CN103480813A - 一种连铸结晶器高温钢液流速测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连铸结晶器高温钢液流速测量装置及测量方法。该装置中，轴承通过固定轴固定在固定装置上，轴承上、下对称位置分别安装弹簧和测量杆，弹簧安装“T”型固定装置上，轴承安装轴承套，通过联轴器连接轴承套和角度位移传感器，角度位移传感器由电源供电，记录测量杆在流动钢液中的实时偏转角度，并通过数据线传输到数据采集分析***，将角度数据转化为钢液流速值。本发明的流速测量装置，操作方便灵活，可以实时测量连铸结晶器内高温高液流速。

Description

一种连铸结晶器高温钢液流速测量装置及测量方法

技术领域

本发明属于高温流体测量领域，具体地说是一种连铸结晶器高温钢液流速测量装置及测量方法。

背景技术

连铸操作最重要的问题之一就是结晶器上部的钢液流动模式以及弯月面处钢液的流动速度。结晶器中钢液的流动与其在结晶器内的传热、凝固、夹杂物的上浮以及铸坯的质量有着密切的关系，结晶器内钢液流动又直接影响到温度的分布，进而决定了铸坯的内部质量和组织结构。大量的工业实践研究表明：铸坯近80%的表面缺陷起源于结晶器，与钢液面流动密切相关。钢液面流速过大，易造成卷渣，进入铸坯内形成夹渣，产生内部缺陷。钢液面流速过小，造成弯月面处钢液温度较低，传热条件差，不利于保护渣的熔化，甚至会在钢渣界面结冷钢，造成表面缺陷。同时，钢液面流动对初生坯壳温度的均匀性有着重要影响，进而影响到铸坯的表面质量。另外，钢液面流动的研究对保护渣性能的选择及操作工艺改进有着重要意义。传统上，对结晶器内钢液流动状态的了解是通过水模拟或数值模拟获得，而工业实际测量技术却未曾见到。测量连铸结晶器钢液流速，对了解整个连铸过程的钢液流动状态，进一步优化工艺、提高连铸坯质量将具有重要意义。

发明内容

鉴于连铸结晶器钢液流动的重要性，本发明的目的是提供一种连铸结晶器高温钢液流速测量装置及测量方法。该装置根据转动定律和动量定理，测量杆的偏转角度与流速的存在对应关系，通过实验建立测量杆的偏转角度和流速的对应关系，通检测测量杆的偏转角度即可得到流体的流速。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种连铸结晶器高温钢液流速测量装置，其特征在于：该装置包括“T”型固定装置、弹簧、固定轴、轴承、连接器、角度位移传感器、测量杆和数据采集分析***，轴承通过固定轴固定在“T”型固定装置上；弹簧和测量杆对称设置在轴承的上下两端，且弹簧和测量杆的中心线重合；弹簧的另一端固定在“T”型固定装置上；在轴承上设有轴承套，轴承通过轴承套和连接器与角度位移传感器相连；角度位移传感器通过数据线与数据采集分析***连接。

本发明中，轴承的内侧通过固定轴固定在“T”型固定装置的竖边上，轴承套设置在轴承的外侧。测量杆由锆质耐火材料制成，直径为5～8mm。

角度位移传感器通过数据线将实时角度信号传输到数据采集分析***，将实时角度信号转化为钢液流速值。

一种连铸结晶器高温钢液流速测量装置的测量方法，其特征在于：该方法根据转动定律和动量定理，通过检测测量杆的偏转角度和流速，得到流体的流速；包括以下步骤：

1）在连铸结晶器上方框架上放置流速测量装置，调整放置高度，使测量杆浸入钢液面下10mm；

2）通过角度位移传感器记录测量杆在流动钢液中的实时偏转角度；

3）通过数据采集分析***采集角度位移传感器数据，对数据进行分析处理，得到实时的钢液流速值。

在测量前将锆质测量杆预热到1200～1400℃。选择弹簧的刚度，控制测量杆的偏转角度在-5～5°之间。

本发明中，轴承上、下对称位置分别安装弹簧和锆质耐火材料制成的测量杆，弹簧和测量杆的中心线重合，弹簧的另一端安装“T”型固定装置上，用于平衡测量杆受到的冲击力。

轴承安装轴承套，通过连接器连接轴承套和角度位移传感器，角度位移传感器由电源供电，并通过数据线将角度信号传输到数据采集分析***，利用实验建立的测量杆的偏转角度和流速的对应关系，将测量杆偏转角度转化为流体的速度值。

该装置根据转动定律和动量定理，测量杆的偏转角度与流速存在对应关系，通过实验建立测量杆的偏转角度和流速的对应关系，通检测测量杆的偏转角度即可得到流体的流速。

本发明操作方便灵活，可以实时测量连铸结晶器内高温高液流速，测量结果准确，能得到整个连铸过程的钢水流动状态，为提高连铸坯质量创造了条件。

附图说明

图1为本发明中连铸结晶器高温钢液流速测量装置的结构示意图。

图2为本发明中偏转角度与流体密度和流速的关系图。

图3为本发明中实时测量的结晶器钢液面流速图。

具体实施方式

    实施例1

一种连铸结晶器高温钢液流速测量装置，如图1所示，包括“T”型固定装置1、弹簧2、固定轴3、轴承4、轴承套5、连接器6、角度位移传感器7、测量杆8、数据采集分析***10。轴承通过固定轴固定在“T”型固定装置上；弹簧和测量杆对称设置在轴承的上下两端，且弹簧和测量杆的中心线重合；弹簧的另一端固定在“T”型固定装置上；在轴承上设有轴承套，轴承通过轴承套和连接器与角度位移传感器相连；角度位移传感器通过数据线9与数据采集分析***连接。轴承的内侧通过固定轴固定在“T”型固定装置的竖边上，轴承套设置在轴承的外侧。测量杆由锆质耐火材料制成，直径为5～8mm。

角度位移传感器由电源供电，并通过数据线将角度信号传输到数据采集分析***，利用实验建立的测量杆的偏转角度和流速的对应关系，如图2所示，将测量杆偏转角度转化为流体的速度值。

测量前将锆质测量杆8预热到1200～1400℃，选择适当刚度的弹簧2，角度位移传感器7的测量精度为0.01°，每1s读取一次角度值。

一种连铸结晶器高温钢液流速测量装置的测量方法，该方法根据转动定律和动量定理，通过检测测量杆的偏转角度和流速，得到流体的流速；包括以下步骤：

在连铸结晶器上方框架上放置该流速测量装置，“T”型固定装置1固定在该框架上，调整放置高度，使测量杆8浸入钢液面下10mm。在结晶器钢液流动的冲击下，测量杆8角度发生偏转，其偏转角度与流速的大小相关，角度位置传感器7实时测量测量杆8的偏转角度，通过数据线9将测量的偏转角度数值传输到数据采集分析***10，根据实验室偏转角度与流体密度和流速的关系，实时将角度值转化为钢液流速值，如图3所示。

在测量前将锆质测量杆预热到1200～1400℃。选择弹簧的刚度，控制测量杆的偏转角度在-5～5°之间。

Claims (7)

1.一种连铸结晶器高温钢液流速测量装置，其特征在于：该装置包括“T”型固定装置（1）、弹簧（2）、固定轴（3）、轴承（4）、连接器（6）、角度位移传感器（7）、测量杆（8）和数据采集分析***（10），轴承（4）通过固定轴（3）固定在“T”型固定装置（1）上；弹簧（2）和测量杆（8）对称设置在轴承（4）的上下两端，且弹簧（2）和测量杆（8）的中心线重合；弹簧（2）的另一端固定在“T”型固定装置（1）上；在轴承（4）上设有轴承套（5），轴承（4）通过轴承套（5）和连接器（6）与角度位移传感器（7）相连；角度位移传感器（7）通过数据线（9）与数据采集分析***（10）连接。

2.根据权利要求1所述的连铸结晶器高温钢液流速测量装置，其特征在于：轴承（4）的内侧通过固定轴（3）固定在“T”型固定装置（1）的竖边上，轴承套（5）设置在轴承（4）的外侧。

3.根据权利要求1所述的连铸结晶器高温钢液流速测量装置，其特征在于：测量杆（8）由锆质耐火材料制成，直径为5～8mm。

4.一种权利要求1所述连铸结晶器高温钢液流速测量装置的测量方法，其特征在于：该方法根据转动定律和动量定理，通过检测测量杆的偏转角度和流速，得到流体的流速；包括以下步骤：

1）在连铸结晶器上方框架上放置流速测量装置，调整放置高度，使测量杆浸入钢液面下；

2）通过角度位移传感器记录测量杆在流动钢液中的实时偏转角度；

3）通过数据采集分析***采集角度位移传感器数据，对数据进行分析处理，得到实时的钢液流速值。

5.根据权利要求4所述的连铸结晶器高温钢液流速测量方法，其特征在于：测量前将锆质测量杆预热到1200～1400℃。

6.根据权利要求4所述的连铸结晶器高温钢液流速测量方法，其特征在于：选择弹簧的刚度，控制测量杆的偏转角度在-5～5°之间。

7.根据权利要求4所述的连铸结晶器高温钢液流速测量方法，其特征在于：步骤1）中，测量杆浸入钢液面下10mm。

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