在線測(cè)量鋼錠與鋼錠模的氣隙寬度和界面換熱系數(shù)的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種在線測(cè)量鋼錠與鋼錠模的氣隙寬度和界面換熱系數(shù)的方法，包括以下步驟：1)在鋼錠模上加工一通孔；2)在與通孔同一高度的鋼錠模外壁上加工一盲孔；3)在與通孔和盲孔同一高度的鋼錠模側(cè)壁上加工三個(gè)均勻分布的孔；4)將一耐高溫金屬棒插入通孔中，金屬棒與一位移傳感器連接，位移傳感器固定在一支架上，支架鋼錠模外壁上；5)將另一耐高溫金屬棒插入盲孔中，另一金屬棒與另一位移傳感器連接，另一位移傳感器固定在另一支架上，另一支架支撐在鋼錠模外壁上；6)在三個(gè)孔中分別安裝一高溫?zé)犭娕迹?)在鋼錠模中注入鋼水，在鋼錠凝固過(guò)程中實(shí)時(shí)測(cè)量位移數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)；8)通過(guò)位移數(shù)據(jù)計(jì)算鋼錠與鋼錠模的氣隙寬度，通過(guò)氣隙寬度和溫度數(shù)據(jù)，計(jì)算得到鋼錠與鋼錠模的界面換熱系數(shù)隨時(shí)間變化的數(shù)值。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種在線測(cè)量方法，特別是關(guān)于一種。
技術(shù)介紹
大型鋼錠的發(fā)展水平體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家裝備制造業(yè)的綜合能力。目前，隨著我國(guó)電力、冶金、石化工業(yè)的迅猛發(fā)展，其重大裝備如電站電機(jī)轉(zhuǎn)子、冶金支承輥及壓力容器筒體日趨大型化，生產(chǎn)鍛件的大型鋼錠的要求越來(lái)越高。大型鋼錠凝固過(guò)程中，鋼錠與鋼錠模之間的氣隙寬度及界面換熱系數(shù)(熱阻)不斷變化，從而影響鋼錠凝固進(jìn)程和凝固方式，同時(shí)在很大程度上決定鋼錠凝固縮孔縮松、偏析及組織和性能。近年來(lái)數(shù)值模擬技術(shù)在大型鋼錠生產(chǎn)過(guò)程起到了越來(lái)越重要的作用，氣隙寬度值或氣隙熱阻是制約模擬準(zhǔn)確性最重要的參數(shù)之一。然而氣隙寬度和換熱系數(shù)相互影響、相互制約，是一個(gè)熱與力耦合作用問(wèn)題；并且考慮到鋼水的高溫和凝固收縮效應(yīng)，給在線測(cè)量帶來(lái)了非常大的難度。因此在線測(cè)量鋼錠模與鋼錠之間的氣隙寬度值對(duì)提高數(shù)值模擬計(jì)算的準(zhǔn)確性具有十分重要的意義。鋼錠凝固過(guò)程中，鋼錠與鋼錠模經(jīng)歷了復(fù)雜的熱過(guò)程，鋼錠與鋼錠模中產(chǎn)生隨時(shí)間變化的熱應(yīng)力。鋼錠凝固初期，由于鋼水的靜壓力的作用，鋼錠與鋼錠模間緊密接觸，此時(shí)鋼錠與鋼錠模間的氣隙寬度值為零，它們之間的界面換熱系數(shù)較大。隨著凝固過(guò)程的進(jìn)行，由于鋼錠模激冷作用，鋼錠表面形成一層凝固坯殼，其厚度隨著時(shí)間的推移越來(lái)越厚且產(chǎn)生凝固收縮。與此同時(shí)，鋼錠模也會(huì)產(chǎn)生熱變形，在鋼錠模內(nèi)壁溫度急劇升高，而外壁溫度升高緩慢，阻礙鋼錠模內(nèi)壁的變形，導(dǎo)致鋼錠模內(nèi)壁產(chǎn)生壓應(yīng)力而外壁是拉應(yīng)力，從而使鋼錠模產(chǎn)生撓曲變形。鋼錠凝固收縮和鋼錠模的內(nèi)壁的撓曲變形的綜合作用產(chǎn)生鋼錠與鋼錠模之間的氣隙。然而至目前很難有一種在線測(cè)量鋼錠與鋼錠模氣隙寬度的方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)上述問(wèn)題，本專利技術(shù)的目的是提供一種易于操作的。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用以下技術(shù)方案:一種，包括以下步驟:1)在鋼錠模的某一高度上加工一垂直穿透鋼錠模側(cè)壁的通孔；2)在與步驟I)所加工的通孔同一高度的鋼錠模外壁上加工一垂直于鋼錠模側(cè)壁的盲孔，盲孔底部到鋼錠模內(nèi)壁的距離為20?30mm ；3)在與步驟I)所加工的通孔和步驟2)所加工的盲孔同一高度的鋼錠模側(cè)壁上加工三個(gè)沿周向均勻分布的孔，其中兩個(gè)孔為通孔，一個(gè)孔為盲孔，盲孔底部到鋼錠模內(nèi)壁的距離為20?30mm ；4)將一耐高溫金屬棒插入步驟I)所加工的通孔中，金屬棒的頭部位于鋼錠模內(nèi)，金屬棒的尾部位于鋼錠模外并與一位移傳感器通過(guò)一耐高溫隔熱材料連接，位移傳感器固定在一支架上，支架水平支撐在通孔旁的鋼錠模外壁上；5)將另一耐高溫金屬棒插入步驟2)所加工的盲孔中并緊密接觸盲孔底部，另一金屬棒的尾部與另一位移傳感器通過(guò)一耐高溫隔熱材料連接，另一位移傳感器固定在另一支架上，另一支架水平支撐在盲孔旁的鋼錠模外壁上；6)在步驟3)所加工的三個(gè)孔中分別安裝一高溫?zé)犭娕迹渲幸桓邷責(zé)犭娕嫉臏y(cè)量端伸出鋼錠模內(nèi)壁20?50mm，另一高溫?zé)犭娕嫉臏y(cè)量端距離鋼錠模內(nèi)壁20?50mm，第三高溫?zé)犭娕嫉臏y(cè)量端與鋼錠模內(nèi)壁平齊；7)在鋼錠模中注入鋼水，在鋼錠凝固的過(guò)程中，通過(guò)兩位移傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量位移數(shù)據(jù)，通過(guò)三個(gè)高溫?zé)犭娕紝?shí)時(shí)測(cè)量溫度數(shù)據(jù)；8)通過(guò)步驟7)測(cè)量到的位移數(shù)據(jù)計(jì)算出鋼錠與鋼錠模的氣隙寬度，通過(guò)計(jì)算出的氣隙寬度和步驟7)測(cè)量到的溫度數(shù)據(jù)，結(jié)合熱量守恒原理計(jì)算得到鋼錠與鋼錠模的界面換熱系數(shù)隨時(shí)間變化的數(shù)值。所述步驟I)中所加工的通孔和所述步驟2)中所加工的盲孔的直徑為5?10mm，所述步驟4)中所用的金屬棒直徑為5?10_，所述步驟5)中所用的另一金屬棒直徑為5?IOmm,所述步驟3)中所加工的孔的直徑為20?30mm。所述步驟I)中的通孔位于鋼錠模內(nèi)壁處加工成喇叭狀，同時(shí)所述步驟4)中的金屬棒的頭部加工成喇叭狀，以使金屬棒頭部與鋼錠模內(nèi)壁緊密接觸以防止鋼水進(jìn)入到通孔中。在所述步驟4)中將金屬棒插入通孔后，在通孔中加入一些粘土或細(xì)紗以保證金屬棒的活動(dòng)性。在所述步驟4)中用于連接金屬棒與位移傳感器的耐高溫隔熱材料為硅酸鋁管或石英管，其與金屬棒、位移傳感器之間采用膠粘的方式連接；在所述步驟5)中用于連接另一金屬棒與另一位移傳感器的耐高溫隔熱材料為硅酸鋁管或石英管，其與另一金屬棒、另一位移傳感器之間采用膠粘的方式連接。所述步驟4)中所使用的金屬棒和所述步驟5)中所使用的另一金屬棒的材質(zhì)為高溫合金鋼GH2132或TC2鈦合金。本專利技術(shù)由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn):1本專利技術(shù)測(cè)量方法，所設(shè)置的測(cè)量裝置相對(duì)簡(jiǎn)單，通過(guò)對(duì)鋼錠及鋼錠模上特征點(diǎn)位移變化的測(cè)量即可計(jì)算得到鋼錠與鋼錠模的氣隙寬度，通過(guò)對(duì)鋼錠及鋼錠模上特征點(diǎn)的溫度變化的測(cè)量及同一高度位置的鋼錠與鋼錠模氣隙寬度值的測(cè)量，可計(jì)算得到鋼錠與鋼錠模之間的界面換熱系數(shù)。2、本專利技術(shù)構(gòu)思巧妙，可將鋼錠和鋼錠模劃分為多個(gè)區(qū)域進(jìn)行測(cè)量，從而保證計(jì)算模型的準(zhǔn)確性。本專利技術(shù)可廣泛應(yīng)用于真空和非真空條件下碳鋼和合金鋼錠的鑄造過(guò)程。【附圖說(shuō)明】圖1是本專利技術(shù)鋼錠與鋼錠模氣隙寬度第一種測(cè)量結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本專利技術(shù)鋼錠與鋼錠模氣隙寬度第二種測(cè)量結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本專利技術(shù)高溫?zé)犭娕嫉陌惭b示意圖；圖4是本專利技術(shù)鋼錠模分段示意圖。【具體實(shí)施方式】下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的描述。本專利技術(shù)提供的一種，包括以下步驟:I)如圖1所示，在鋼錠模I的某一高度上加工一垂直穿透鋼錠模側(cè)壁的通孔2。2)如圖2所示，在與步驟I)所加工的通孔2同一高度的鋼錠模I外壁上加工一垂直于鋼錠模I側(cè)壁的盲孔6，盲孔6底部到鋼錠模I內(nèi)壁的距離為20?30mm。3)在與步驟I)所加工的通孔2和步驟2)所加工的盲孔6同一高度的鋼錠模I側(cè)壁上加工三個(gè)沿周向均勻分布的孔，其中兩個(gè)孔為通孔，一個(gè)孔為盲孔，盲孔底部到鋼錠模I內(nèi)壁的距離為20?30mm。4)如圖1所示，將一耐高溫鋼棒3插入步驟I)所加工的通孔2中，鋼棒3的頭部位于鋼錠模I內(nèi)，鋼棒3的尾部位于鋼錠模I外并與一位移傳感器4通過(guò)一耐高溫隔熱材料連接，位移傳感器4固定在一支架5上，支架5水平支撐在通孔2旁的鋼錠模I外壁上。5)如圖2所示，將另一耐高溫鋼棒7插入步驟2)所加工的盲孔6中并緊密接觸盲孔6底部，鋼棒7的尾部與另一位移傳感器8通過(guò)一耐高溫隔熱材料連接，位移傳感器8固定在另一支架9上，支架9水平支撐在盲孔6旁的鋼錠模I外壁上。6)如圖3所示，在步驟3)所加工的三個(gè)孔中分別安裝一高溫?zé)犭娕?0、11、12，高溫?zé)犭娕?0的測(cè)量端伸出鋼錠模內(nèi)壁20?50mm，高溫?zé)犭娕?1的測(cè)量端距離鋼錠模內(nèi)壁20?50mm，高溫?zé)犭娕?2的測(cè)量端與鋼錠模內(nèi)壁平齊。7)在鋼錠模I中注入鋼水，在鋼錠13凝固的過(guò)程中，通過(guò)兩位移傳感器4、8實(shí)時(shí)測(cè)量位移數(shù)據(jù)，通過(guò)三個(gè)高溫?zé)犭娕?0、11、12實(shí)時(shí)測(cè)量溫度數(shù)據(jù)。8)通過(guò)步驟7)測(cè)量到的位移數(shù)據(jù)計(jì)算出鋼錠13與鋼錠模I的氣隙寬度，通過(guò)計(jì)算出的氣隙寬度和步驟7)測(cè)量到的溫度數(shù)據(jù)，結(jié)合熱量守恒原理計(jì)算得到鋼錠13與鋼錠模I的界面換熱系數(shù)隨時(shí)間變化的數(shù)值(具體計(jì)算方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員所具備的知識(shí)，在相關(guān)教科書(shū)中有所記載，此處不贅述)。上述實(shí)施例中，步驟I)中所加工的通孔2和步驟2)中所加工的盲孔6的直徑為5?10mm，步驟4)中所用的鋼棒3直徑為5?10mm，步驟5)中所用的鋼棒7直徑為5?IOmm,步驟3)中所加工的孔的直徑為20?30mm本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種在線測(cè)量鋼錠與鋼錠模的氣隙寬度和界面換熱系數(shù)的方法，包括以下步驟：1)在鋼錠模的某一高度上加工一垂直穿透鋼錠模側(cè)壁的通孔；2)在與步驟1)所加工的通孔同一高度的鋼錠模外壁上加工一垂直于鋼錠模側(cè)壁的盲孔，盲孔底部到鋼錠模內(nèi)壁的距離為20～30mm；3)在與步驟1)所加工的通孔和步驟2)所加工的盲孔同一高度的鋼錠模側(cè)壁上加工三個(gè)沿周向均勻分布的孔，其中兩個(gè)孔為通孔，一個(gè)孔為盲孔，盲孔底部到鋼錠模內(nèi)壁的距離為20～30mm；4)將一耐高溫金屬棒插入步驟1)所加工的通孔中，金屬棒的頭部位于鋼錠模內(nèi)，金屬棒的尾部位于鋼錠模外并與一位移傳感器通過(guò)一耐高溫隔熱材料連接，位移傳感器固定在一支架上，支架水平支撐在通孔旁的鋼錠模外壁上；5)將另一耐高溫金屬棒插入步驟2)所加工的盲孔中并緊密接觸盲孔底部，另一金屬棒的尾部與另一位移傳感器通過(guò)一耐高溫隔熱材料連接，另一位移傳感器固定在另一支架上，另一支架水平支撐在盲孔旁的鋼錠模外壁上；6)在步驟3)所加工的三個(gè)孔中分別安裝一高溫?zé)犭娕迹渲幸桓邷責(zé)犭娕嫉臏y(cè)量端伸出鋼錠模內(nèi)壁20～50mm，另一高溫?zé)犭娕嫉臏y(cè)量端距離鋼錠模內(nèi)壁20～50mm，第三高溫?zé)犭娕嫉?span style='display:none'>測(cè)量端與鋼錠模內(nèi)壁平齊；7)在鋼錠模中注入鋼水，在鋼錠凝固的過(guò)程中，通過(guò)兩位移傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量位移數(shù)據(jù)，通過(guò)三個(gè)高溫?zé)犭娕紝?shí)時(shí)測(cè)量溫度數(shù)據(jù)；8)通過(guò)步驟7)測(cè)量到的位移數(shù)據(jù)計(jì)算出鋼錠與鋼錠模的氣隙寬度，通過(guò)計(jì)算出的氣隙寬度和步驟7)測(cè)量到的溫度數(shù)據(jù)，結(jié)合熱量守恒原理計(jì)算得到鋼錠與鋼錠模的界面換熱系數(shù)隨時(shí)間變化的數(shù)值。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種在線測(cè)量鋼錠與鋼錠模的氣隙寬度和界面換熱系數(shù)的方法，包括以下步驟: 1)在鋼錠模的某一高度上加工一垂直穿透鋼錠模側(cè)壁的通孔； 2)在與步驟I)所加工的通孔同一高度的鋼錠模外壁上加工一垂直于鋼錠模側(cè)壁的盲孔，盲孔底部到鋼錠模內(nèi)壁的距離為20~30mm ； 3)在與步驟I)所加工的通孔和步驟2)所加工的盲孔同一高度的鋼錠模側(cè)壁上加工三個(gè)沿周向均勻分布的孔，其中兩個(gè)孔為通孔，一個(gè)孔為盲孔，盲孔底部到鋼錠模內(nèi)壁的距離為 20 ~30mm ; 4)將一耐高溫金屬棒插入步驟I)所加工的通孔中，金屬棒的頭部位于鋼錠模內(nèi)，金屬棒的尾部位于鋼錠模外并與一位移傳感器通過(guò)一耐高溫隔熱材料連接，位移傳感器固定在一支架上，支架水平支撐在通孔旁的鋼錠模外壁上； 5)將另一耐高溫金屬棒插入步驟2)所加工的盲孔中并緊密接觸盲孔底部，另一金屬棒的尾部與另一位移傳感器通過(guò)一耐高溫隔熱材料連接，另一位移傳感器固定在另一支架上，另一支架水平支撐在盲孔旁的鋼錠模外壁上； 6)在步驟3)所加工的三個(gè)孔中分別安裝一高溫?zé)犭娕迹渲幸桓邷責(zé)犭娕嫉臏y(cè)量端伸出鋼錠模內(nèi)壁20~50mm，另一高溫?zé)犭娕嫉臏y(cè)量端距離鋼錠模內(nèi)壁20~50mm，第三高溫?zé)犭娕嫉臏y(cè)量端與鋼錠模內(nèi)壁平齊； 7)在鋼錠模中注入鋼水，在鋼錠凝固的過(guò)程中，通過(guò)兩位移傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量位移數(shù)據(jù)，通過(guò)三個(gè)高溫?zé)犭娕?實(shí)時(shí)測(cè)量溫度數(shù)據(jù)； 8)通過(guò)步驟7)測(cè)量到的位移數(shù)據(jù)計(jì)算出鋼錠與鋼錠模的氣隙寬度，通過(guò)計(jì)算出的氣隙寬度和步驟7)測(cè)量到的溫度數(shù)據(jù)，結(jié)合熱量守恒原理計(jì)算得到鋼錠與鋼錠模的界面換熱系數(shù)隨時(shí)間變化的數(shù)值。2.如權(quán)利要求1所述的在線測(cè)量鋼錠與鋼錠模的氣隙寬度和界面換熱系數(shù)的方法，其特征在于:所述步驟I)中所加工的通孔和所述步驟2)中所加工的盲孔的直徑為5~10_，所述步驟4)中所用的金屬棒直徑為5~10_，所述步驟5)中所用的另一金屬棒直徑為5~IOmm,所述步驟3)中所加工的孔的直徑為20~30mm。3.如權(quán)利要求1所述的在線測(cè)量鋼錠與鋼錠模的氣隙寬度和界面換熱系數(shù)的方法，其特征在于:所述步驟I)中的通孔位于鋼錠模內(nèi)壁處加工成喇叭狀，同時(shí)所述步驟4)中...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：沈厚發(fā)，楊靖安，段振虎，柳百成，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：清華大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：北京;11