一种动态模拟钢液结晶过程的装置的制作方法

本实用新型涉及钢铁连铸技术领域，更具体地说，涉及一种动态模拟钢液结晶过程的装置。

背景技术：

连铸是钢铁生产流程中一个重要环节，其任务是得到合格的连铸坯。连铸的实质就是完成钢从液态向固态的转变，即钢的结晶过程，因此钢液凝固过程的研究对优化连铸钢坯生产质量具有重要意义。而目前由于技术条件的限制，直接观察高温钢液是极为困难的，在实际生产过程中，铸坯的凝固也是从外向里逐渐从液态变为固态的过程，且现有技术不能再高温条件下对钢液凝固过程进行观察。

目前，针对钢液凝固过程的研究，由于现有技术的不足，我们一般是对钢液凝固后静态组织的研究，很少是对凝固过程中枝晶及偏析的动态研究；目前对凝固过程的动态研究，我们一般是根据相关计算和假设去构造高温钢液结晶和偏析模型，实际过程我们并不清楚。因此设计一个研究钢液凝固过程实验设备是有必要的，具有重要的理论和现实意义。需要说明的是，针对钢液凝固过程的动态研究实验，可以通过对比分析来深入研究，因此针对对比实验也需要设计一种模拟钢液凝固过程的对比实验装置。

钢铁连铸技术钢铁连铸技术针对钢液凝固模拟装置问题，此前申请人已申请了一件专利，发明创造名称为：钢液凝固模拟装置，该专利的申请号为：201810861182X；专利的申请日为：2018年7月31日；本发明的一种钢液凝固模拟装置包括：实验池、换热池、观察仪和供水单元，其中，该实验池的底部安装有金属板，实验池的四周侧壁外部安装有加热板；换热池，该换热池的一端设置有进水口，换热池的另一端设置有出水口，实验池安装于换热池上，且金属板将换热池和实验池分隔开；观察仪，该观察仪设置于实验池的上方；供水单元，该供水单元包括热水箱和冷水箱，热水箱的出热水管通过管道与进水口相连，出热水管上安装有第一冷水阀，冷水箱的出冷水管通过管道与进水口相连，出冷水管上安装有第一热水阀。该申请案可以模拟钢液凝固过程中的结晶行为，但是在实验过程中不能进行对比观察，且不能观察到负偏析现象，从而影响了实验的模拟效果；因此亟需设计一种可以进行对比观察的模拟钢液凝固过程的实验装置。

技术实现要素：

1.实用新型要解决的技术问题

本实用新型的目的在于克服现有技术中不能对比研究不同条件下的钢液凝固过程的不足，提供了一种动态模拟钢液结晶过程的装置，可以模拟在不同条件下的钢液凝固过程并进行动态研究。

2.技术方案

为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

本实用新型的一种动态模拟钢液结晶过程的装置，包括：实验池，该实验池依次设置有第一冷却池、溶液池和第二冷却池，其中第一冷却池和溶液池之间设置有第一金属板，溶液池和第二冷却池之间设置有第二金属板；供水池单元，该供水单元池包括第一供水池和第二供水池，第一供水池通过管道与第一冷却池相连通，第一供水池用于向第一冷却池提供冷却溶液；第二供水池通过管道与第二冷却池相连通，第二供水池用于向第二冷却池提供冷却溶液，观察仪单元，该观察仪单元包括第一观察仪和第二观察仪，其中第一观察仪与第一金属板对应设置，第二观察仪与第二金属板对应设置。

优选地，第一冷却池的底部远离第一金属板的一端设置有第一进水口，第一冷却池的顶部靠近金属板的一端设置有第一出水口，第一进水口和第一出水口分别通过管道与第一供水池相连。

优选地，第二冷却池的底部远离第二金属板的一端设置有第二进水口，第二冷却池的顶部靠近金属板的一端设置有第二出水口；第二进水口和第二出水口分别通过管道与第二供水池相连。

优选地，溶液池的底部设置有放水口，该放水口上设置有放水阀。

优选地，第一供水池内设置有第一储冰室，第一储冰室内用于容纳冰块；第二供水池内设置有第二储冰室，第二储冰室内用于容纳冰块。

优选地，第一供水池的第一出水管通过管道与第一进水口相连，第一供水池的第一进水管通过管道与第一出水口相连。

优选地，第二供水池的第二出水管通过管道与第二进水口相连，第二供水池的第二进水管通过管道与第二出水口相连。

优选地，第一储冰室与第一进水管的底部对应设置，第二储冰室与第二进水管的底部对应设置。

优选地，第一观察仪和第二观察仪分别通过万向节安装于定位座上。

优选地，溶液池的侧壁和底板外部设置有保温层。

3.有益效果

采用本实用新型提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本实用新型的一种动态模拟钢液结晶过程的装置，第一金属板用于将第一冷却池和溶液池分隔开，且第一金属板的四周与实验池的内侧密封连接，使得第一冷却池和溶液池之间互不连通，防止第一冷却池内的冷却溶液进入溶液池内，对实验结果的准确性带来误差；同理，第二金属板用于将第二冷却池和溶液池分隔开，且第二冷却池的四周与实验池的内侧密封连接，使得第一冷却池和溶液池之间互不连通，防止第二冷却池内的冷却溶液进入溶液池内对实验溶液造成污染，从而影响对比实验的结果分析；可以在第一供水池和第二供水池中分别储存不同温度的冷却溶液，从而可以对比研究不同冷却温度下，金属板上的结晶行为，并且可以在同一时间进行对比研究。

(2)本实用新型的一种动态模拟钢液结晶过程的装置，第一供水池通过管道与第一冷却池相连通，第一供水池用于向第一冷却池提供冷却溶液，第一冷却池的底部远离金属板的一端设置有第一进水口，第一冷却池的顶部靠近金属板的一端设置有第一出水口，第一进水口和第一出水口分别通过管道与第一供水池相连，便于冷却溶液在第一供水池和第一冷却池之间循环利用；第二供水池同理，还可防止冷却溶液在循环过程中产生气泡影响冷却效果，便于在不同的条件下对实验进行对比分析；

(3)本实用新型的一种动态模拟钢液结晶过程的装置，观察仪单元包括第一观察仪和第二观察仪，第一观察仪与第一金属板对应设置，第一观察仪用与对第一金属板表面的结晶析出进行观察，第二观察仪与第二金属板对应设置，第二观察仪用于对第二金属板表面的结晶析出进行观察，便于对不同条件下的实验结果进行对比分析，第一观察仪和第二观察仪分别通过万向节安装于定位座上，便于调节第一观察仪和第二观察仪的拍摄角度，进而可以更好的对对比结果进行分析；

(4)本实用新型的一种动态模拟钢液结晶过程的装置，溶液池的底部设置有放水口，放水口上设置有放水阀，便于对溶液池进行预热，提高遇热效率，改善实验的对比分析结果，可以使用预热溶液对溶液池的侧壁和底板进行预热，预热结束后预热溶液从放水口流出，提高预热效率；

(5)本实用新型的一种动态模拟钢液结晶过程的装置，第一供水池的第一出水管通过管道与第一进水口相连，第一供水池的第一进水管通过管道与第一出水口相连，第二供水池的第二出水管通过管道与第二进水口相连，第二供水池的第二进水管通过管道与第二出水口相连，使得供水池和第一冷却池和第二冷却池之间紧密衔接，避免冷却溶液在循环流动中溢出而造成损失；

(6)本实用新型的一种动态模拟钢液结晶过程的装置，第一供水池内设置有第一储冰室，第一储冰室与第一进水管的底部对应设置，第一储冰室内用于容纳冰块；第二供水池内设置有第二储冰室，第二储冰室与第二进水管的底部对应设置，第二储冰室内用于容纳冰块，冰块与由第一冷却池和第二冷却池流入供水池的冷却溶液直接接触，进而可以对冷却溶液进行再次冷却降温，确保冷却溶液的温度保持不变；

(7)本实用新型的一种动态模拟钢液结晶过程的装置，溶液池的侧壁和底板外部设置有保温层，使得溶溶液池的侧壁和底板温度保持恒温，避免实验溶液因冷却而结晶析出；

附图说明

图1为本实用新型一种动态模拟钢液结晶过程的装置的结构示意图；

图2为实施例2动态模拟钢液结晶过程的装置结构示意图；

图3为实施例2实验池的装置俯视图。

示意图中的标号说明：

100、实验池；101、第一冷却池；102、溶液池；103、第二冷却池；1041、第一金属板；1042、第二金属板；105、第一进水口；106、第一出水口；107、第二进水口；108、第二出水口；120、放水口；130、放水阀；140、保温层；150、加热器；

200、供水池单元；210、第一供水池；211、第一储冰室；212、第一出水管；213、第一进水管；220、第二供水池；221、第二储冰室；222、第二出水管；223、第二进水管；

300、观察仪单元；310、第一观察仪；320、第二观察仪；330、定位座；

400、第一水泵；410、第二水泵；420、第三水泵；430、第四水泵。

具体实施方式

下文对本实用新型的详细描述和示例实施例可结合附图来更好地理解，其中本实用新型的元件和特征由附图标记标识。

本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴；除此之外，本实用新型的各个实施例之间并不是相互独立的，而是可以进行组合的。

实施例1

如图1所示，本实用新型的一种动态模拟钢液结晶过程的装置，包括实验池100、供水池单元200和观察仪单元300。实验池100依次设置有第一冷却池101、溶液池102和第二冷却池103，供水池单元200包括第一供水池210和第二供水池220，第一冷却池101和溶液池102之间设置有第一金属板1041，溶液池102和第二冷却池103之间设置有第二金属板1042，第一金属板1041用于将第一冷却池101和溶液池102分隔开，且第一金属板1041的四周与实验池100的内侧密封连接，使得第一冷却池101和溶液池102之间互不连通，防止第一冷却池101内的冷却溶液进入溶液池102内，对实验结果的准确性带来误差；同理，第二金属板1042用于将第二冷却池103和溶液池102分隔开，且第二冷却池103的四周与实验池100的内侧密封连接，使得第一冷却池101和溶液池102之间互不连通，防止第二冷却池103内的冷却溶液进入溶液池102内对实验溶液造成污染，从而影响对比实验的结果分析。上述的第一金属板1041和第二金属板1042为紫铜板。

本实施例中，第一冷却池101的底部远离第一金属板1041的一端设置有第一进水口105，第一冷却池101的顶部靠近第一金属板1041的一端设置有第一出水口106，当冷却溶液由下而上对第一金属板1041进行循环冷却时，可以避免第一冷却池101内的气泡附着在第一金属板1041的侧壁上，从而可以提高冷却溶液对第一金属板1041的冷却效果；同时第一进水口105通过管道与第一供水池210的第一出水管212相连，第一出水口106通过管道与第一供水池210的第一进水管213相连，使得第一供水池210通过管道与第一冷却池101相连通，便于冷却溶液在第一供水池210和第一冷却池101之间循环流动，提高的冷却溶液的循环利用；第一出水管212与第一进水口105之间的管道上设置有第一水泵400，冷却溶液在第一水泵400抽动的作用下，由第一进水口105进入至第一冷却池101内，再从第一出水口106流出；在冷却溶液在第一冷却池101内持续地流动，不断地对第一金属板1041进行冷却。

同理，第二冷却池103的底部远离第二金属板1042的一端设置有第二进水口107，第二冷却池103的顶部靠近第二金属板1042的一端设置有第二出水口108；当冷却溶液由下而上对第二金属板1042进行循环冷却时，可防止冷却溶液由第二冷却池103的第二进水口107流入第二出水口108时产生气泡并附着在第二金属板1042的侧壁上，同时第二进水口107通过管道与第二供水池220的第一出水管212相连，第二出水口108通过管道与第二供水池220的第二进水管223相连，使得第二供水池220通过管道与第二冷却池103相连通，便于冷却溶液在第二供水池220和第二冷却池103之间循环流动，提高的冷却溶液的循环利用，第二出水管222与第二进水口107的管道上设置有第三水泵420，在第三水泵420的抽动下，冷却溶液经第二进水口107流入第二冷却池103内，在第三水泵420持续的动力作用下，第二冷却池103内充满冷却溶液，当冷却溶液的体积高于第二冷却池103的高度时，冷却溶液充满第二冷却池103并经第二出水口108流入第二供水池220内，实现对第二金属板1042的循环冷却。

进一步地，第一冷却池101和第二冷却池103对称设置且形状相同，使得在进行钢液凝固模拟过程中，第一冷却池101和第二冷却池103内存储的冷却溶液体积相同，便于对实验进行控制变量，进而确保实验结果的准确性，第一冷却池101和第二冷却池103都采用流动方式进行对金属壁进行循环冷却，便于分析不同条件下的实验结果。

本实施例的第一供水池210的第一出水管212经第一水泵400与第一冷却池101的第一进水口105相连，在第一水泵400的驱动下第一供水池210内的冷却溶液进入第一冷却池101；第一冷却池101的第一出水口106通过管道与第二水泵410相连，第二水泵410通过第一进水管213与第一供水池210相连；第一冷却池101内的冷却溶液在第二水泵410驱动下循环至第一供水池210内。同理，第二供水池220的第二出水管222经第三水泵420与第二冷却池103的第二进水口相连，在第三水泵420的驱动下第二供水池220内的冷却溶液进入第二冷却池103内，第二冷却池103的第二出水口108通过管道第四水泵430相连，第四水泵430通过第二进水管223与第二供水池220相连，第二冷却池103内的冷却溶液在第四水泵430的驱动下循环至第二供水池220。从而实现了冷却溶液的循环利用，也实现了对第一金属板1041和第二金属板1042的循环冷却。

本实施例中第一供水池210和第二供水池220，其中第一供水池210中的冷却溶液为水，第二供水池220内的冷却溶液是浓度为70％的乙醇溶液；从而可以对比研究不同冷却介质对结晶行为的影响。当然，也可以在第一供水池210和第二供水池220中分别储存不同温度的冷却溶液，从而可以对比研究不同冷却温度下，金属板上的结晶行为，并且可以在同一时间进行对比研究。

供水池100的出水管102经第一水泵401与第一冷却池311的进水口104相连通，供水池100中的冷却水在第一水泵401的驱动下，被输送至第一冷却池311内，第一冷却池311顶部的出水口105通过管道与第二水泵402相连，第二水泵402的下部与进水管103相连通，第一冷却池311内的冷却水经第二水泵402被抽送至供水池100内。

实施例2

如图2-3所示，本实施例的一种动态模拟钢液结晶过程的装置，基本内容同实施例1，不同之处在于：第一供水池210内设置有第一储冰室211，第一储冰室211与第一进水管213的底部对应设置，第一储冰室211内用于容纳冰块；第二供水池220内设置有第二储冰室221，第二储冰室221与第二进水管223的底部对应设置，第二储冰室221内用于容纳冰块，第一储冰室211内的冰块和第二储冰室221内的冰块来源相同，大小相同，冰块可以作为冷却溶液的冷却源，冰块在冷却溶液的过程中自身融化也可转化成水，加强对冷却溶液的冷却效果，并维持较长的冷却时间，当冷却溶液分别沿第一进水管213和第二进水管223流入供水池单元200内时，冷却溶液可以直接流入第一储冰室211和第二储冰室221内并与冰块直接接触，便于冰块对流入供水池单元200内的冷却溶液进行再次冷却降温，确保冷却溶液的温度保持不变，进而可以对第一金属板1041和第二金属板1042进行持续的循环冷却。

进一步地，观察仪单元300包括第一观察仪310和第二观察仪320，其中第一观察仪310与第一金属板1041对应设置，第一观察仪310用来对第一金属板1041侧壁的结晶析出进行观察，第二观察仪320与第二金属板1042对应设置，第二观察仪320用来对第二金属板1042上的结晶析出进行观察，观察仪单元300对结晶析出的现象进行记录，便于对不同条件下的结晶析出进行对比分析，第一观察仪310和第二观察仪320分别通过万向节安装于定位座330上，便于调节第一观察仪310和第二观察仪320的观察角度，方便第一观察仪310和第二观察仪320对第一金属板1041和第二金属板1042侧壁上的结晶析出进行多角度分析，便于对不同条件下的实验结果进行分析。

进一步地，溶液池102的底部设置有放水口120，该放水口120上设置有放水阀130。进行结晶及偏析行为过程的观察前对溶液池102进行预热，向溶液池102注入预热溶液，当溶液池102的侧壁温度升温至反应温度区间范围内时，打开放水阀130，使预热溶液沿放水口120流出溶液池102后再注入反应溶液，确保反应溶液不会因溶液池102的侧壁温度差而导致立即析出结晶，从而造成实验误差。溶液池102的侧壁和底板外部设置有保温层140，避免反应过程中溶液池102的侧壁和底板的温度降低，进而导致实验溶液在溶液池102结晶析出，从而影响实验结果的准确性。

进一步地，溶液池102内设置有加热器150，该加热器150设置于溶液池102的中部，当实验溶液在溶液池102内结晶析出时，加热器150对溶液池102内的实验溶液进行均匀加热，避免实验溶液的热量扩散而导致温度下降。对实验结果造成误差。

在上文中结合具体的示例性实施例详细描述了本实用新型。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本实用新型的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本实用新型的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本实用新型或本申请和本实用新型的应用领域。