專利名稱：連鑄二冷噴嘴熱態性能測試系統的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于煉鋼連鑄生產仿真技術領域，具體涉及一種連鑄二冷噴嘴熱態性能測試系統，用于準確的測定連鑄二冷過程的噴嘴熱態性能。
背景技術：
連鑄過程實際是一個凝固傳熱的過程，作為連鑄坯凝固的關鍵環節，在連鑄坯傳熱，結晶器傳熱和二冷區傳熱等方面都展開了許多細致深入的工作。定量研究不同工藝條件下的凝固過程，以及多方面考察各種因素對連鑄過程的影響，在優化連鑄工藝、提高鑄坯質量和連鑄機的設計方面也得到了較好的應用。在連鑄坯的冷卻凝固過程中，二冷區的冷卻凝固是鑄坯凝固的中心環節，在鑄機設備和操作工藝一定的情況下，二次冷卻對鑄坯質量起決定作用。連鑄坯內部裂紋、表面裂紋、鼓肚、菱變(脫方)、中心偏析等缺陷的形成與二次冷卻有緊密的聯系。在連鑄二冷區內，通過噴嘴冷卻，加速鑄坯的凝固，可以控制鑄坯表面溫度分布， 防止出坯產生質量缺陷。因此，連鑄二冷噴嘴冷卻特性的優劣，與連鑄生產效率、鑄坯質量密切相關。在二冷區內各種傳熱方式中，通過噴嘴噴淋水與鑄坯表面的傳熱是主要的，亦是可控的。準確測定噴嘴噴水冷卻傳熱系數對合理制定二次冷卻區噴水策略非常重要，對連鑄生產和鑄坯質量有著重要意義。目前國內的噴嘴熱態性能測試主要是將鋼樣加熱到一定溫度后，使用單個噴嘴將冷卻水噴射到鋼樣的表面，記錄鋼樣溫度變化。由于是對單噴嘴進行測試，而且試樣尺寸小，無法真實有效模擬連鑄過程中的傳熱情況，測試結果準確性差，不能對連鑄二次冷卻制度的制定提供有效參考。
發明內容本實用新型要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提出一種連鑄二冷噴嘴熱態性能測試系統，用于準確的測定連鑄二冷噴嘴熱態性能，指導連鑄實際生產。為解決上述技術問題，本實用新型的技術方案為一種連鑄二冷噴嘴熱態性能測試系統，其特征是至少包括金屬試樣加熱裝置、實驗臺架和相應的信號采集分析系統；所述的加熱裝置為長方體工作臺，上端面為能夠將置于其上的金屬試樣加熱到指定溫度且溫度分布均勻，保證傳熱為一維方向的加熱臺面；所述的實驗臺架底部為長方體工作臺，長方體工作臺上設置噴嘴支架，噴嘴固定在噴嘴支架上，并能通過噴嘴支架上的噴嘴移動機構進行移動；噴嘴懸空位于金屬試樣上方，并垂直于實驗臺架工作臺的上端面設置；所述的信號采集分析單元至少包含溫度傳感器、數據采集單元、數據分析單元，所述的溫度傳感器置入金屬試樣內，并通過導線順次連接到數據采集單元和數據分析單元。所述的實驗臺架中，底部長方體工作臺上端面的一個長邊內側設置與上端面垂直的噴嘴支架，噴嘴支架上分別設置噴嘴橫向移動機構和噴嘴縱向移動機構，噴嘴通過噴嘴夾持裝置固定在噴嘴支架的架體上，并能通過噴嘴橫向移動機構和噴嘴縱向移動機構進行高度和水平方向位置調整。所述的噴嘴支架上設置多個噴嘴，噴嘴的個數根據實驗要求確定。所述的噴嘴支架上還設置噴嘴間距調節裝置。所述的溫度傳感器采用多副熱電偶，所述熱電偶分別置入金屬試樣內的多個測試點中；多副熱電偶分別通過導線連接到數據采集單元；所述熱電偶能通過轉換和信號放大把冷卻過程中的溫度-時間變化數據實時采集記錄下來進行傳輸，還可對記錄數據分析和修正。所述的溫度傳感器分別置入金屬試樣的測試點中，多個溫度傳感器在金屬試樣的一個側面按多排均布。所述實驗臺架底部長方體工作臺與加熱裝置的長方體工作臺等高并同寬。所述的數據采集單元和數據分析單元均主要由能夠設定采集時間，輸出每個測試點的溫度，計算傳熱系數及傳熱系數歲時間變化曲線，回歸傳熱系數與水流密度、金屬試樣表面溫度、冷卻水溫度之間的函數關系，并進行顯示的計算機構成。所述的數據采集單元和數據分析單元在windowsXP平臺上用C#進行開發。使用時，通過加熱裝置將金屬試樣加熱到指定溫度；然后放置到實驗臺架上，噴嘴開始對金屬試樣進行噴水冷卻；噴水冷卻的同時信號采集分析系統用溫度傳感器測定金屬試樣內的溫度，并將噴水冷卻過程中溫度-時間變化數據采集記錄下來，然后計算傳熱系數并進行顯示。具體的使用步驟為步驟一、將金屬試樣放置到加熱裝置上加熱到指定溫度，使溫度分布均勻，并保證傳熱為一維方向；步驟二、之后，將金屬試樣放置到實驗臺架上，通過噴嘴移動機構和/或噴嘴間距調節裝置調節噴嘴高度、水平方向位置及間距，使噴射區域正好對準下方的金屬試樣；隨后開始對試樣進行噴水冷卻；在噴水冷卻的同時，信號采集分析系統的溫度傳感器同步測定金屬試樣各設定測試點的溫度數據；步驟三、信號采集分析系統的數據采集單元根據設定時間，直接向溫度傳感器采樣，把冷卻過程中的溫度-時間變化數據實時輸入數據分析單元的計算機內以便計算處理；當金屬試樣冷卻到設定溫度后，停止采樣；數據分析單元將數據篩選統計分析，計算傳熱系數并適當修正，并結合數據分析單元內存儲的噴嘴冷態性能參數，回歸出傳熱系數與各個變量之間的函數關系并直接顯示。所用的金屬試樣的尺寸根據噴嘴的噴射區域要求加工。本實用新型的優點1、可模擬連鑄實際冷卻過程，可進行單噴嘴，也可進行多個噴嘴的熱態性能測試， 噴嘴個數根據實驗要求確定；噴嘴高度可調，多噴嘴時候，進行多個噴嘴的熱態性能測試時噴嘴間距可調，測試結果更加真實準確。2、金屬試樣尺寸根據噴嘴噴射區域要求加工，保證了一維傳熱條件。3、采用多副熱電偶來測量冷卻過程中金屬試樣的溫度變化數據，實時傳輸到計算機，并可對記錄數據分析和修正，測試結果更加精確。[0027]4、將采集的數據通過計算機計算出的傳熱系數，結合噴嘴冷態性能參數，可回歸出傳熱系數與各個變量之間的函數關系，指導連鑄現場生產。
圖1為本實用新型一個實施例的連鑄二冷噴嘴熱態性能測試系統結構示意圖；圖2為本實用新型一個實施例的實驗臺架結構示意圖；圖3為本實用新型一個實施例的信號采集分析系統示意圖；圖中加熱裝置1，金屬試樣2，噴嘴支架3，噴嘴橫向移動機構4，噴嘴5，噴嘴間距調節裝置6，噴嘴夾持裝置7，噴嘴縱向移動機構8，實驗臺架9，溫度傳感器10，數據采集單元11，數據分析單元12。
具體實施方式
以下結合實施例對本實用新型作進一步說明，但不限定本實用新型。本連鑄二冷噴嘴熱態性能測試系統，包括金屬試樣加熱裝置1、實驗臺架9和相應的信號采集分析系統。加熱裝置1為長方體工作臺，上端面為加熱臺面，能夠將置于加熱臺面上的平板式金屬試樣2加熱到指定溫度且溫度分布均勻，保證傳熱為一維方向傳熱。優選的，所用的金屬試樣2的尺寸根據噴嘴5的噴射區域要求加工以保證一維傳熱條件。加熱裝置1將金屬試樣2加熱后，將金屬試樣2放置到實驗臺架9上。實驗臺架9底部為長方體工作臺，優選此長方體工作臺與加熱裝置1的長方體工作臺等高并同寬，以便金屬試樣2的轉移移動。長方體工作臺上端面的一個長邊內側設置與上端面垂直的噴嘴支架3，噴嘴支架上分別設置噴嘴橫向移動機構4和噴嘴縱向移動機構8，噴嘴5通過噴嘴夾持裝置7固定在噴嘴支架3的架體上，并能通過噴嘴橫向移動機構 4和噴嘴縱向移動機構8進行橫向或縱向移動。噴嘴5的個數根據實驗要求確定，通過噴嘴橫向移動機構4和噴嘴縱向移動機構8，使噴嘴5正好位于金屬試樣2上方，并垂直于工作臺上平面。優選的，在噴嘴支架3上設置噴嘴間距調節裝置6，可根據現場實際調節噴嘴 5之間的間距。在模擬連鑄實際冷卻過程中，可進行單噴嘴，也可進行多個噴嘴的熱態性能測試；噴嘴高度可調；進行多個噴嘴的熱態性能測試時噴嘴間距可調，測試結果更加真實準確。將金屬試樣2放置到實驗臺架9上后，噴嘴5開始對金屬試樣2進行噴水冷卻；信號采集分析系統的溫度傳感器10同步測定金屬試樣2各設定點的溫度數據。信號采集分析系統主要包含溫度傳感器10、數據采集單元11、數據分析單元12。溫度傳感器10采用多副熱電偶構成，并將熱電偶分別置入金屬試樣2內的多個測試點，測試點優選在金屬試樣2的一個側面內均布，如圖3所示；多副熱電偶分別通過導線連接到數據采集單元11，通過轉換和信號放大把冷卻過程中的溫度-時間變化數據實時采集記錄下來并進行傳輸，直到溫度達到設定值，并還可對記錄數據分析和修正，測試結果更加精確；數據采集單元11根據設定時間，直接向溫度傳感器10采樣，把冷卻過程中的溫度-時間變化數據實時輸入數據分析單元12的計算機內，以便計算處理，避免人工讀數而產生的誤差。當金屬試樣2冷卻到設定溫度后，停止采樣，數據分析單元12將數據篩選統計分析，計算傳熱系數并適當修正，并結合數據分析單元12內存儲的噴嘴冷態性能參數， 回歸出傳熱系數與各個變量之間的函數關系并直接顯示。數據采集單元11和數據分析單元12均在windowsXP平臺上用C#進行開發，可設定采集時間，輸出每個測試點的溫度，計算傳熱系數及傳熱系數歲時間變化曲線，回歸傳熱系數與水流密度、金屬試樣表面溫度，冷卻水溫度之間的函數關系。由此，本測試系統可完全模擬現場實際生產，測試結果準確性高，對指導現場二冷制度具有極其重要意義。以上所揭露的僅為本實用新型的較佳實施例而已，當然不能以此來限定本實用新型之權利范圍，因此依本實用新型申請專利范圍所作的等效變化，如對工藝參數或裝置做出的變動和改良仍屬本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種連鑄二冷噴嘴熱態性能測試系統，其特征是至少包括金屬試樣加熱裝置、實驗臺架和相應的信號采集分析系統；所述的加熱裝置為長方體工作臺，上端面為能夠將置于其上的金屬試樣加熱到指定溫度且溫度分布均勻，保證傳熱為一維方向的加熱臺面；所述的實驗臺架底部為長方體工作臺，長方體工作臺上設置噴嘴支架，噴嘴固定在噴嘴支架上，并能通過噴嘴支架上的噴嘴移動機構進行移動；噴嘴懸空位于金屬試樣上方，并垂直于實驗臺架工作臺的上端面設置；所述的信號采集分析單元至少包含溫度傳感器、數據采集單元、數據分析單元，所述的溫度傳感器置入金屬試樣內，并通過導線順次連接到數據采集單元和數據分析單元。
2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于所述的實驗臺架中，底部長方體工作臺上端面的一個長邊內側設置與上端面垂直的噴嘴支架，噴嘴支架上分別設置噴嘴橫向移動機構和噴嘴縱向移動機構，噴嘴通過噴嘴夾持裝置固定在噴嘴支架的架體上，并能通過噴嘴橫向移動機構和噴嘴縱向移動機構進行高度和水平方向位置調整。
3.根據權利要求1或2所述的系統，其特征在于所述的噴嘴支架上設置多個噴嘴，噴嘴的個數根據實驗要求確定。
4.根據權利要求3所述的系統，其特征在于所述的噴嘴支架上還設置噴嘴間距調節直ο
5.根據權利要求1或2或4所述的系統，其特征在于所述的溫度傳感器采用多副熱電偶，所述熱電偶分別置入金屬試樣內的多個測試點中；多副熱電偶分別通過導線連接到數據采集單元。
6.根據權利要求5所述的系統，其特征在于所述的溫度傳感器分別置入金屬試樣的測試點中，多個溫度傳感器在金屬試樣的一個側面按多排均布。
7.根據權利要求6所述的系統，其特征在于所述實驗臺架底部長方體工作臺與加熱裝置的長方體工作臺等高并同寬。
8.根據權利要求7所述的系統，其特征在于所述的數據采集單元和數據分析單元均主要由能夠設定采集時間，輸出每個測試點的溫度，計算傳熱系數及傳熱系數歲時間變化曲線，回歸傳熱系數與水流密度、金屬試樣表面溫度、冷卻水溫度之間的函數關系，并進行顯示的計算機構成。
專利摘要本實用新型涉及一種連鑄二冷噴嘴熱態性能測試系統，至少包括金屬試樣加熱裝置、實驗臺架和信號采集分析系統；加熱裝置將金屬試樣加熱到指定溫度；實驗臺架上設置噴嘴支架，噴嘴固定在噴嘴支架上；噴嘴懸空位于金屬試樣上方；溫度傳感器置入金屬試樣內。本實用新型可進行單噴嘴和多噴嘴熱態性能測試，噴嘴個數和高度、水平位置及間距可調；金屬試樣尺寸根據噴嘴噴射區域要求加工，保證了一維傳熱條件；采用多副熱電偶來測量溫度變化數據，實時傳輸到計算機，并可對記錄數據分析和修正；將采集的數據通過計算機計算出的傳熱系數，結合噴嘴冷態性能參數，可回歸出傳熱系數與各個變量之間的函數關系，指導連鑄現場生產。
文檔編號G01M13/00GK202305189SQ20112037989
公開日2012年7月4日 申請日期2011年9月28日 優先權日2011年9月28日
發明者葉理德, 幸偉, 徐永斌, 徐海倫, 鄧維, 邵遠敬, 馬春武 申請人:中冶南方工程技術有限公司