CN102928461B - 用于测定水冷铸模换热系数的实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于测定水冷铸模换热系数的实验装置，包括铸模、铸锭、冷却***、温度采集***、加热装置及换热系数计算模块。本发明通过将温度采集***的输入端分别与冷却***、铸模、铸锭连接，输出端与换热系数计算模块连接，将铸模与铸锭相互接触，将铸锭与加热装置相互接触；同时，在冷却***中设置流量计对装置中冷却强度加以控制，并采用温度采集***对冷却***、铸模及铸锭不同位置的温度进行实时采集，依据稳态传热时进入铸模的热量与冷却水带走的热量相等，计算不同流速下不同位置的换热系数。结构简单，操作方便，且准确度高。

Description

用于测定水冷铸模换热系数的实验装置
技术领域
本发明属于测量装置设计技术领域，特别涉及一种用于测定水冷铸模换热系数的实验装置。
背景技术
目前，连铸生产钢坯已经是钢铁工业的主流工艺，但是在特殊钢，异形坯，超大宽厚板坯等生产领域，采用铸模生产仍然占主要地位。传统铸模的降温是靠空气对流自然冷却，冷却时间长，铸模受高温时间长，致使对传统铸模的材质耐热要求高，并且体积要求大。由于长时间承受高温，铸模使用寿命短，成本高。而新式的水冷铸模，其降温是采用强制水冷，大大缩短了冷却时间，铸模所承受的温度低，对材质耐热要求低，体积小，使用寿命长，成本低。但是如果水冷铸模的冷却速度过快，则容易使铸锭凝固过快，产生应力集中，导致铸锭裂纹和变形等铸造缺陷，因此有效的控制铸锭和铸模之间的换热过程是水冷铸模生产的核心技术。铸模内部金属凝固过程的非常复杂，采用直接测定其凝固过程中铸锭和铸模之间的换热系数比较困难，基于简易的实验模型反求铸锭和铸模之间的换热系数就显的意义重大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种在水冷铸模工艺过程中，能够通过模拟铸模冷却过程、测定定点温度，并结合测量数值反推水冷铸模换热系数的实验装置，且具有结构简单、易操作、准确度高的特点。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于测定水冷铸模换热系数的实验装置，包括铸模，铸锭，冷却***，用于对所述冷却***、所述铸模、所述铸锭三者不同位置的温度进行实时采集的温度采集***，用于对所述铸锭进行加热的加热装置及用于对所述温度采集***采集的数据进行分析处理的换热系数计算模块。所述温度采集***的输入端分别与所述冷却***、所述铸模、所述铸锭连接；所述温度采集***的输出端与所述换热系数计算模块连接；所述加热装置与所述铸锭相接触。
进一步地，所述冷却***包括：冷却水管、用于控制所述冷却***冷却强度的控制装置。所述铸模设置在所述冷却水管的中部，且铸模内腔与所述冷却水管外壁相接触；所述控制装置设置在所述冷却水管的进水口与所述铸模之间；所述冷却水管的进水口通过第一测温元件与所述温度采集***输入端连接；所述冷却水管的出水口通过第二测温元件与所述温度采集***输入端连接；所述铸模通过第三测温元件与所述温度采集***输入端连接。
进一步地，所述换热系数计算模块包括：数据接收单元及数据处理单元；
所述数据接收单元，接收所述温度采集***实时采集的温度参数；所述数据处理单元，根据所述温度参数，计算不同冷却强度下所述铸模与所述铸锭的换热系数。
进一步地，所述用于控制冷却***冷却强度的控制装置是流量计。
进一步地，所述第一测温元件、所述第二测温元件及所述第三测温元件是热电偶。
进一步地，所述加热装置包括：耐火砖加热板；所述耐火砖加热板与所述铸锭相接触。
进一步地，本发明还包括：保温***；所述冷水***、所述铸模、所述铸锭及所述加热装置四者置于所述保温***中。
进一步地，所述保温***包括：不锈钢容器及高温耐火材料；所述冷水***、所述铸模、所述铸锭及所述加热装置三者置于所述不锈钢容器中，所述高温耐火材料置于所述不锈钢容器内壁处用于保温。
进一步地，所述高温耐火材料是耐火纤维棉。
本发明提供的一种用于测定水冷铸模换热系数的实验装置，通过将温度采集***的输入端分别与冷却***、铸模、铸锭连接，输出端与换热系数计算模块连接，将铸模与铸锭相互接触，将铸锭与加热装置相互接触；同时，在冷却***中设置流量计对装置中冷却强度加以控制，并采用温度采集***对冷却***、铸模及铸锭不同位置的温度进行实时采集，依据稳态传热时进入铸模的热量与冷却水带走的热量相等，计算不同流速下不同位置的换热系数。本发明不仅能够物理模拟生产过程中铸模2和铸锭3的接触过程，而且采用远程数字化温度采集***对铸锭3和铸模2不同区域的温度进行在线实时、定点采集。同时，本发明还具有结构简单，操作方便，且准确度高的特点。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种用于测定水冷铸模换热系数的实验装置的工作流程示意图。
图2为本发明实施例提供的一种用于测定水冷铸模换热系数的实验装置的工作原理示意图。
其中，1-冷却水管，2-铸模，3-铸锭，4-耐火砖加热板，5-冷却水管进水口，6-冷却水管出水口，7-流量计。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明提供的具体实施方式作进一步地详细说明。
参见图1、2，本发明实施例提供的一种用于测定水冷铸模换热系数的实验装置，包括铸模2，铸锭3；铸模2与铸锭3相互接触。同时，还包括：冷却***，用于对冷却***、铸模2、铸锭3三者不同位置的温度进行实时采集的温度采集***，用于对铸锭3进行加热的加热装置及用于对温度采集***采集的数据进行分析处理的换热系数计算模块。其中，温度采集***的输入端分别与冷却***、铸模2及铸锭3三者连接。温度采集***的输出端与换热系数计算模块连接。加热装置与铸锭3相接触。
本实施例中，冷水***包括冷却水管1和用于控制冷却***冷却强度的控制装置。其中，铸模2设置在冷却水管1的中部，且铸模2内腔与冷却水管1外壁相接触。控制装置设置在冷却水管进水口5与铸模2之间。同时，冷却水管进水口5通过第一测温元件与温度采集***输入端连接。冷却水管出水口6通过第二测温元件与温度采集***输入端连接。铸模2通过第三测温元件与温度采集***输入端连接。其中，第三测温元件可对铸模2上多处不同位置进行测温操作。
本实施例中，换热系数计算模块包括数据接收单元及数据处理单元。其中数据接收单元，用于接收温度采集***实时采集的温度参数；数据处理单元，根据所述温度参数，计算不同冷却强度下所述铸模2与所述铸锭3的换热系数。
优选地，用于控制冷却***冷却强度的控制装置是流量计。
优选地，上述第一测温元件、第二测温元件及第三测温元件是热电偶。
同时，本发明实施例提供的一种用于测定水冷铸模换热系数的实验装置还包括保温***。其中，保温***包括一个不锈钢容器及高温耐火材料。本实施例中，加热装置、冷却***、铸模2及铸锭3置于不锈钢容器内，并且在不锈钢容器内壁塞进高温耐火材料已达到保温的目的。优选地，高温耐火材料是耐火纤维棉。
本发明在实际操作工程中，由温度采集***与换热系数计算模块同步连接。首先通过流量计控制7控制冷水***的冷却强度，然后采用耐火砖加热板4将铸锭3加热到一定温度。同时，利用温度采集***、第一测温元件、第二测温元件、第三测温元件对冷却水管进水口5、冷却水管出水口6及铸模2内腔不同位置的温度进行实时采集，在不同冷却水流速的情况下完成多组试验。依据稳态传热时进入铸模2的热量与冷却水带走的热量相等，计算不同冷却强度下不同位置的换热系数。
本发明提供的一种用于测定水冷铸模换热系数的实验装置，包括铸模2、铸锭3、冷却***、温度采集***、加热装置及换热系数计算模块。本发明通过将温度采集***的输入端分别与冷却***、铸模2、铸锭3连接，输出端与换热系数计算模块连接，将铸模2与铸锭3相互接触，将铸锭3与加热装置相互接触；同时，在冷却***中设置流量计7对装置中冷却强度加以控制，并采用温度采集***对冷却***、铸模2及铸锭3不同位置的温度进行实时采集，依据稳态传热时进入铸模的热量与冷却水带走的热量相等，计算不同冷却强度下不同位置的换热系数。在实际应用中，本发明采用耐火砖加热板4对铸锭3进行加热，利用铸模水冷***进行冷却，不仅物理模拟生产过程中铸模2和铸锭3的接触过程，将整个加热装置和冷却***固定在一个不锈钢容器内，周围塞进一些高温耐火面的材料以达到保温的目的，而且采用远程数字化温度采集***对铸锭3和铸模2不同区域的温度进行在线实时、定点采集。同时，本发明还具有结构简单，操作方便，且准确度高的特点。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种用于测定水冷铸模换热系数的实验装置，包括铸模(2)，铸锭(3)，所述铸模(2)与所述铸锭(3)相互接触；其特征在于，还包括：
冷却***，用于对所述冷却***、所述铸模(2)、所述铸锭(3)三者不同位置的温度进行实时采集的温度采集***，用于对所述铸锭(3)进行加热的加热装置及用于对所述温度采集***采集的数据进行分析处理的换热系数计算模块；
所述温度采集***的输入端分别与所述冷却***、所述铸模(2)、所述铸锭(3)连接；
所述温度采集***的输出端与所述换热系数计算模块连接，所述温度采集***采用远程传输方式对所述铸锭和所述铸模不同区域的温度进行在线实时、定点采集；
所述加热装置与所述铸锭(3)相接触；
所述冷却***包括：冷却水管(1)、用于控制所述冷却***冷却强度的控制装置；
所述铸模(2)设置在所述冷却水管(1)的中部，且铸模(2)内腔与所述冷却水管(1)外壁相接触；
所述控制装置设置在所述冷却水管(1)的进水口(5)与所述铸模(2)之间；
所述冷却水管(1)的进水口(5)通过第一测温元件与所述温度采集***输入端连接；
所述冷却水管(1)的出水口(6)通过第二测温元件与所述温度采集***输入端连接；
所述铸模(2)通过第三测温元件与所述温度采集***输入端连接。
2.根据权利要求1所述用于测定水冷铸模换热系数的实验装置，其特征在于，所述换热系数计算模块包括：数据接收单元及数据处理单元；
所述数据接收单元，接收所述温度采集***实时采集的温度参数；
所述数据处理单元，根据所述温度参数，计算不同冷却强度下所述铸模(2)与所述铸锭(3)的换热系数。
3.根据权利要求2所述用于测定水冷铸模换热系数的实验装置，其特征在于：
所述用于控制冷却***冷却强度的控制装置是流量计(7)。
4.根据权利要求3所述用于测定水冷铸模换热系数的实验装置，其特征在于：
所述第一测温元件、所述第二测温元件及所述第三测温元件是热电偶。
5.根据权利要求4所述用于测定水冷铸模换热系数的实验装置，其特征在于，所述加热装置包括：耐火砖加热板(4)；所述耐火砖加热板(4)与所述铸锭(3)相接触。
6.根据权利要求1-5任一项所述用于测定水冷铸模换热系数的实验装置，其特征在于，还包括：保温***；所述冷却***、所述铸模(2)、所述铸锭(3)及所述加热装置四者置于所述保温***中。
7.根据权利要求6所述用于测定水冷铸模换热系数的实验装置，其特征在于，所述保温***包括：不锈钢容器及高温耐火材料；
所述冷却***、所述铸模(2)、所述铸锭(3)及所述加热装置四者置于所述不锈钢容器中，所述高温耐火材料置于所述不锈钢容器内壁处用于保温。
8.根据权利要求7所述用于测定水冷铸模换热系数的实验装置，其特征在于：所述高温耐火材料是耐火纤维棉。
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