一种连铸模拟试验装置制造方法
【专利摘要】一种连铸模拟试验装置，属于冶金【技术领域】，涉及连铸技术，特别是涉及一种连铸模拟试验装置。本实用新型包括具有钢包回转臂的钢包回转台、钢包、中间包、结晶器及控制电柜;所述钢包设置在钢包回转臂上，在钢包的底部设置具有钢包阀门的钢包水口，在钢包水口的下方设置具有车轮的中间包，车轮设置在导轨内;在中间包上设有液位计，在中间包的底部设置具有中间包阀门的中间包出水口；在中间包出水口下方设有结晶器，在结晶器上设置有结晶器振动机构;在中间包出水口的下方设置有电导电极，电导电极与电导率仪相连;钢包回转合与电动机相连，车轮与电动机相连，结晶器振动机构与电动机相连;电动机与控制电柜相连，液位计和电导率仪与控制电柜相连。
【专利说明】一种连铸模拟试验装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于冶金【技术领域】，涉及连铸技术，特别是涉及一种连铸模拟试验装置。
【背景技术】
[0002]转炉生产出来的钢水经过精炼炉精炼以后，需要将钢水铸造成不同类型、不同规格的钢坯。连铸工段就是将精炼后的钢水连续铸造成钢坯的生产工序。
[0003]连铸技术的应用彻底改变了炼钢车间的生产流程和物流控制，为车间生产的连续化、自动化和信息技术的应用，以及为大幅度改善环境和提高产品质量提供了条件。连铸生产的正常与否，不但影响到炼钢生产任务的完成，而且也影响到轧材的质量和成材率。此夕卜，连铸技术的发展，还会带动冶金系统其他行业的发展，它对企业组织结构和产品结构的简化与优化起着重要的促进作用。
[0004]为了保证连铸工序的顺行和多炉连浇，必须确保钢液有足够的纯净度，要尽可能精确地控制钢液的成分范围，并要在足够长的时间内保持稳定的钢液温度和过热度。而非稳态浇铸过程、中间包冶金过程、结晶器液面波动的良好控制是保证连铸坯质量的关键，也是提高处理效率、降低成本的重要因素。因此，详细讨论其不同冶金功能的影响因素对于设备的良好控制和生产顺行有重要的现实意义。
[0005]通过水模型连铸模拟设备可以模拟研究钢包、中间包、结晶器的钢液流动和夹杂物分布，认识连铸过程的动力学规律。科研方面可以研究连铸非稳态浇铸过程，即开浇、换钢包前后、浇铸结束时钢水液面波动较大、拉速变化频繁的浇铸状态，在研究不同操作参数以及生产条件对过渡坯长度、漩涡临界高度的影响的基础上，找出非稳态浇铸操作参数之间的关系，为实际生产提供指导并为数学模型的建立提供实验数据；连铸中间包，其作用是尽最大可能延长钢水停留时间，促使钢中非金属夹杂物在钢水处于液态时排除彻底，同时要防止非稳态浇注时钢水的二次氧化和耐火材料的熔损、冲刷所产生的新的二次夹杂物。通过系统的物理模拟实验，探索控流装置对洁净钢生产的影响可为实际生产提供指导；结晶器内钢液的流场形态，特别是结晶器液面波动直接影响铸坯质量。前人的研究结果表明:拉速、结晶器浸入式水口倾角、浸入深度、水口吹氩等操作工艺参数直接决定结晶器液面波动。研究这些条件对结晶器液面波动的影响可指导生产操作，有助于提高铸坯质量。教学方面可以通过此套设备了解连铸的操作原理和流程，以便将理论知识和实际生产相结合，所以建立连铸模拟试验装置是非常必要的。
实用新型内容
[0006]针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种连铸模拟试验装置；该试验装置结构简单、成本低廉、操作方便直观、使用可靠、故障率低；既可用于科研也可用于教学，科研方面可以用其研究结果为实际生产提供参考和指导；教学方面可以提供操作流程平台，加深对理论知识的理解。[0007]为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案，一种连铸模拟试验装置，包括具有钢包回转臂的钢包回转台、钢包、中间包、结晶器及控制电柜；所述钢包设置在钢包回转臂上，在钢包的底部设置具有钢包阀门的钢包水口，在钢包水口的下方设置具有车轮的中间包，在中间包的运动轨迹上设置有导轨，所述中间包的车轮设置在导轨内；在所述中间包上设置有液位计，在中间包的底部设置具有中间包阀门的中间包出水口 ；在中间包出水口的下方设置有结晶器，结晶器的入水口与中间包出水口相对应，在结晶器上设置有结晶器振动机构；在中间包出水口的下方设置有电导电极，电导电极与电导率仪的信号输入端相连接；所述钢包回转台与第一交流电动机的电机轴相连接，所述中间包的车轮与第二交流电动机的电机轴相连接，所述结晶器振动机构与第三交流电动机的电机轴相连接；所述第一交流电动机、第二交流电动机及第三交流电动机的控制端分别与控制电柜相连接，所述液位计和电导率仪的信号输出端分别与控制电柜相连接。
[0008]为了在教学中能够更好地演示连铸的操作流程，在所述结晶器的出水口处设置有拉坯矫直装置。
[0009]所述的拉坯矫直装置由五根拉坯辊组成，分别为两根驱动上辊和三根从动下辊，其中一，根驱动上辊为矫直辊。
[0010]本实用新型的有益效果:
[0011]1、本实用新型可研究不同操作参数对钢包非稳态浇铸连铸坯质量的影响；
[0012]2、本实用新型可研究不同堰坝组合等对中间包夹杂物的影响；
[0013]3、本实用新型可研究连铸结晶器液面波动的规律，探索过程的某些主要参数之间的函数关系；
[0014]4、本实用新型可实现人机互动，可以清晰的看到实时采集的数据，进而对实验进行实时改进；
[0015]5、本实用新型可实现机电一体化，实现各环节的联动；
[0016]6、本实用新型的试验装置结构简单、成本低廉、操作方便直观、使用可靠、故障率低；
[0017]7、本实用新型既可用于科研也可用于教学，科研方面可以用其研究结果为实际生产提供参考和指导；教学方面可以提供操作流程平台，加深对理论知识的理解。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型的连铸模拟试验装置的结构示意图；
[0019]图2为本实用新型的具有车轮的中间包及导轨的结构示意图；
[0020]图3为不同湍流控制器与堰坝组合对中间包流体流动特征影响的实验研究中方案一为空包的实验装置图；
[0021]图4为不同湍流控制器与堰坝组合对中间包流体流动特征影响的实验研究中方案二为湍流控制器+单坝的实验装置图；
[0022]图5为不同湍流控制器与堰坝组合对中间包流体流动特征影响的实验研究中方案三为平底小方型湍流控制器+坝+堰的实验装置图；
[0023]图6为不同湍流控制器与堰坝组合对中间包流体流动特征影响的实验研究中方案四为波浪底小方型湍流控制器+坝+堰的实验装置图；[0024]图7为不同湍流控制器与堰坝组合对中间包流体流动特征影响的实验研究中方案五为平底大方型湍流控制器+坝+堰的实验装置图；
[0025]图8为不同湍流控制器与堰坝组合对中间包流体流动特征影响的实验研究中方案六为波浪底大方型湍流控制器+坝+堰的实验装置图；
[0026]图9为不同湍流控制器与堰坝组合对中间包流体流动特征影响的实验研究中方案七为台型湍流控制器+坝+堰的实验装置图；
[0027]图10为不同湍流控制器与堰坝组合对中间包流体流动特征影响的实验研究中方案八为台型湍流控制器+坝上吹气的实验装置图；
[0028]图中，1-钢包回转臂，2-钢包，3-钢包水口，4-钢包阀门，5-钢包回转台，6-第一交流电动机，7-中间包，8-第二交流电动机，9-液位计，10-中间包阀门，11-电导电极，12-电导率仪，13-第三交流电动机，14-结晶器振动机构，15-结晶器，16-拉坯棍，17-控制电柜，18-导轨，19-车轮，20-中间包出水口，21-振动架，22-第三连杆，23-第二连杆，24-固定架，25-气囊，26-第一连杆，27-偏心轴，28-联轴器，29-湍流控制器，30-坝，31-堰。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和具体实施例对本实用新型的连铸模拟试验装置做进一步的详细说明。
[0030]如图1、图2所示，一种连铸模拟试验装置，包括具有钢包回转臂I的钢包回转台
5、钢包2、中间包7、结晶器15及控制电柜17 ;所述钢包2设置在钢包回转臂I上，在钢包2的底部设置具有钢包阀门4的钢包水口 3，在钢包水口 3的下方设置具有车轮19的中间包7，在中间包7的运动轨迹上设置有导轨18，所述中间包7的车轮19设置在导轨18内；在所述中间包7上设置有液位计9，在中间包7的底部设置具有中间包阀门10的中间包出水口20 ;在中间包出水口 20的下方设置有结晶器15，结晶器15的入水口与中间包出水口 20相对应，在结晶器15上设置有结晶器振动机构14 ;在中间包出水口 20的下方设置有电导电极11，电导电极11与电导率仪12的信号输入端相连接；所述钢包回转台5与第一交流电动机6的电机轴相连接，所述中间包7的车轮19与第二交流电动机8的电机轴相连接，所述结晶器振动机构14与第三交流电动机13的电机轴相连接；所述第一交流电动机6、第二交流电动机8及第三交流电动机13的控制端分别与控制电柜17相连接，所述液位计9和电导率仪12的信号输出端分别与控制电柜17相连接。
[0031]如图1所示，为了在教学中能够更好地演示连铸的操作流程，在所述结晶器15的出水口处设置有拉坯矫直装置。所述的拉坯矫直装置由五根拉坯辊16组成，分别为两根驱动上辊和三根从动下辊，其中一根驱动上辊为矫直辊。
[0032]所述结晶器振动机构14采用短臂四连杆，由第三交流电动机13驱动，第三交流电动机13的型号为YS7112。
[0033]所述钢包2的材质为有机玻璃，所述钢包回转臂I和钢包回转台5的材质为钢；两个钢包2分别位于钢包回转臂I的两端，所述钢包回转台5由第一交流电动机6驱动可实现180°旋转，第一交流电动机6的型号选用YS314。
[0034]所述结晶器15外壳的材质为有机玻璃。[0035]所述中间包7的材质为有机玻璃，所述导轨18采用钢轨，中间包7的车轮19的材料为45号钢，调质表面淬火处理；第二交流电动机8位于中间包7的外侧面，通过第二交流电动机8驱动中间包7的车轮19往复行走，第二交流电动机8选用的型号为YS6324 ;电导电极11选用E-201型塑壳PH复合电极，即玻璃电极和甘萊电极，电导率仪12选用的型号为 DDS-1lC 型。
[0036]所述拉坯矫直装置的材质为钢。
[0037]所述控制电柜17包括PLC控制系统和计算机。PLC控制系统由I套CPU和I台显示屏组成，其将中间包中电导率以及液位的变化信号监测及处理等功能集成为一体控制，具有完成信号采集、控制、调节、逻辑控制、人机界面等功能，PLC控制系统的机型选取北京和利时LM系列PLC。电导率仪12和液位计9连接至计算机，将实验数据输出给计算机，计算机通过软件实现人机界面，包括4组基本画面:连铸模型运行状态的主界面，显示了运行时的实际拉速、设定拉速、结晶器振动频率等主要参数；钢包回转台5主控界面，界面中模拟了钢包回转的过程，并可以直接控制钢包回转台5启动、停止；冷却水控制界面，显示了实时的冷却水喷水量，并且根据拉坯速度的变化可以调整冷却水喷水量；拉坯矫直装置主控界面，该界面显示了当前的拉坯速度对应的拉坯矫直装置的运行状况，并模拟了钢坯被拉出的情况。所述PLC控制系统可完成工艺工程压力、流量等过程参数的检测、过程参数的显示与监视报警；自动流量调节控制；系统安全及工艺连锁、切断等控制；过程及实验数据的保存和查询等。PLC控制系统可以直接输入工厂操作条件，计算机会对数据进行实验数据转换并对实验条件下达需要改进的指令。
[0038]采用本发明的连铸模拟试验装置可以进行如下物理模拟实验:
[0039]I)异钢种连浇中间包液位对过渡坯长度影响的实验研究
[0040]其具体步骤如下:
[0041]步骤一:向中间包7内装入一定高度的钢水模拟液体(清水)，再向钢包2内加入400_高的另一钢水模拟液体(食盐水)；并通过第一交流电动机6将装有食盐水的钢包2旋转至中间包7的上方；
[0042]步骤二:利用液位计9判定中间包7内的液面是否稳定；
[0043]步骤三:若中间包7内的液面稳定，则打开中间包阀门10，控制拉速为0.95m/min,分别做四组实验，四组实验分别使中间包7液位降为满包操作时液位的1/4、1/2、3/4及正常操作液位(即满包操作时液位)；每组实验中，当中间包7液位下降到预定液位时,通过电导电极11测定中间包出水口 20处的电导率变化；
[0044]步骤四:以1.9m/min(2倍的拉速)的钢包2注入流量向盛有清水的中间包7内充入一定浓度的食盐水；当中间包7的液位达到满包(正常操作时的液位)时，将钢包2注入流量降至与拉速相等的流量；在此期间，中间包7内水溶液的电导率将发生变化，电导电极11获得的电信号也相应地发生变化，电导率仪12采集信号得到过渡曲线；
[0045]步骤五:实验结束。
[0046]测得的实验结果如下:
[0047]表I不同中间包液位的过渡时间
【权利要求】
1.一种连铸模拟试验装置，其特征在于包括具有钢包回转臂的钢包回转台、钢包、中间包、结晶器及控制电柜；所述钢包设置在钢包回转臂上，在钢包的底部设置具有钢包阀门的钢包水口，在钢包水口的下方设置具有车轮的中间包，在中间包的运动轨迹上设置有导轨，所述中间包的车轮设置在导轨内；在所述中间包上设置有液位计，在中间包的底部设置具有中间包阀门的中间包出水口；在中间包出水口的下方设置有结晶器，结晶器的入水口与中间包出水口相对应，在结晶器上设置有结晶器振动机构；在中间包出水口的下方设置有电导电极，电导电极与电导率仪的信号输入端相连接；所述钢包回转台与第一交流电动机的电机轴相连接，所述中间包的车轮与第二交流电动机的电机轴相连接，所述结晶器振动机构与第三交流电动机的电机轴相连接；所述第一交流电动机、第二交流电动机及第三交流电动机的控制端分别与控制电柜相连接，所述液位计和电导率仪的信号输出端分别与控制电柜相连接。
2.根据权利要求1所述的连铸模拟试验装置，其特征在于在所述结晶器的出水口处设置有拉坯矫直装置。
3.根据权利要求2所述的连铸模拟试验装置，其特征在于所述的拉坯矫直装置由五根拉坯辊组成，分别为两根驱动上辊和三根从动下辊，其中一根驱动上辊为矫直辊。
【文档编号】G01M10/00GK203465080SQ201320333083
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年6月8日 优先权日:2013年6月8日
【发明者】罗志国, 罗增波, 黄芬, 王鑫 申请人:东北大学