一种插钉实验用的校准装置及系统的制作方法

1.本实用新型涉及钢铁冶炼技术领域，尤其涉及一种插钉实验用的校准装置及系统。


背景技术：

2.连铸结晶器内的钢液流动直接影响铸坯的产品质量。若钢水在结晶器内的流动状态较差，会直接影响铸坯的初始凝固，结晶器保护渣的融化，保护渣在结晶器铜板和凝固坯壳间的润滑，弯月面速度分布和液面波动，导致卷渣的发生，给铸坯表面带来质量缺陷，甚至发生漏钢事故，影响生产节奏。实际浇铸过程中钢液液面温度维持在1500℃左右，结晶器像“黑匣子”一样无法得知内部流场状态。目前，有不少学者利用将钢钉插入结晶器液面的方法对浇铸过程中结晶器液面钢液流速，液位波动及流场对称性进行了一系列的研究，但是在实验过程中由于插钉操作人员的人为因素，在水平方向上，无法时刻保证插钉板位于结晶器宽度和厚度的中心；在垂直方向上，更加难以保证每次插钉时所有钢钉处于相同的插入深度，其测量结果存在大量的人为误差。
3.因此，有必要研究一种插钉实验用的校准装置及系统来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型提供了一种插钉实验用的校准装置及系统，通过定位支架保证插钉板在水平和垂直方向上实现定位、校准，从而达到提高实验测量结果准确度、减少人为误差的目的。
5.一方面，本实用新型提供一种插钉实验用的校准装置，其特征在于，所述校准装置包括插钉板和设于插钉板两端对其起到定位作用的定位支架；
6.定位支架包括嵌套式悬梁、两根垂直导臂和两片固定压片；两根垂直导臂分设在嵌套式悬臂两端，且垂直导臂的底端与嵌入式悬臂的外端连接，垂直导臂的顶端穿过对应侧固定压片的内端连接；
7.插钉板的两端分别与对应端的嵌套式悬梁连接。
8.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，垂直导臂与固定压片为螺纹连接，通过改变两者连接位置调整嵌套式悬梁的下悬高度。
9.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，嵌套式悬梁包括第一悬梁、第二悬梁和中空结构的外套筒；所述第一悬梁和所述第二悬梁的外端分别与对应侧的垂直导臂连接；所述第一悬梁和所述第二悬梁的内端分别从对应侧插入所述外套筒内进行连接。
10.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第一悬梁、所述第二悬梁和所述外套筒上均设有若干对应的螺孔；所述外套筒与所述第一悬梁有一个以上螺孔呈对齐状态，且螺孔内插有螺栓；所述外套筒与所述第二悬梁有一个以上螺
孔呈对齐状态，且螺孔内插有螺栓。
11.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，插钉板包括长板和垂设于长板下方的若干插钉；所有插钉直径大小相同，且在长板下方的外露长度相同。
12.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，插钉板与嵌套式悬梁的连接方式为搭接。
13.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，定位支架材质为304不锈钢。
14.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，两个垂直导臂之间的距离大于插钉板的宽度。
15.另一方面，本实用新型提供一种插钉实验系统，其特征在于，所述系统包括结晶器和如上任一所述的校准装置；所述校准装置的定位支架架设在结晶器两侧壁上端面，嵌套式悬梁下悬于结晶器内。
16.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，结晶器的侧壁与定位支架的空隙小于5mm。
17.再一方面，本实用新型校准装置以及其系统使用时的插钉实验方法包括以下步骤：
18.s1、根据结晶器和插钉板的尺寸数据以及结晶器内钢液的高度调整所述定位支架的尺寸；
19.s2、将两个定位支架架设在结晶器的两侧壁上，使定位支架的嵌套式悬臂垂设于钢液液面之上；
20.s3、将插钉板置于两个定位支架之间，且插钉板的两端与对应端嵌套式悬臂连接；
21.s4、将插钉板取出冷却，测量插钉上附着的金属块的尺寸数据；
22.s5、根据测量出的金属块的尺寸数据计算本次插钉实验所需要的参数。
23.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤s1的内容包括：
24.根据结晶器的宽度和插钉板的宽度调整嵌套式悬臂的宽度；
25.根据结晶器内钢液液面和结晶器侧壁上表面的距离、插钉板中插钉的长度以及本次插钉实验要求的插入深度，确定嵌套式悬臂的下悬高度；根据下悬高度调整垂直导臂和固定压片的连接位置。
26.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤s5的内容包括计算钢液流速；所述钢液流速的计算公式为
[0027][0028]
式中：φ
lump
为金属块直径；h
lump
为金属块最高点和最低点的高度差；v
s
为钢液流速。
[0029]
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述方法的步骤还包括：
[0030]
s6、根据测量出的金属块的尺寸数据绘制三维液位波高图；
[0031]
s7、根据计算出的结晶器内钢液流速的大小和方向，绘制二维弯月面速度分布图；
[0032]
步骤s6和s7顺序不固定。
[0033]
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，结晶器内钢液流速的方向通过步骤s4金属块的尺寸数据的测量获得。
[0034]
与现有技术相比，本实用新型可以获得包括以下技术效果：本技术的校准装置可以实现插钉板在结晶器宽度和厚度方向上的定位，同时具有保证所有钢钉处于相同插入深度的校准功能，从而保证插钉实验测量结果的准确度，避免人为误差；此外，定位支架还可以按照现场实际浇铸情况以及插钉实验的需要调节支架的宽度和高度，适用性强，在增加灵活性的同时减少了制作成本。
[0035]
当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
附图说明
[0036]
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0037]
图1是本实用新型一个实施例提供的插钉实验用校准装置的实施结构示意图；
[0038]
图2是本实用新型一个实施例提供的定位支架示意图；
[0039]
图3是本实用新型一个实施例提供的各测量距离示意图；其中，图3(a)为为本实用新型实施后需要测量的钢钉所粘金属块最高点至钢钉末端的距离；图3(b)为本实用新型实施后需要测量的钢钉所粘金属块最低点钢钉末端的距离；图3(c)为本实用新型实施后需要测量的钢钉所粘金属块的直径和高度差。
[0040]
其中，图中：
[0041]
1、浸入式水口；2、结晶器宽面；3、结晶器窄面；4、结晶器保护渣；5、钢液；6、定位支架；7、插钉板；61、固定压片；62、垂直导臂；63、第一悬梁；64、第二悬梁；65、螺栓；66、螺孔；8、插钉；9、金属块。
具体实施方式
[0042]
为了更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型实施例进行详细描述。
[0043]
应当明确，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0044]
在本实用新型实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
[0045]
针对现有技术的不足，本实用新型提供一种插钉实验用的校准装置，校准装置为不锈钢材质制作的定位支架，其具有实现在结晶器宽度和厚度方向上的水平定位功能，同时具有保证所有钢钉处于相同插入深度的校准功能，保证插钉实验测量结果的准确度，避
免人为误差。此外，定位支架还可以按照现场实际浇铸情况，根据插钉实验需要实时调节支架的宽度和高度，在增加灵活性的同时减少了制作成本。
[0046]
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：在插钉板实验进行之前，在浇注中的结晶器水口和窄面附近固定定位支架，通过定位支架对插钉板起到水平向的定位作用，同时通过插钉板中插钉的长度一致实现垂直向插入深度一致。
[0047]
该插钉实验用的校准装置包括插钉板7和设于插钉板两端对其起到定位作用的定位支架6，该定位支架可以选用不锈钢材质，也可以是其他耐高温、高强度的材质。如图1和图2所示，定位支架6的包括设于底部的嵌套式悬梁、两根平行设置的垂直导臂62和两片固定压片61。嵌套式悬梁用于与插钉板的端部连接，起到水平定位作用。两根垂直导臂62分设在嵌套式悬梁的两端，且垂直导臂62的底端与嵌套式悬梁的端部可拆卸连接或固定连接。两根垂直导臂62的顶端穿设在对应的固定压片61的内端，两者螺纹连接。可以根据结晶器内钢液液面的高度调整固定压片与垂直导臂的连接位置，以实现对嵌套式悬梁在结晶器内设置位置的调整。
[0048]
使用时，两片固定压片61的外端架设在结晶器的两个宽面上表面，嵌套式悬梁正好位于结晶器内部钢液液面之上，插钉板和设于其两端的嵌套式悬梁连接，起到定位作用。
[0049]
嵌套式悬梁包括第一悬梁63、第二悬梁64和中空的外套筒。第一悬梁63和第二悬梁64的外端分别与对应侧的垂直导臂62连接，第一悬梁63和第二悬梁64的内端分别从对应侧插入外套筒内。第一悬梁63、第二悬梁64和外套筒上分别均匀设有若干相互对应的螺孔66，当外套筒上的螺孔66与第一或第二悬梁上的螺孔66对齐后，插入螺栓65，使外套筒与对应侧的悬梁固定。通过调整第一悬梁和第二悬梁与外套筒的固定位置，实现对嵌入式悬梁的宽度进行调整。
[0050]
插钉板包括长板和垂设于长板下方的若干均匀分布的插钉。所有插钉的外露长度相同、直径大小相同、表面光滑度也相同，以保证所有插钉与钢液接触后的附着能力相同。插钉可以是不锈钢钉或其他能够满足插钉实验要求的钉子。插钉板的两端搭设在对应端的嵌套式悬梁上，起到定位作用。
[0051]
使用该校准装置的方法包括如下步骤：
[0052]
步骤1：定位支架的制作：根据结晶器和水口断面尺寸制作支架，保证定位支架的嵌套式悬梁宽度以及嵌套式悬梁与固定压片的距离适合该结晶器的宽度和钢液液面的高度；定位支架材质可以选用304不锈钢；
[0053]
步骤2：支架固定：将支架固定在水口和窄面位置，支架的嵌套式悬梁与结晶器液面平行；
[0054]
步骤3：插钉实验：在实际浇注过程中，将插钉板置于两个定位支架之间垂直插入结晶器液面，使插钉板在结晶器宽度和厚度方向(即水平方向和垂直方向)上实现定位，在垂直方向上保证所有钢钉处于同一插入深度，数秒后同时垂直提出，待其冷却；清理每个钢钉所粘保护渣，将凝固在钢钉上的金属(例如冷却后的钢液)露出；
[0055]
步骤4：数据处理：对所有插钉板上的钢钉用游标卡尺和量角器进行测量，用游标卡尺分别测量钢钉上粘结的金属直径、金属块最高点和最低点至钢钉末端的距离以及计算在钢钉两侧最高点和最低点的高度差值；用量角器测量金属块最高点水平指向最低点的线段与水平线夹角。根据公式(1)计算钢液流速大小，其方向为钢钉上所粘金属最高点水平指
向最低点；
[0056][0057]
式中：φ
lump
为金属的直径，mm；h
lump
为金属块的高度差值，mm；v
s
为钢液流速，m/s。
[0058]
步骤5：三维液位波高图绘制：先将步骤4得到的所有钢钉上金属块最高点和最低点至钢钉末端进行差值计算，然后对差值进行归一化处理，再利用专业绘图软件绘制云图，得到实际生产中当前浇铸参数下结晶器液位波高的三维轮廓图；
[0059]
步骤6：二维弯月面速度分布图绘制：将步骤4中得到的结晶器液面流速的大小和方向利用专业绘图软件绘制速度矢量图，得到实际生产中当前浇铸参数下结晶器二维弯月面速度分布图。
[0060]
在实施过程中水口外壁与不锈钢支架的空隙、结晶器铜冷却壁与不锈钢支架的空隙均小于5mm，同时保证钢钉板能通过支架插入结晶器，以此实现定位和校准的作用。其所有零件的材质都可使用304不锈钢制作，避免对实际生产连铸平台上的液位检测装置产生干扰。
[0061]
实施例1：
[0062]
本实施例在结晶器断面尺寸为宽度1350mm、厚度230mm的连铸机上进行，水口尺寸为外径140mm、内径80mm，长度890mm，出口高90mm、宽70mm，出口角度向下15
°
，浸入深度135mm，拉速1.0/min，吹氩流量10nl/min。包括如下步骤：
[0063]
(1)制作插钉板：钢钉长度为100mm、直径为10mm，在厚度为70mm的木板上成3行
×
9列均匀分布，其中木板长595mm、宽170mm；
[0064]
(2)制作定位支架：压片长200mm、宽50mm、高10mm，垂直导臂长250mm、直径15mm，通过螺栓固定后悬梁长220mm、宽20mm、高10mm；
[0065]
(3)在实际浇铸过程中，将定位支架固定在靠近水口和窄面附近，然后将插钉板在水口两侧通过定位支架同时垂直插入结晶器液面，3秒后同时垂直提出，待其冷却；
[0066]
(5)所有实验结束后清理每个钢钉所粘保护渣，将实施步骤(3)后凝固在钢钉上的金属露出；
[0067]
(6)分别测量步骤(5)所述金属直径φ、金属块最高点和最低点至钢钉末端的距离h
max
和h
min
、在钢钉两侧高度差h以及金属块最高点水平指向最低点的线段与水平线夹角；测量结果如表1
‑
1和表1
‑
2所示。
[0068]
表1
‑
1水口左侧钢钉粘结金属块测量数据
[0069][0070][0071]
表1
‑
2水口右侧钢钉粘结金属块测量数据
[0072][0073][0074]
(7)根据公式(a)计算钢液流速大小，实施本实用新型的计算结果如表2
‑
1和2
‑
2所示，其方向为步骤(6)所述钢钉上所粘金属最高点水平指向最低点；计算结果如表2
‑
1和表2
‑
2所示
[0075][0076]
式中：φ为步骤(5)所述金属直径，mm；h为步骤(5)所述金属高度，mm；v
s
为钢液流速，m/s。
[0077]
表2
‑
1水口左侧钢液流速和钢液流动方向
[0078][0079][0080]
表2
‑
2水口右侧钢液流速和钢液流动方向
[0081][0082]
(8)对步骤(6)测量得到的高度差值进行归一化处理，计算结果如表3
‑
1和表3
‑
2所示。
[0083]
表3
‑
1水口左侧钢钉粘结金属高度差值归一化结果
[0084]
外弧1.000.790.830.730.690.480.430.280.09中心0.700.830.510.190.340.700.660.430.25内弧0.270.590.660.660.760.880.340.181.00
[0085]
表3
‑
2水口右侧钢钉粘结金属高度差值归一化结果
[0086]
外弧0.230.070.130.340.730.931.000.620.58中心0.540.280.390.320.280.450.650.370.18内弧0.210.280.060.200.500.450.500.280.38
[0087]
(9)将步骤(6)和(7)得到的每个时刻结晶器弯月面流速的大小和方向利用专业绘图软件绘制速度矢量图，得到实际生产中当前浇铸参数下的二维弯月面速度矢量分布图；
[0088]
(10)将步骤(8)得到的每个时刻所有钢钉上金属块最高点和最低点至钢钉末端距离差值的归一化结果利用专业绘图软件绘制云图，得到实际生产中当前浇铸参数下的结晶器三维液面波高轮廓图；
[0089]
(11)在不同浇铸参数下重复以上步骤，同时使用定位支架使插钉板在水平方向上进行定位，在垂直方向上实现校准，从而达到提高实验测量结果准确度，减少人为误差的目
的。
[0090]
以上对本技术实施例所提供的一种插钉实验用的校准装置及系统，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。
[0091]
如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本技术的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本技术的一般原则为目的，并非用以限定本技术的范围。本技术的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。
[0092]
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
[0093]
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0094]
上述说明示出并描述了本技术的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本技术并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本技术的精神和范围，则都应在本技术所附权利要求书的保护范围内。