双辊薄带连铸凝固模拟装置以及方法

摘要

本发明的一种双辊薄带连铸凝固模拟装置，其包括：真空室；熔炼坩埚，其熔炼钢水，并在底部具有通孔和可对通孔进行开闭的底盖；加热元件，其对熔炼坩埚进行加热；温度检测元件，其对熔炼坩埚中的温度进行检测；转动部，其被设置为可绕横轴转动；转动驱动元件，其向转动部提供驱动力；冷却基体，其位于熔炼坩埚的下方处，以可转动的方式而被转动部支承，冷却基体具有可动部和直线驱动元件，可动部具有可与钢水接触的钢水接触平面，并以可沿着钢水接触平面中的与横轴的延伸方向正交的方向直线运动的方式而形成，直线驱动元件向可动部提供驱动力。由此，能够模拟薄带连铸熔池钢水在结晶辊表面的凝固时的运动状态。

权利要求

1.一种双辊薄带连铸凝固模拟装置，包括真空室、用于熔炼实验用钢水的熔炼坩埚、用于对所述熔炼坩埚进行加热的加热元件，其特征在于，所述熔炼坩埚的底部具有通孔和可对所述通孔进行开闭的底盖；所述装置还包括：温度检测元件，其用于对所述熔炼坩埚中的温度进行检测；

转动部，其被设置为可绕横轴转动；

转动驱动元件，其向所述转动部提供驱动力，从而使所述转动部转动；

冷却基体，其位于所述熔炼坩埚的下方处，以可转动的方式而被所述转动部支承，所述熔炼坩埚、所述加热元件、所述温度检测元件、所述转动部以及所述冷却基体均被设置在所述真空室内，所述冷却基体具有可动部和直线驱动元件，所述可动部具有可与所述实验用钢水接触的钢水接触平面，并以可沿着所述钢水接触平面中的与所述横轴的延伸方向正交的方向直线运动的方式而形成，所述直线驱动元件向所述可动部提供驱动力，从而使所述可动部直线运动。

2.如权利要求1所述的双辊薄带连铸凝固模拟装置，其特征在于，

在所述加热元件对所述熔炼坩埚进行加热时，所述通孔被所述底盖封闭，在通过所述温度检测元件所检测到的温度为目标温度时，停止对于所述熔炼坩埚的加热，并打开所述底盖从而使所述实验用钢水从所述通孔流到与水平面呈预定角度的所述冷却基体的所述可动部的所述钢水接触平面上。

3.如权利要求2所述的双辊薄带连铸凝固模拟装置，其特征在于，

在所述实验用钢水从所述通孔流到与水平面呈预定角度的所述冷却基体的所述钢水接触平面上之后，所述直线驱动元件向所述可动部提供驱动力，从而使所述可动部以预定速度做直线运动，同时所述转动驱动元件向所述转动部提供驱动力，从而使所述转动部与所述冷却基体同步以预定角速度做转动运动。

4.如权利要求1所述的双辊薄带连铸凝固模拟装置，其特征在于，

所述熔炼坩埚以可升降的方式而形成，

所述双辊薄带连铸凝固模拟装置还包括升降装置，所述升降装置使所述熔炼坩埚升降。

5.如权利要求1至4中的任意一项所述的双辊薄带连铸凝固模拟装置，其特征在于，所述冷却基体还具有基座部，所述基座部与所述转动部固定连接，并以可使所述可动部直线运动的方式而对所述可动部进行支承。

6.一种双辊薄带连铸凝固模拟方法，使用权利要求1至5中的任意一项所述的双辊薄带连铸凝固模拟装置来实现，其特征在于，依次包括如下步骤：步骤一，在所述通孔被所述底盖封闭的状态下，将炼钢母料放入所述熔炼坩埚内；

步骤二，抽出所述真空室内的气体使其达到目标真空度之后，通入惰性保护气体；

步骤三，通过所述加热元件的加热，从而使所述熔炼坩埚中的实验用钢水上升至目标温度；

步骤四，将所述通孔打开，使所述实验用钢水从所述通孔流到与水平面呈预定角度的所述冷却基体的所述钢水接触平面上；

步骤五，所述直线驱动元件向所述可动部提供驱动力，从而使所述可动部以预定速度做直线运动，同时所述转动驱动元件向所述转动部提供驱动力，从而使所述转动部与所述冷却基体同步以预定角速度做转动运动，直至所述冷却基体的所述可动部的所述钢水接触平面呈水平状态。

说明书

双辊薄带连铸凝固模拟装置以及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种双辊薄带连铸凝固模拟装置以及方法。

背景技术

[0002] 在双辊薄带连铸工艺中，由两个结晶辊和侧封板构成的熔池内的钢水与结晶辊接触后，在极短的时间内快速凝固形成凝固壳，经过双辊的铸轧作用后形成铸带，随后铸带经过在线轧制、强制冷却以及卷取后形成成品卷。在整个工艺中，钢水在结晶辊表面的亚快速凝固过程是整个工艺的核心，直接影响生产稳定性以及铸带产品质量。因此，钢水在结晶辊表面的亚快速凝固过程的研究通过各种模拟实验被不断实施。

[0003] 在文献《Observing and Measuring Solidification Phenomena at High Temperatures》(A.W.Cramb等，JOM，Vol.51(7)，1999)中公开了一种液滴落到基体上的钢液滴亚快速凝固过程的实验装置，通过将钢液滴落在水平放置的铜模基体上，来研究液滴的凝固过程以及与铜模之间的换热状态。

[0004] 该方法没有考虑钢液与铜模基体的接触角度以及铜模基体与钢液相对运动对钢液凝固过程的影响。然而，在实际的双辊薄带连铸凝固过程中，薄带连铸熔池钢水与结晶辊的接触角度变化以及薄带连铸熔池钢水与结晶辊的运动状态是薄带连铸亚快速凝固过程控制的重要参数。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于解决上述问题，提供一种能够模拟薄带连铸熔池钢水与结晶辊的接触角度变化以及薄带连铸熔池钢水在结晶辊表面的凝固时的运动状态的双辊薄带连铸凝固模拟装置以及方法。

[0006] 为了实现上述目的，本发明所涉及的一种双辊薄带连铸凝固模拟装置，包括：真空室；熔炼坩埚，其用于熔炼实验用钢水，并在底部具有通孔和可对所述通孔进行开闭的底盖；加热元件，其用于对所述熔炼坩埚进行加热；温度检测元件，其用于对所述熔炼坩埚中的温度进行检测；转动部，其被设置为可绕横轴转动；转动驱动元件，其向所述转动部提供驱动力，从而使所述转动部转动；冷却基体，其位于所述熔炼坩埚的下方处，以可转动的方式而被所述转动部支承，所述熔炼坩埚、所述加热元件、所述温度检测元件、所述转动部以及所述冷却基体均被设置在所述真空室内，所述冷却基体具有可动部和直线驱动元件，所述可动部具有可与所述实验用钢水接触的钢水接触平面，并以可沿着所述钢水接触平面中的与所述横轴的延伸方向正交的方向直线运动的方式而形成，所述直线驱动元件向所述可动部提供驱动力，从而使所述可动部直线运动。

[0007] 此外，在本发明所涉及的一种双辊薄带连铸凝固模拟装置中，在所述加热元件对所述熔炼坩埚进行加热时，所述通孔被所述底盖封闭，在通过所述温度检测元件所检测到的温度为目标温度时，停止对于所述熔炼坩埚的加热，并打开所述底盖从而使所述实验用钢水从所述通孔流到与水平面呈预定角度的所述冷却基体的所述可动部的所述钢水接触平面上。

[0008] 此外，在本发明所涉及的一种双辊薄带连铸凝固模拟装置中，在所述实验用钢水从所述通孔流到与水平面呈预定角度的所述冷却基体的所述钢水接触平面上之后，所述直线驱动元件向所述可动部提供驱动力，从而使所述可动部以预定线速度做直线运动，同时所述转动驱动元件向所述转动部提供驱动力，从而使所述转动部与所述冷却基体同步以预定角速度做转动运动。

[0009] 此外，在本发明所涉及的一种双辊薄带连铸凝固模拟装置中，所述熔炼坩埚以可升降的方式而形成，所述双辊薄带连铸凝固模拟装置还包括升降装置，所述升降装置使所述熔炼坩埚升降。

[0010] 此外，在本发明所涉及的一种双辊薄带连铸凝固模拟装置中，所述冷却基体还具有基座部，所述基座部与所述转动部固定连接，并以可使所述可动部直线运动的方式而对所述可动部进行支承。

[0011] 另外，本发明所涉及的一种双辊薄带连铸凝固模拟方法，使用上述双辊薄带连铸凝固模拟装置来实现，其特征在于，依次包括如下步骤：步骤一，在所述通孔被所述底盖封闭的状态下，将炼钢母料放入所述熔炼坩埚内；步骤二，抽出所述真空室内的气体使其达到目标真空度之后，通入惰性保护气体；步骤三，通过所述加热元件的加热，从而使所述熔炼坩埚中的实验用钢水上升至目标温度；步骤四，将所述通孔打开，使所述实验用钢水从所述通孔流到与水平面呈预定角度的所述冷却基体的所述钢水接触平面上；步骤五，所述直线驱动元件向所述可动部提供驱动力，从而使所述可动部以预定速度做直线运动，同时所述转动驱动元件向所述转动部提供驱动力，从而使所述转动部与所述冷却基体同步以预定角速度做转动运动，直至所述冷却基体的所述可动部的所述钢水接触平面呈水平状态。

[0012] 根据本发明所涉及的双辊薄带连铸凝固模拟装置以及方法，能够模拟薄带连铸熔池钢水与结晶辊的接触角度变化以及薄带连铸熔池钢水在结晶辊表面的凝固时的运动状态。

附图说明

[0013] 图1为本发明的实施方式所涉及的双辊薄带连铸凝固模拟装置的结构示意图。

具体实施方式

[0014] 以下，对本发明的实施方式所涉及的双辊薄带连铸凝固模拟装置以及方法进行详细说明。

[0015] 双辊薄带连铸凝固模拟装置

[0016] 以下，参照附图对本发明的实施方式所涉及的双辊薄带连铸凝固模拟装置以进行详细说明。

[0017] 如图1所示，本发明的实施方式所涉及的双辊薄带连铸凝固模拟装置100包括真空室1、熔炼坩埚2、加热元件3、温度检测元件4、转动部5、转动驱动元件(未图示)以及冷却基体6。其中，熔炼坩埚2、加热元件3、温度检测元件4、转动部5以及冷却基体6均设置在真空室1内。

[0018] 真空室1的顶面具有开口(未图示)和盖体(未图示)。可经由该开口而向熔炼坩埚2填装炼钢母料。盖体可覆盖该开口，从而使真空室1内变为密封空间。此外，真空室1与抽吸装置7连通，通过抽吸装置7的抽吸，从而能够使真空室1内达到目标真空度。另外，真空室1与惰性保护气体供给部8连通，惰性保护气体供给部8可向真空室1供给惰性保护气体。

[0019] 熔炼坩埚2用于将炼钢母料熔炼为实验用钢水，并在顶部具有开口部，在底部具有通孔和可对通孔进行开闭的底盖。开口部用于填装炼钢母料。底盖以水平滑动的方式而对通孔进行开闭，也可以转动的方式而对通孔进行开闭。此外，熔炼坩埚2可以固定设置在真空室1内，也可以以可升降的方式而设置在真空室1内。在熔炼坩埚2以可升降的方式而设置在真空室1内的情况下，本发明的实施方式所涉及的双辊薄带连铸凝固模拟装置100还包括升降装置，该升降装置使熔炼坩埚2升降。

[0020] 加热元件3固定设置于熔炼坩埚2的外侧，用于对熔炼坩埚2进行加热。在本实施方式中，加热元件3由多个热感应线圈来实现。此外，加热元件3也可以由多个硅碳棒等来实现。通过加热元件3的加热，从而使熔炼坩埚2内的炼钢母料熔炼为实验用钢水。

[0021] 温度检测元件4用于对熔炼坩埚2中的温度进行检测。在本实施方式中，温度检测元件4优选为由设置于熔炼坩埚2内的热电偶来实现。此外，温度检测元件4也可以由红外测温仪等来实现。

[0022] 转动部5位于熔炼坩埚2的下方，被设置为可绕横轴转动。其中，横轴为被固定于真空室1中的固定横轴。此外，本发明的实施方式所涉及的双辊薄带连铸凝固模拟装置100还包括转动驱动元件(未图示)。转动驱动元件向转动部5提供驱动力，从而使转动部5自由转动。此外，在本实施方式中，转动驱动元件由电机等来实现。

[0023] 冷却基体6也位于熔炼坩埚2的下方，以可转动的方式而被转动部5支承。即，冷却基体6与转动部5可同步转动。此外，冷却基体6具有可动部61、基座部62以及直线驱动元件63。可动部61具有可与实验用钢水接触的钢水接触平面64，并以可沿着钢水接触平面64中的与横轴的延伸方向正交的方向直线运动的方式而形成。在钢水接触平面64中正对钢水下落的位置设置有温度传感器(未图示)，该温度传感器用于对来自通孔的实验用钢水流到钢水接触平面64上的传热情况进行检测。基座部62与转动部5固定连接，并以可使可动部61直线运动的方式而对可动部61进行支承。直线驱动元件63向可动部61提供驱动力，从而使可动部61直线运动。在本实施方式中，直线驱动元件63由液压缸来实现，并被固定设置于基座部62的一端(图1的左端)。此外，直线驱动元件63也可以由电机或气缸等来实现。

[0024] 在加热元件3对填装有炼钢母料的熔炼坩埚2进行加热时，通孔被底盖封闭，在通过温度检测元件4所检测到的温度为目标温度(即，实验用钢水的温度到达目标温度)时，停止对于熔炼坩埚2的加热，并打开底盖从而使实验用钢水从通孔流到与水平面呈预定角度的冷却基体6的可动部61的钢水接触平面64上。其中，预定角度可以根据模拟实验的实际需要而变更。

[0025] 在熔炼坩埚2以可升降的方式而设置在真空室1内的情况下，通过升降装置从而使熔炼坩埚2相对于冷却基体6的可动部61的钢水接触平面64升降，以调整熔炼坩埚2与钢水接触平面64之间的距离。由此，能够控制熔炼坩埚2中的钢水下落后与水平面呈预定角度的冷却基体6的钢水接触平面64接触时的速度，该速度用于模拟薄带连铸凝固过程中钢水被布流到结晶辊弯月面位置时的速度。

[0026] 在通过温度传感器从而检测到实验用钢水从通孔流到与水平面呈预定角度的冷却基体6的钢水接触平面64上的情况下，直线驱动元件63向可动部61提供驱动力，从而使可动部61以预定速度做直线运动，该预定速度用于模拟薄带连铸凝固过程中结晶辊转动的线速度。与此同时，转动驱动元件向转动部5提供驱动力，从而使转动部5与冷却基体6同步以预定角速度做转动运动，该预定角速度用于模拟薄带连铸凝固过程中结晶辊转动的角速度。其中，预定线速度和预定角速度可以根据模拟实验的实际需要而变更。由此，能够实现实验用钢水在冷却基体6上同步直线运动以及转动。

[0027] 双辊薄带连铸凝固模拟方法

[0028] 以下，对本发明的实施方式所涉及的双辊薄带连铸凝固模拟方法进行详细说明。

[0029] 本发明的实施方式所涉及的双辊薄带连铸凝固模拟方法，使用本发明的实施方式所涉及的双辊薄带连铸凝固模拟装置100来实现，依次包括如下步骤：步骤一，在通孔被底盖封闭的状态下，将炼钢母料放入熔炼坩埚2内；步骤二，通过抽吸装置7的抽吸，从而抽出真空室1内的气体使其达到目标真空度之后，通过惰性保护气体供给部8的供给，从而向真空室1通入惰性保护气体；步骤三，通过加热元件3的加热，从而使熔炼坩埚2中的实验用钢水上升至目标温度；步骤四，将通孔打开，使实验用钢水从通孔流到与水平面呈预定角度的冷却基体6的钢水接触平面64上；步骤五，直线驱动元件63向可动部61提供驱动力，从而使可动部61以预定线速度做直线运动，同时转动驱动元件向转动部5提供驱动力，从而使转动部5与所述冷却基体6同步以预定角速度做转动运动，直至冷却基体6的可动部61的钢水接触平面64呈水平状态。

[0030] 综上所述，根据本发明的实施方式所涉及的双辊薄带连铸凝固模拟装置100以及双辊薄带连铸凝固模拟方法，能够模拟研究薄带连铸熔池钢水及与结晶辊的接触状态变化等因素对凝固过程的影响，同时，还可以模拟研究结晶辊表面状态对凝固过程及传热行为的影响，为合理设定薄带连铸生产工艺参数提供指导。