专利名称：连铸二冷喷嘴热态性能测试系统的制作方法
技术领域：
本发明属于炼钢连铸生产仿真技术领域，具体涉及一种连铸二冷喷嘴热态性能测试系统，用于准确的测定连铸二冷过程的喷嘴热态性能。
背景技术：
连铸过程实际是一个凝固传热的过程，作为连铸坯凝固的关键环节，在连铸坯传热，结晶器传热和二冷区传热等方面都展开了许多细致深入的工作。定量研究不同工艺条件下的凝固过程，以及多方面考察各种因素对连铸过程的影响，在优化连铸工艺、提高铸坯质量和连铸机的设计方面也得到了较好的应用。在连铸坯的冷却凝固过程中，二冷区的冷却凝固是铸坯凝固的中心环节，在铸机设备和操作工艺一定的情况下，二次冷却对铸坯质量起决定作用。连铸坯内部裂纹、表面裂纹、鼓肚、菱变(脱方)、中心偏析等缺陷的形成与二次冷却有紧密的联系。在连铸二冷区内，通过喷嘴冷却，加速铸坯的凝固，可以控制铸坯表面温度分布， 防止出坯产生质量缺陷。因此，连铸二冷喷嘴冷却特性的优劣，与连铸生产效率、铸坯质量密切相关。在二冷区内各种传热方式中，通过喷嘴喷淋水与铸坯表面的传热是主要的，亦是可控的。准确测定喷嘴喷水冷却传热系数对合理制定二次冷却区喷水策略非常重要，对连铸生产和铸坯质量有着重要意义。目前国内的喷嘴热态性能测试主要是将钢样加热到一定温度后，使用单个喷嘴将冷却水喷射到钢样的表面，记录钢样温度变化。由于是对单喷嘴进行测试，而且试样尺寸小，无法真实有效模拟连铸过程中的传热情况，测试结果准确性差，不能对连铸二次冷却制度的制定提供有效参考。

发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提出一种连铸二冷喷嘴热态性能测试系统，用于准确的测定连铸二冷喷嘴热态性能，指导连铸实际生产。为解决上述技术问题，本发明的技术方案为一种连铸二冷喷嘴热态性能测试系统，其特征是至少包括金属试样加热装置、实验台架和相应的信号采集分析系统；所述的加热装置为长方体工作台，上端面为能够将置于其上的金属试样加热到指定温度且温度分布均勻，保证传热为一维方向的加热台面；所述的实验台架底部为长方体工作台，长方体工作台上设置喷嘴支架，喷嘴固定在喷嘴支架上，并能通过喷嘴支架上的喷嘴移动机构进行移动；喷嘴悬空位于金属试样上方，并垂直于实验台架工作台的上端面设置；所述的信号采集分析单元至少包含温度传感器、数据采集单元、数据分析单元，所述的温度传感器置入金属试样内，并通过导线顺次连接到数据采集单元和数据分析单元。所述的实验台架中，底部长方体工作台上端面的一个长边内侧设置与上端面垂直的喷嘴支架，喷嘴支架上分别设置喷嘴横向移动机构和喷嘴纵向移动机构，喷嘴通过喷嘴
4夹持装置固定在喷嘴支架的架体上，并能通过喷嘴横向移动机构和喷嘴纵向移动机构进行高度和水平方向位置调整。所述的喷嘴支架上设置多个喷嘴，喷嘴的个数根据实验要求确定。所述的喷嘴支架上还设置喷嘴间距调节装置。所述的温度传感器采用多副热电偶，所述热电偶分别置入金属试样内的多个测试点中；多副热电偶分别通过导线连接到数据采集单元；所述热电偶能通过转换和信号放大把冷却过程中的温度-时间变化数据实时采集记录下来进行传输，还可对记录数据分析和修正。所述的温度传感器分别置入金属试样的测试点中，多个温度传感器在金属试样的一个侧面按多排均布。所述实验台架底部长方体工作台与加热装置的长方体工作台等高并同宽。所述的数据采集单元和数据分析单元均主要由计算机构成，能够设定采集时间， 输出每个测试点的温度及温度，计算传热系数及传热系数岁时间变化曲线，回归传热系数与水流密度、金属试样表面温度，冷却水温度之间的函数关系，并进行显示。所述的数据采集单元和数据分析单元在windowsXP平台上用C#进行开发。使用时，通过加热装置将金属试样加热到指定温度；然后放置到实验台架上，喷嘴开始对金属试样进行喷水冷却；喷水冷却的同时信号采集分析系统用温度传感器测定金属试样内的温度，并将喷水冷却过程中温度-时间变化数据采集记录下来，然后计算传热系数并进行显示。具体的使用步骤为步骤一、将金属试样放置到加热装置上加热到指定温度，使温度分布均勻，并保证传热为一维方向；步骤二、之后，将金属试样放置到实验台架上，通过喷嘴移动机构和/或喷嘴间距调节装置调节喷嘴高度、水平方向位置及间距，使喷射区域正好对准下方的金属试样；随后开始对试样进行喷水冷却；在喷水冷却的同时，信号采集分析系统的温度传感器同步测定金属试样各设定测试点的温度数据；步骤三、信号采集分析系统的数据采集单元根据设定时间，直接向温度传感器采样，把冷却过程中的温度-时间变化数据实时输入数据分析单元的计算机内以便计算处理；当金属试样冷却到设定温度后，停止采样；数据分析单元将数据筛选统计分析，计算传热系数并适当修正，并结合数据分析单元内存储的喷嘴冷态性能参数，回归出传热系数与各个变量之间的函数关系并直接显示。所用的金属试样的尺寸根据喷嘴的喷射区域要求加工。本发明的优点1、可模拟连铸实际冷却过程，可进行单喷嘴，也可进行多个喷嘴的热态性能测试， 喷嘴个数根据实验要求确定；喷嘴高度可调，多喷嘴时候，进行多个喷嘴的热态性能测试时喷嘴间距可调，测试结果更加真实准确。2、金属试样尺寸根据喷嘴喷射区域要求加工，保证了一维传热条件。3、采用多副热电偶来测量冷却过程中金属试样的温度变化数据，实时传输到计算机，并可对记录数据分析和修正，测试结果更加精确。
4、将采集的数据通过计算机计算出的传热系数，结合喷嘴冷态性能参数，可回归出传热系数与各个变量之间的函数关系，指导连铸现场生产。


图1为本发明一个实施例的连铸二冷喷嘴热态性能测试系统结构示意图；图2为本发明一个实施例的实验台架结构示意图；图3为本发明一个实施例的信号采集分析系统示意图；图中加热装置1，金属试样2，喷嘴支架3，喷嘴横向移动机构4，喷嘴5，喷嘴间距调节装置6，喷嘴夹持装置7，喷嘴纵向移动机构8，实验台架9，温度传感器10，数据采集单元11，数据分析单元12。
具体实施例方式以下结合实施例对本发明作进一步说明，但不限定本发明。本连铸二冷喷嘴热态性能测试系统，包括金属试样加热装置1、实验台架9和相应的信号采集分析系统。加热装置1为长方体工作台，上端面为加热台面，能够将置于加热台面上的平板式金属试样2加热到指定温度且温度分布均勻，保证传热为一维方向传热。优选的，所用的金属试样2的尺寸根据喷嘴5的喷射区域要求加工以保证一维传热条件。加热装置1将金属试样2加热后，将金属试样2放置到实验台架9上。实验台架9底部为长方体工作台，优选此长方体工作台与加热装置1的长方体工作台等高并同宽，以便金属试样2的转移移动。长方体工作台上端面的一个长边内侧设置与上端面垂直的喷嘴支架3，喷嘴支架上分别设置喷嘴横向移动机构4和喷嘴纵向移动机构8，喷嘴5通过喷嘴夹持装置7固定在喷嘴支架3的架体上，并能通过喷嘴横向移动机构 4和喷嘴纵向移动机构8进行横向或纵向移动。喷嘴5的个数根据实验要求确定，通过喷嘴横向移动机构4和喷嘴纵向移动机构8，使喷嘴5正好位于金属试样2上方，并垂直于工作台上平面。优选的，在喷嘴支架3上设置喷嘴间距调节装置6，可根据现场实际调节喷嘴 5之间的间距。在模拟连铸实际冷却过程中，可进行单喷嘴，也可进行多个喷嘴的热态性能测试；喷嘴高度可调；进行多个喷嘴的热态性能测试时喷嘴间距可调，测试结果更加真实准确。将金属试样2放置到实验台架9上后，喷嘴5开始对金属试样2进行喷水冷却；信号采集分析系统的温度传感器10同步测定金属试样2各设定点的温度数据。信号采集分析系统主要包含温度传感器10、数据采集单元11、数据分析单元12。温度传感器10采用多副热电偶构成，并将热电偶分别置入金属试样2内的多个测试点，测试点优选在金属试样2的一个侧面内均布，如图3所示；多副热电偶分别通过导线连接到数据采集单元11，通过转换和信号放大把冷却过程中的温度-时间变化数据实时采集记录下来并进行传输，直到温度达到设定值，并还可对记录数据分析和修正，测试结果更加精确；数据采集单元11根据设定时间，直接向温度传感器10采样，把冷却过程中的温度-时间变化数据实时输入数据分析单元12的计算机内，以便计算处理，避免人工读数而产生的误差。当金属试样2冷却到设定温度后，停止采样，数据分析单元12将数据筛选统计分析，计算传热系数并适当修正，并结合数据分析单元12内存储的喷嘴冷态性能参数， 回归出传热系数与各个变量之间的函数关系并直接显示。数据采集单元11和数据分析单元12均在windowsXP平台上用C#进行开发，可设定采集时间，输出每个测试点的温度及温度，计算传热系数及传热系数岁时间变化曲线，回归传热系数与水流密度、金属试样表面温度，冷却水温度之间的函数关系。由此，本测试系统可完全模拟现场实际生产，测试结果准确性高，对指导现场二冷制度具有极其重要意义。以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，如对工艺参数或装置做出的变动和改良仍属本发明的保护范围。
权利要求
1.一种连铸二冷喷嘴热态性能测试系统，其特征是至少包括金属试样加热装置、实验台架和相应的信号采集分析系统；所述的加热装置为长方体工作台，上端面为能够将置于其上的金属试样加热到指定温度且温度分布均勻，保证传热为一维方向的加热台面；所述的实验台架底部为长方体工作台，长方体工作台上设置喷嘴支架，喷嘴固定在喷嘴支架上，并能通过喷嘴支架上的喷嘴移动机构进行移动；喷嘴悬空位于金属试样上方，并垂直于实验台架工作台的上端面设置；所述的信号采集分析单元至少包含温度传感器、数据采集单元、数据分析单元，所述的温度传感器置入金属试样内，并通过导线顺次连接到数据采集单元和数据分析单元。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述的实验台架中，底部长方体工作台上端面的一个长边内侧设置与上端面垂直的喷嘴支架，喷嘴支架上分别设置喷嘴横向移动机构和喷嘴纵向移动机构，喷嘴通过喷嘴夹持装置固定在喷嘴支架的架体上，并能通过喷嘴横向移动机构和喷嘴纵向移动机构进行高度和水平方向位置调整。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于所述的喷嘴支架上设置多个喷嘴，喷嘴的个数根据实验要求确定。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于所述的喷嘴支架上还设置喷嘴间距调节直ο
5.根据权利要求1或2或4所述的系统，其特征在于所述的温度传感器采用多副热电偶，所述热电偶分别置入金属试样内的多个测试点中；多副热电偶分别通过导线连接到数据采集单元；所述热电偶能通过转换和信号放大把冷却过程中的温度-时间变化数据实时采集记录下来进行传输，还可对记录数据分析和修正。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于所述的温度传感器分别置入金属试样的测试点中，多个温度传感器在金属试样的一个侧面按多排均布。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于所述实验台架底部长方体工作台与加热装置的长方体工作台等高并同宽。
8.根据权利要求1或2或4或6或7所述的系统，其特征在于所述的数据采集单元和数据分析单元均在windowsXP平台上用C#进行开发；能够设定采集时间，输出每个测试点的温度及温度，计算传热系数及传热系数岁时间变化曲线，回归传热系数与水流密度、金属试样表面温度，冷却水温度之间的函数关系，并进行显示。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于系统使用时，通过加热装置将金属试样加热到指定温度；然后放置到实验台架上，喷嘴开始对金属试样进行喷水冷却；喷水冷却的同时信号采集分析系统用温度传感器测定金属试样内的温度，并将喷水冷却过程中温度-时间变化数据采集记录下来，然后计算传热系数并进行显示。
10.根据权利要求1或2或4或6或7或9所述的系统，其特征在于系统具体的使用步骤为步骤一、将金属试样放置到加热装置上加热到指定温度，使温度分布均勻，并保证传热为一维方向；步骤二、之后，将金属试样放置到实验台架上，通过喷嘴移动机构和/或喷嘴间距调节装置调节喷嘴高度、水平方向位置及间距，使喷射区域正好对准下方的金属试样；随后开始对试样进行喷水冷却；在喷水冷却的同时，信号采集分析系统的温度传感器同步测定金属试样各设定测试点的温度数据；步骤三、信号采集分析系统的数据采集单元根据设定时间，直接向温度传感器采样，把冷却过程中的温度-时间变化数据实时输入数据分析单元的计算机内以便计算处理；当金属试样冷却到设定温度后，停止采样；数据分析单元将数据筛选统计分析，计算传热系数并适当修正，并结合数据分析单元内存储的喷嘴冷态性能参数，回归出传热系数与各个变量之间的函数关系并直接显示。
全文摘要
本发明涉及一种连铸二冷喷嘴热态性能测试系统，至少包括金属试样加热装置、实验台架和信号采集分析系统；加热装置将金属试样加热到指定温度；实验台架上设置喷嘴支架，喷嘴固定在喷嘴支架上；喷嘴悬空位于金属试样上方；温度传感器置入金属试样内。本发明可进行单喷嘴和多喷嘴热态性能测试，喷嘴个数和高度、水平位置及间距可调；金属试样尺寸根据喷嘴喷射区域要求加工，保证了一维传热条件；采用多副热电偶来测量温度变化数据，实时传输到计算机，并可对记录数据分析和修正；将采集的数据通过计算机计算出的传热系数，结合喷嘴冷态性能参数，可回归出传热系数与各个变量之间的函数关系，指导连铸现场生产。
文档编号G01M13/00GK102313645SQ20111030237
公开日2012年1月11日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者叶理德, 幸伟, 徐永斌, 徐海伦, 邓维, 邵远敬, 马春武 申请人:中冶南方工程技术有限公司