CN208171735U - 一种原位融化连铸模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种原位融化连铸模拟试验装置，包括试样装配结构、冷却装配结构、加热装配结构，试样装配结构包括试样和楔形夹具，试样腾空支撑在楔形夹具上；冷却装配结构包括喷水头和加热试样，加热试样具有原始液固线，原始液固线以内的部位为试验区，喷水头位于加热试样上方并对试验区进行喷水冷却，试验区由上至下逐渐固化，试验区内形成有液固过渡层。加热装配结构包括坩埚、装在坩埚内的试样，试样底部布置热电偶，且试样与坩埚内周壁之间铺设有绝缘层。本实用新型针对连铸坯裂纹敏感性的模拟研究，可辅助评定该钢种在连铸时的裂纹敏感倾向。

Description

一种原位融化连铸模拟试验装置

技术领域

本实用新型涉及一种热模拟试验结构。

背景技术

目前，连铸是一种先进的铸造技术，也是物理模拟在铸造领域的主要应用对象。连铸与普通的模铸不同，它是将高温钢水连续不断地浇注到一个或几个用强制冷却并带有引锭槽的结晶器内，当浇入的液态金属液面达到一定高度，且下部钢水凝固成一定厚度的坯壳后，开动拉锭机构，从结晶器下端引出锭头，导引器以一定的速度下降，并带动已凝固的金属随着下降，这样已凝固成一定厚度的铸坯就会连续不断地从结晶器内被拉出来，接着在二次冷却区继续喷水冷却。带有液芯的铸坯边行走边凝固，最后矫直、切割。

连铸工艺不但可大大提高生产率，而且连铸坯与普通型模铸锭相比，由于凝固速度快，因此组织致密、成分偏析小。但连铸也带来一些质量问题，特别是连铸坯裂纹的产生。连铸坯裂纹分为内裂纹和表面裂纹两种类型。内部裂纹产生的原因与焊接结晶裂纹相似，即发生在铸坯内部的液-固相并存区间，脆性薄膜在拉应力作用下被拉开裂，尤其是与铸件表面垂直生长的粗大柱状晶的晶界上有较多杂质时，更易产生晶间微裂。而表面裂纹是由于已凝固的坯壳在二次喷水冷却区，由于铸坯收缩、温度不均、坯壳鼓肚、夹辊不对中以及相变等原因，致使坯壳受到外力和热负荷间歇式突变而产生开裂。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种原位融化连铸模拟试验装置，针对连铸坯裂纹敏感性的模拟研究，评定该钢种在连铸时的裂纹敏感倾向，可以深入了解合金的化学成分、组织结构、冷却条件以及应变速率等冶金因素和热力学因素的影响规律。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案为：一种原位融化连铸模拟试验装置，包括试样装配结构、冷却装配结构、加热装配结构，所述试样装配结构包括试样和楔形夹具，所述试样腾空支撑在楔形夹具上并固定；

所述冷却装配结构包括喷水头和加热试样，加热试样具有原始液固线，原始液固线以内的部位为试验区，喷水头位于加热试样上方并对试验区进行喷水冷却，试验区由上至下逐渐固化，试验区内形成有液固过渡层。所述加热装配结构包括坩埚、装在坩埚内的试样，试样底部布置热电偶，且试样与坩埚内周壁之间铺设有绝缘层。

具体地，试样装配结构中两侧楔形夹具上开设有销钉孔，以便使用销钉将试样固定到楔形夹具上。

优选地，加热装配结构中试样为矩形棒或者薄带，对于薄带试样，在试样底部还垫有石英板，用来衬托液体金属，防止钢液流出。

本申请的原理和特点说明如下

本申请的连铸模拟试样装配结构、加热装配结构分别示出了试样装配方式和喷水冷却试样内部结构，比较形象地模拟了连铸时连铸坯的形状、受力状态与冷却方式。

对于加热装配结构，在试样上方设置喷水头是为了模拟连铸工艺二次冷却并获得表面相垂直的柱晶生长。

试样两端的销钉孔是作为试样固定支点，对试样施加载荷。

对于加热装配结构，在坩埚内设置绝缘层是为减少试样表面与中心的温度差。

试验时，用坩埚或石英片将试样中间熔化部分支撑住，以防钢液的流出，(铂-铂铑)热电偶焊在试样的底部。试样熔化后，先喷气在试样表面形成一薄壳，随即打开喷水头，迅速喷水。在试样凝固过程中或凝固后继续冷却到矫直温度时，可根据试验要求对试样加压或者拉伸。压缩时，试样上表面将产生拉应力；拉伸时，试样下表面产生拉应力。冷到室温后，检查试样表面是否有裂纹产生或裂纹数量的多少，进而评定该钢种在连铸时的裂纹敏感倾向。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：提供了一种原位融化连铸模拟试验结构，能够对连铸试样裂纹敏感性进行研究。结构简单，便于推广应用。

附图说明

图1为本实用新型涉及的连铸模拟试样装配结构；

图2为本实用新型涉及的冷却装配结构；

图3为本实用新型涉及矩形棒试样的加热装配结构；

图4为本实用新型涉及薄带试样的加热装配结构。

楔形夹具1、销钉孔2、向夹具传热3、向淬火区传热4、压应变5、拉应变6、原始液固线7、液固过渡层8、试样9、喷水头10、喷水11、试样均热段部分12、绝缘体13、石英板14、坩埚15。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

参见图1-4，本实施例原位熔化连铸模拟试验装置，包括连铸模拟试样装配装置，冷却装配装置以及加热装配装置三部分，对于试样装配装置，包括楔形夹具1和销钉孔2，试样9和楔形夹具1之间在销钉孔2处紧密固定。冷却装配装置包括喷水头10，喷水方向11，原始液/固线7，液/固过渡层8，在加热至熔点时产生原始液/固线7，经过喷水头10喷出冷却喷水11后，试样产生液/固过渡层8。加热装配装置，包括试样均热段部分12，绝缘体13，石英板14，坩埚15，绝缘体13是为了减少试样表面与中心的温度差，石英板14和坩埚15装置用来衬托液体金属，防止钢液的流出。

具体的操作如下：

首先加工好试样，将试样如图1和图3或4所示装配在热模拟试验机真空单元内。为了防止高温时金属的氧化，必须先抽真空至1.0×10^-1Torr以下再充满Ar气保护，在熔点(约1450℃左右，视钢种而定)以下100℃时采取20℃/s的速率快速加热，然后1～2℃/s缓慢加热至熔点，慢的加热速度可以保证温度的均匀性以及过冲的现象。在熔点温度短暂停留后，开始模拟连铸工艺过程喷水冷却，在熔点保温时不需要施加应力，而在凝固初期，必须施加一个较小的压应力以补偿熔化区域的凝固收缩，同时压应力也可以避免热电偶的搭靠以及液态金属产生孔洞。压应力由两侧楔形夹具施加到试样上，试样熔化后，先喷气在试样表面形成一薄壳，随即迅速喷水，喷水过程可以模拟连铸二冷水的配比(L/kg)等工艺进行。在试样凝固过程中或凝固后继续冷却到矫直温度时，可根据试验要求或者模拟现场连铸工艺对试样拉伸，拉伸的速率可以根据连铸坯生产时的拉速来确定。最后冷至室温后，检查试样表面是否有微裂纹产生或者微裂纹数量的多少，同时也可以计算相应条件下断口的面积收缩率来表征此时试验钢的塑性，从而来评定该钢种在连铸时的裂纹敏感性。

除上述实施例外，本实用新型还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种原位融化连铸模拟试验装置，其特征在于：包括相互独立设置的样装配结构、冷却装配结构、加热装配结构，

所述试样装配结构包括试样（9）和楔形夹具（1），所述试样（9）腾空支撑在楔形夹具（1）上并固定；

所述冷却装配结构包括喷水头（10）和加热试样，加热试样具有原始液固线（7），原始液固线以内的部位为试验区，喷水头（10）位于加热试样上方并对试验区进行喷水冷却，试验区由上至下逐渐固化，试验区内形成有液固过渡层（8）；

所述加热装配结构包括坩埚（15）、装在坩埚内的试样，试样底部布置热电偶，且试样与坩埚内周壁之间铺设有绝缘层（13）。

2.根据权利要求1所述的原位融化连铸模拟试验装置，其特征在于：试样装配结构中两侧楔形夹具上开设有销钉孔（2），以便使用销钉将试样（9）固定到楔形夹具（1）上。

3.根据权利要求1所述的原位融化连铸模拟试验装置，其特征在于：加热装配结构中试样为矩形棒或者薄带，对于薄带试样，在试样底部还垫有石英板。