專利名稱：連鑄結(jié)晶器振動(dòng)工藝過(guò)程模擬檢測(cè)試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)鋼鐵冶金連鑄結(jié)晶器振動(dòng)的檢測(cè)，特別是一種用于對(duì)連鑄結(jié)晶器振動(dòng)工藝過(guò)程進(jìn)行模擬檢測(cè)的試驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代鋼鐵冶金生產(chǎn)，連鑄作為承上啟下的生產(chǎn)工序在鋼鐵產(chǎn)品制造過(guò)程中具有重要地位，而連鑄結(jié)晶器因具有高效傳熱、凝固成型、凈化鋼液和質(zhì)量控制等重要功能，被稱為“連鑄機(jī)心臟”，鋼液由中間包注入結(jié)晶器，在結(jié)晶器銅板冷卻作用下初步凝結(jié)成具有一定坯殼厚度和規(guī)則外形的連鑄坯，從結(jié)晶器下口被連續(xù)拉出。結(jié)晶器銅板一保護(hù)渣層一連鑄坯殼間的相互作用是極為復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過(guò)程，澆注鋼液時(shí)，結(jié)晶器固定不動(dòng)，初始凝固坯殼極易與結(jié)晶器內(nèi)壁發(fā)生黏結(jié)，導(dǎo)致產(chǎn)生拉裂或拉漏現(xiàn)象，既影響鑄坯質(zhì)量，又容易造成生產(chǎn)事故，使連鑄很難順利完成。直到采用結(jié)晶器振動(dòng)這一突破性技術(shù)后，連鑄的工業(yè)化生產(chǎn)才得以實(shí)現(xiàn)。澆注鋼液時(shí)，結(jié)晶器以一定的規(guī)律振動(dòng)，可使結(jié)晶器內(nèi)壁獲得良好的潤(rùn)滑條件，從而減少摩擦，防止鋼水和振動(dòng)器內(nèi)壁黏結(jié)，同時(shí)可改善鑄坯的表面質(zhì)量；一旦鋼水與振動(dòng)器發(fā)生黏結(jié)，振動(dòng)可以強(qiáng)制脫模，及時(shí)將黏結(jié)消除。故結(jié)晶器振動(dòng)已成為連鑄的先決條件，是連鑄生產(chǎn)不可或缺的標(biāo)準(zhǔn)操作，結(jié)晶器的各種冶金功能只有伴隨結(jié)晶器振動(dòng)工藝過(guò)程才能實(shí)現(xiàn)。因此，對(duì)結(jié)晶器振動(dòng)過(guò)程開展系統(tǒng)研究，是深入探討結(jié)晶器冶金機(jī)理的重要基礎(chǔ)，對(duì)穩(wěn)定澆鑄工藝和改善最終鋼材產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。由于連鑄結(jié)晶器內(nèi)高溫和相對(duì)封閉的特點(diǎn)，使得完全依靠檢測(cè)手段直接了解結(jié)晶器內(nèi)傳熱行為幾乎不可能，而進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)花費(fèi)昂貴，采用數(shù)值模擬計(jì)算，即利用所建立的數(shù)學(xué)模型及相應(yīng)的商業(yè)軟件和自編程序?qū)Y(jié)晶器內(nèi)傳熱過(guò)程進(jìn)行計(jì)算，因具有費(fèi)用低、安全可行、有利于拓展研究方案及技術(shù)路線等優(yōu)點(diǎn)成為目前最為常用的方法。但該方法在模擬計(jì)算結(jié)晶器內(nèi)傳熱行為時(shí)，必須準(zhǔn)確確定初始條件和邊界條件才能獲得可靠的計(jì)算結(jié)果。其中初始條件作為計(jì)算非穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程特有的定解條件，可由實(shí)際澆鑄操作工況給定；而決定最終計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確度的邊界條件通常難以準(zhǔn)確獲得。故通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算方法對(duì)結(jié)晶器內(nèi)、尤其對(duì)彎月面區(qū)域銅板一坯殼界面行為的描述不夠準(zhǔn)確，彎月面區(qū)渣道壓力和摩擦力等理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)際存在較大的差距。目前，此類研究仍停留在以上數(shù)值模擬階段，現(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)連鑄結(jié)晶器振動(dòng)工藝過(guò)程中的物理測(cè)試未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有數(shù)值模擬方法存在的不足，提供一種連鑄結(jié)晶器振動(dòng)工藝過(guò)程模擬檢測(cè)試驗(yàn)裝置。利用該裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)連鑄結(jié)晶器彎月面區(qū)渣道壓力、液位波動(dòng)、摩擦力和渣耗量等過(guò)程數(shù)據(jù)的模擬測(cè)試。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的連鑄結(jié)晶器振動(dòng)工藝過(guò)程模擬檢測(cè)試驗(yàn)裝置，包括振動(dòng)臺(tái)主體和控制采集系統(tǒng)；所述振動(dòng)臺(tái)主體由支架、儲(chǔ)油箱、輸油槽、液位傳感器、振動(dòng)板、壓力傳感器、觀察窗、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、接油槽和電子天平組成；其中儲(chǔ)油箱固定安裝在支架的上部，通過(guò)閥門與輸油槽相接，在輸油槽內(nèi)設(shè)有液位傳感器；振動(dòng)板通過(guò)振動(dòng)板導(dǎo)軌和振動(dòng)板滑塊安裝在支架的中部，振動(dòng)板下端通過(guò)連桿與偏心輪連接，偏心輪與步進(jìn)電機(jī)相連接，步進(jìn)電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接，振動(dòng)板上開有壓力測(cè)試孔，壓力測(cè)試孔通過(guò)快速密封插接頭和壓力導(dǎo)管與安裝在數(shù)據(jù)采集引導(dǎo)板上壓力傳感器連接；觀察窗由透明材料制成，通過(guò)觀察窗導(dǎo)軌和觀察窗滑塊與振動(dòng)板按一定間距平行安裝，并由觀察窗卡鎖將其定位；在振動(dòng)板兩側(cè)邊上粘接具有彈性的塑料滑條，該塑料滑條靠彈性與觀察窗保持壓力接觸；在支架的下部放置接油槽，接油槽置于電子天平上；所述控制采集系統(tǒng)由主控計(jì)算機(jī)、可編程控制器、采集控制器、液位傳感器、壓力傳感器、電子天平和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組成；其中液位傳感器和壓力傳感器與采集控制器相接，采集控制器與可編程控制器相接，可編程控制器與步進(jìn)電機(jī)控制器相接，主控 計(jì)算機(jī)與可編程控制器和電子天平相接。為提高液位和壓力的檢測(cè)準(zhǔn)確度，所述液位傳感器采用四個(gè)；所述壓力傳感器采用十個(gè)，分別與開設(shè)在振動(dòng)板上的十個(gè)壓力測(cè)試孔相接。所述振動(dòng)板由經(jīng)過(guò)熱處理去除金屬內(nèi)應(yīng)力且精細(xì)研磨校準(zhǔn)平面的厚鋼板制成。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便；其控制采集系統(tǒng)通過(guò)采集振動(dòng)板振動(dòng)過(guò)程中油液壓力、液位和質(zhì)量信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)連鑄結(jié)晶器彎月面區(qū)渣道壓力、液位波動(dòng)、摩擦力和渣耗量等過(guò)程數(shù)據(jù)的模擬測(cè)試，并將測(cè)試數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)變化直觀地顯示在計(jì)算機(jī)畫面上，為結(jié)晶器振動(dòng)工藝過(guò)程中的物理測(cè)試提供了試驗(yàn)裝置。


圖I是本發(fā)明試驗(yàn)裝置振動(dòng)臺(tái)主體結(jié)構(gòu)示意圖(側(cè)視圖)；圖2是圖I的左視圖；圖3是圖I的右視圖；圖4是本發(fā)明試驗(yàn)裝置控制采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖5是本發(fā)明試驗(yàn)裝置操作使用方法流程圖。圖中1、儲(chǔ)油箱；2、閥門；3、液位傳感器；4、輸油槽；5、振動(dòng)板；6、觀察窗；7、振動(dòng)板導(dǎo)軌；8、振動(dòng)板滑塊；9、觀察窗卡鎖；10、觀察窗導(dǎo)軌；11、觀察窗滑塊；12、塑料滑條；13、數(shù)據(jù)采集引導(dǎo)板；14、壓力傳感器；15、壓力導(dǎo)管；16、步進(jìn)電機(jī)；17、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；18、偏心輪；19、連桿；20、支架；21、接油槽；22、電子天平；23、壓力測(cè)試孔。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明連鑄結(jié)晶器振動(dòng)工藝過(guò)程模擬檢測(cè)試驗(yàn)裝置，包括振動(dòng)臺(tái)主體和控制采集系統(tǒng)。如圖I、圖2和圖3所示，所述振動(dòng)臺(tái)主體由支架20、儲(chǔ)油箱I、輸油槽4、液位傳感器3、振動(dòng)板5、壓力傳感器14、觀察窗6、步進(jìn)電機(jī)16、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器17、接油槽21和電子天平22組成。其中儲(chǔ)油箱固定安裝在支架的上部，通過(guò)閥門2與輸油槽相接，在輸油槽內(nèi)設(shè)置四個(gè)液位傳感器3 ;振動(dòng)板采用經(jīng)過(guò)熱處理去除金屬內(nèi)應(yīng)力且精細(xì)研磨校準(zhǔn)平面的厚鋼板制成，通過(guò)振動(dòng)板導(dǎo)軌7和振動(dòng)板滑塊8安裝在支架的中部，使振動(dòng)板可上下滑動(dòng)，振動(dòng)板下端通過(guò)連桿19與偏心輪18連接,偏心輪與步進(jìn)電機(jī)16相連接,步進(jìn)電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器17連接，振動(dòng)板上開有四排、相互交錯(cuò)的十個(gè)壓力測(cè)試孔23，每個(gè)壓力測(cè)試孔分別通過(guò)快速密封插接頭(圖中未顯示)和壓力導(dǎo)管15與安裝在數(shù)據(jù)采集引導(dǎo)板13上壓力傳感器14連接；觀察窗6由透明有機(jī)玻璃制成，通過(guò)觀察窗導(dǎo)軌10和觀察窗滑塊11與振動(dòng)板按一定間距(間距的大小根據(jù)模擬渣道試驗(yàn)要求確定)平行安裝，并由觀察窗卡鎖9 (卡鎖一端固定在支架上)將其定位；在振動(dòng)板兩側(cè)邊上粘接具有彈性的塑料滑條12，該塑料滑條靠彈性與觀察窗保持壓力接觸，起到密封作用，以確保油液在振動(dòng)板與觀察窗之間通過(guò)時(shí)不會(huì)從兩側(cè)溢出；在支架的下部放置接油槽21，接油槽置于電子天平22上。
如圖4所示，所述控制采集系統(tǒng)由主控計(jì)算機(jī)、可編程控制器、采集控制器、4路液位傳感器、10路壓力傳感器、電子天平和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組成。其中4路液位傳感器和10路壓力傳感器分別與采集控制器相接，采集控制器與可編程控制器相接，可編程控制器與步進(jìn)電機(jī)控制器相接，主控計(jì)算機(jī)與可編程控制器和電子天平相接。系統(tǒng)工作原理是上位主控計(jì)算機(jī)組態(tài)設(shè)置所有運(yùn)行參數(shù)，下位可編程控制器按照設(shè)置好的參數(shù)通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使振動(dòng)板按設(shè)置的參數(shù)振動(dòng)；壓力傳感器與液位傳感器分別檢測(cè)采集對(duì)應(yīng)的數(shù)值，輸出4-20MA的電信號(hào)，可編程控制器的模擬量通道與壓力傳感器和液位傳感器的輸出信號(hào)連接，可編程控制器以16位精度將信號(hào)的電流識(shí)別成內(nèi)部0-32767的碼值，并同時(shí)被上位主控計(jì)算機(jī)組態(tài)通過(guò)通訊獲得，通過(guò)對(duì)應(yīng)的量程將其變換成Pa和_等需要的單位，電子天平實(shí)時(shí)采集通過(guò)振動(dòng)板與觀察窗的實(shí)驗(yàn)油液的質(zhì)量傳給主控計(jì)算機(jī)，主控計(jì)算機(jī)通過(guò)設(shè)定組態(tài)及回傳壓力和質(zhì)量數(shù)據(jù)計(jì)算出摩擦力和渣耗量數(shù)值，完成對(duì)連鑄結(jié)晶器彎月面區(qū)渣道壓力、液位波動(dòng)、摩擦力和渣耗量等過(guò)程數(shù)據(jù)的模擬測(cè)試，并將測(cè)試數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)變化顯示在計(jì)算機(jī)畫面上，同時(shí)存儲(chǔ)測(cè)試數(shù)據(jù)，以備調(diào)用。如圖5所示，本試驗(yàn)裝置的操作使用方法包括以下步驟步驟I :工作開始，將試驗(yàn)用油(如植物油)倒入儲(chǔ)油箱；接通電路，通過(guò)主控計(jì)算機(jī)進(jìn)入試驗(yàn)系統(tǒng)界面；步驟2 :在主控計(jì)算機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)界面設(shè)置振動(dòng)參數(shù)(如正弦曲線振動(dòng));調(diào)整步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速(如100r/min)；步驟3 :打開儲(chǔ)油箱的閥門，油液由輸油槽流入振動(dòng)板與觀察窗之間，觀察油膜均勻后，啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，振動(dòng)板開始振動(dòng)；步驟4 :通過(guò)液位傳感器和壓力傳感器采集振動(dòng)過(guò)程中輸油槽液位變化和振動(dòng)板壓力變化信號(hào)，通過(guò)電子天平采集質(zhì)量變化信號(hào)；步驟5 :在主控計(jì)算機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)界面上顯示液位和壓力變化曲線；主控計(jì)算機(jī)通過(guò)設(shè)定組態(tài)及回傳壓力和質(zhì)量數(shù)據(jù)計(jì)算出摩擦力和渣耗量數(shù)值；步驟6 :存貯模擬渣道壓力、液位波動(dòng)、摩擦力和渣耗量等過(guò)程數(shù)據(jù)以便調(diào)用，完成試驗(yàn)。
權(quán)利要求
1.一種連鑄結(jié)晶器振動(dòng)工藝過(guò)程模擬檢測(cè)試驗(yàn)裝置，其特征是該裝置包括振動(dòng)臺(tái)主體和控制采集系統(tǒng)；所述振動(dòng)臺(tái)主體由支架(20)、儲(chǔ)油箱(I)、輸油槽(4)、液位傳感器(3)、振動(dòng)板(5)、壓力傳感器(14)、觀察窗(6)、步進(jìn)電機(jī)(16)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(17)、接油槽(21)和電子天平(22)組成；其中儲(chǔ)油箱固定安裝在支架的上部，通過(guò)閥門(2)與輸油槽相接，在輸油槽內(nèi)設(shè)有液位傳感器(3);振動(dòng)板通過(guò)振動(dòng)板導(dǎo)軌(7)和振動(dòng)板滑塊(8)安裝在支架的中部，振動(dòng)板下端通過(guò)連桿(19)與偏心輪(18)連接,偏心輪與步進(jìn)電機(jī)相連接,步進(jìn)電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接，振動(dòng)板上開有壓力測(cè)試孔(23)，壓力測(cè)試孔通過(guò)快速密封插接頭和壓力導(dǎo)管(15)與安裝在數(shù)據(jù)采集引導(dǎo)板(13)上壓力傳感器(14)連接；觀察窗由透明材料制成，通過(guò)觀察窗導(dǎo)軌(10)和觀察窗滑塊(11)與振動(dòng)板按一定間距平行安裝，并由觀察窗卡鎖(9)將其定位；在振動(dòng)板兩側(cè)邊上粘接具有彈性的塑料滑條(12)，該塑料滑條靠彈性與觀察窗保持壓力接觸；在支架的下部放置接油槽(21)，接油槽置于電子天平(22)上；所述控制采集系統(tǒng)由主控計(jì)算機(jī)、可編程控制器、采集控制器、液位傳感器(3)、壓力傳感器(14)、電子天平(22)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(17)組成；其中液位傳感器和壓力傳感器與采集控制器相接，采集控制器與可編程控制器相接，可編程控制器與步進(jìn)電機(jī)控制器相接，主控計(jì)算機(jī)與可編程控制器和電子天平相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的連鑄結(jié)晶器振動(dòng)工藝過(guò)程模擬檢測(cè)試驗(yàn)裝置，其特征是所述液位傳感器(3)為四個(gè)；所述壓力傳感器(14)為十個(gè)，分別與開設(shè)在振動(dòng)板上的十個(gè)壓力測(cè)試孔相接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的連鑄結(jié)晶器振動(dòng)工藝過(guò)程模擬檢測(cè)試驗(yàn)裝置，其特征是所述振動(dòng)板(5)由經(jīng)過(guò)熱處理去除金屬內(nèi)應(yīng)力且精細(xì)研磨校準(zhǔn)平面的厚鋼板制成。
全文摘要
一種由振動(dòng)臺(tái)主體和控制采集系統(tǒng)組成的連鑄結(jié)晶器振動(dòng)工藝過(guò)程模擬檢測(cè)試驗(yàn)裝置，安裝在支架上部的儲(chǔ)油箱通過(guò)閥門與設(shè)有液位傳感器的輸油槽相接，步進(jìn)電機(jī)通過(guò)偏心輪和連桿與振動(dòng)板相接，壓力傳感器與振動(dòng)板上的壓力測(cè)試孔相接；觀察窗與振動(dòng)板平行安裝；支架下部有置于電子天平上的接油槽；控制采集系統(tǒng)中主控計(jì)算機(jī)組態(tài)設(shè)置運(yùn)行參數(shù)，可編程控制器按設(shè)置的參數(shù)控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；壓力傳感器、液位傳感器和電子天平采集振動(dòng)過(guò)程中油液壓力、液位和質(zhì)量信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)連鑄結(jié)晶器彎月面區(qū)渣道壓力、液位波動(dòng)、摩擦力和渣耗量等過(guò)程數(shù)據(jù)的模擬測(cè)試。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，為結(jié)晶器振動(dòng)工藝過(guò)程的物理測(cè)試提供了試驗(yàn)裝置。
文檔編號(hào)B22D2/00GK102764863SQ20121024593
公開日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月12日
發(fā)明者孟祥寧, 朱苗勇, 楊杰 申請(qǐng)人:東北大學(xué)