一種用于測定水冷鑄模換熱系數(shù)的實驗裝置，通過將溫度采集系統(tǒng)的輸入端分別與冷卻系統(tǒng)、鑄模、鑄錠連接，輸出端與換熱系數(shù)計算模塊連接，將鑄模與鑄錠相互接觸，將鑄錠與加熱裝置相互接觸；同時，在冷卻系統(tǒng)中設置流量計對裝置中冷卻強度加以控制，并采用溫度采集系統(tǒng)對冷卻系統(tǒng)、鑄模及鑄錠不同位置的溫度進行實時采集，依據(jù)穩(wěn)態(tài)傳熱時進入鑄模的熱量與冷卻水帶走的熱量相等，計算不同流速下不同位置的換熱系數(shù)。本發(fā)明不僅能夠物理模擬生產(chǎn)過程中鑄模2和鑄錠3的接觸過程，而且采用遠程數(shù)字化溫度采集系統(tǒng)對鑄錠3和鑄模2不同區(qū)域的溫度進行在線實時、定點采集。同時，本發(fā)明還具有結構簡單，操作方便，且準確度高的特點。


圖I為本發(fā)明實施例提供的一種用于測定水冷鑄模換熱系數(shù)的實驗裝置的工作流程示意圖。圖2為本發(fā)明實施例提供的一種用于測定水冷鑄模換熱系數(shù)的實驗裝置的工作原理示意圖。其中，I-冷卻水管，2-鑄模，3-鑄錠，4-耐火磚加熱板，5-冷卻水管進水口，6_冷卻水管出水口，7-流量計。
具體實施例方式下面結合附圖，對本發(fā)明提供的具體實施方式
作進一步地詳細說明。參見圖1、2，本發(fā)明實施例提供的一種用于測定水冷鑄模換熱系數(shù)的實驗裝置，包括鑄模2,鑄錠3 ;鑄模2與鑄錠3相互接觸。同時，還包括冷卻系統(tǒng)，用于對冷卻系統(tǒng)、鑄模2、鑄錠3三者不同位置的溫度進行實時采集的溫度采集系統(tǒng)，用于對鑄錠3進行加熱的加熱裝置及用于對溫度采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進行分析處理的換熱系數(shù)計算模塊。其中，溫度采集系統(tǒng)的輸入端分別與冷卻系統(tǒng)、鑄模2及鑄錠3三者連接。溫度采集系統(tǒng)的輸出端與換熱系數(shù)計算模塊連接。加熱裝置與鑄錠3相接觸。本實施例中，冷水系統(tǒng)包括冷卻水管I和用于控制冷卻系統(tǒng)冷卻強度的控制裝置。其中，鑄模2設置在冷卻水管I的中部，且鑄模2內腔與冷卻水管I外壁相接觸?？刂蒲b置設置在冷卻水管進水口 5與鑄模2之間。同時，冷卻水管進水口 5通過第一測溫元件與溫度采集系統(tǒng)輸入端連接。冷卻水管出水口 6通過第二測溫元件與溫度采集系統(tǒng)輸入端連接。鑄模2通過第三測溫元件與溫度采集系統(tǒng)輸入端連接。其中，第三測溫元件可對鑄模2上多處不同位置進行測溫操作。本實施例中，換熱系數(shù)計算模塊包括數(shù)據(jù)接收單元及數(shù)據(jù)處理單元。其中數(shù)據(jù)接收單元，用于接收溫度采集系統(tǒng)實時采集的溫度參數(shù)；數(shù)據(jù)處理單元，根據(jù)所述溫度參數(shù)，計算不同冷卻強度下所述鑄模2與所述鑄錠3的換熱系數(shù)。優(yōu)選地，用于控制冷卻系統(tǒng)冷卻強度的控制裝置是流量計。優(yōu)選地，上述第一測溫元件、第二測溫元件及第三測溫元件是熱電偶。同時，本發(fā)明實施例提供的一種用于測定水冷鑄模換熱系數(shù)的實驗裝置還包括保溫系統(tǒng)。其中，保溫系統(tǒng)包括一個不銹鋼容器及高溫耐火材料。本實施例中，加熱裝置、冷卻系統(tǒng)、鑄模2及鑄錠3置于不銹鋼容器內，并且在不銹鋼容器內壁塞進高溫耐火材料已達到保溫的目的。優(yōu)選地，高溫耐火材料是耐火纖維棉。本發(fā)明在實際操作工程中，由溫度采集系統(tǒng)與換熱系數(shù)計算模塊同步連接。首先 通過流量計控制7控制冷水系統(tǒng)的冷卻強度，然后采用耐火磚加熱板4將鑄錠3加熱到一定溫度。同時，利用溫度采集系統(tǒng)、第一測溫元件、第二測溫元件、第三測溫元件對冷卻水管進水口 5、冷卻水管出水口 6及鑄模2內腔不同位置的溫度進行實時采集，在不同冷卻水流速的情況下完成多組試驗。依據(jù)穩(wěn)態(tài)傳熱時進入鑄模2的熱量與冷卻水帶走的熱量相等，計算不同冷卻強度下不同位置的換熱系數(shù)。本發(fā)明提供的一種用于測定水冷鑄模換熱系數(shù)的實驗裝置，包括鑄模2、鑄錠3、冷卻系統(tǒng)、溫度采集系統(tǒng)、加熱裝置及換熱系數(shù)計算模塊。本發(fā)明通過將溫度采集系統(tǒng)的輸入端分別與冷卻系統(tǒng)、鑄模2、鑄錠3連接，輸出端與換熱系數(shù)計算模塊連接，將鑄模2與鑄錠3相互接觸，將鑄錠3與加熱裝置相互接觸；同時，在冷卻系統(tǒng)中設置流量計7對裝置中冷卻強度加以控制，并采用溫度采集系統(tǒng)對冷卻系統(tǒng)、鑄模2及鑄錠3不同位置的溫度進行實時采集，依據(jù)穩(wěn)態(tài)傳熱時進入鑄模的熱量與冷卻水帶走的熱量相等，計算不同冷卻強度下不同位置的換熱系數(shù)。在實際應用中，本發(fā)明采用耐火磚加熱板4對鑄錠3進行加熱，利用鑄模水冷系統(tǒng)進行冷卻，不僅物理模擬生產(chǎn)過程中鑄模2和鑄錠3的接觸過程，將整個加熱裝置和冷卻系統(tǒng)固定在一個不銹鋼容器內，周圍塞進一些高溫耐火面的材料以達到保溫的目的，而且采用遠程數(shù)字化溫度采集系統(tǒng)對鑄錠3和鑄模2不同區(qū)域的溫度進行在線實時、定點采集。同時，本發(fā)明還具有結構簡單，操作方便，且準確度高的特點。最后所應說明的是，以上具體實施方式
僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照實例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種用于測定水冷鑄模換熱系數(shù)的實驗裝置，包括鑄模(2)，鑄錠(3)，所述鑄模(2)與所述鑄錠(3)相互接觸；其特征在于，還包括 冷卻系統(tǒng)，用于對所述冷卻系統(tǒng)、所述鑄模(2)、所述鑄錠(3)三者不同位置的溫度進行實時采集的溫度采集系統(tǒng)，用于對所述鑄錠(3)進行加熱的加熱裝置及用于對所述溫度采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進行分析處理的換熱系數(shù)計算模塊； 所述溫度采集系統(tǒng)的輸入端分別與所述冷卻系統(tǒng)、所述鑄模(2)、所述鑄錠(3)連接； 所述溫度采集系統(tǒng)的輸出端與所述換熱系數(shù)計算模塊連接； 所述加熱裝置與所述鑄錠(3)相接觸。
2.根據(jù)權利要求I所述用于測定水冷鑄模換熱系數(shù)的實驗裝置，其特征在于，所述冷卻系統(tǒng)包括冷卻水管(I)、用于控制所述冷卻系統(tǒng)冷卻強度的控制裝置； 所述鑄模(2)設置在所述冷卻水管(I)的中部，且鑄模(2)內腔與所述冷卻水管(I)外壁相接觸； 所述控制裝置設置在所述冷卻水管(I)的進水口(5)與所述鑄模(2)之間； 所述冷卻水管(I)的進水口(5)通過第一測溫元件與所述溫度采集系統(tǒng)輸入端連接； 所述冷卻水管(I)的出水口(6)通過第二測溫元件與所述溫度采集系統(tǒng)輸入端連接； 所述鑄模(2 )通過第三測溫元件與所述溫度采集系統(tǒng)輸入端連接。
3.根據(jù)權利要求2所述用于測定水冷鑄模換熱系數(shù)的實驗裝置，其特征在于，所述換熱系數(shù)計算模塊包括數(shù)據(jù)接收單元及數(shù)據(jù)處理單元； 所述數(shù)據(jù)接收單元，接收所述溫度采集系統(tǒng)實時采集的溫度參數(shù)； 所述數(shù)據(jù)處理單元，根據(jù)所述溫度參數(shù)，計算不同冷卻強度下所述鑄模(2)與所述鑄錠(3)的換熱系數(shù)。
4.根據(jù)權利要求3所述用于測定水冷鑄模換熱系數(shù)的實驗裝置，其特征在于 所述用于控制冷卻系統(tǒng)冷卻強度的控制裝置是流量計(7)。
5.根據(jù)權利要求4所述用于測定水冷鑄模換熱系數(shù)的實驗裝置，其特征在于 所述第一測溫元件、所述第二測溫元件及所述第三測溫元件是熱電偶。
6.根據(jù)權利要求5所述用于測定水冷鑄模換熱系數(shù)的實驗裝置，其特征在于，所述加熱裝置包括耐火磚加熱板(4);所述耐火磚加熱板(4)與所述鑄錠(3)相接觸。
7.根據(jù)權利要求1-6任一項所述用于測定水冷鑄模換熱系數(shù)的實驗裝置，其特征在于，還包括保溫系統(tǒng)；所述冷水系統(tǒng)、所述鑄模(2)、所述鑄錠(3)及所述加熱裝置四者置于所述保溫系統(tǒng)中。
8.根據(jù)權利要求7所述用于測定水冷鑄模換熱系數(shù)的實驗裝置，其特征在于，所述保溫系統(tǒng)包括不銹鋼容器及高溫耐火材料； 所述冷水系統(tǒng)、所述鑄模(2)、所述鑄錠(3)及所述加熱裝置三者置于所述不銹鋼容器中，所述高溫耐火材料置于所述不銹鋼容器內壁處用于保溫。
9.根據(jù)權利要求7所述用于測定水冷鑄模換熱系數(shù)的實驗裝置，其特征在于所述高溫耐火材料是耐火纖維棉。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于測定水冷鑄模換熱系數(shù)的實驗裝置，包括鑄模、鑄錠、冷卻系統(tǒng)、溫度采集系統(tǒng)、加熱裝置及換熱系數(shù)計算模塊。本發(fā)明通過將溫度采集系統(tǒng)的輸入端分別與冷卻系統(tǒng)、鑄模、鑄錠連接，輸出端與換熱系數(shù)計算模塊連接，將鑄模與鑄錠相互接觸，將鑄錠與加熱裝置相互接觸；同時，在冷卻系統(tǒng)中設置流量計對裝置中冷卻強度加以控制，并采用溫度采集系統(tǒng)對冷卻系統(tǒng)、鑄模及鑄錠不同位置的溫度進行實時采集，依據(jù)穩(wěn)態(tài)傳熱時進入鑄模的熱量與冷卻水帶走的熱量相等，計算不同流速下不同位置的換熱系數(shù)。結構簡單，操作方便，且準確度高。
文檔編號G01N25/18GK102928461SQ201210416968
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月26日 優(yōu)先權日2012年10月26日
發(fā)明者蔡少武, 劉瑞杰, 黃灝, 趙宏杰, 郭繼東, 王建偉, 鐘德水 申請人:中冶南方工程技術有限公司