鋼液表面附近流速的測量裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示了一種鋼液表面附近流速的測量裝置及方法，該裝置包括測速棒和測速棒偏轉(zhuǎn)裝置。測速棒偏轉(zhuǎn)裝置包括測速棒配重、偏轉(zhuǎn)軸承外套、偏轉(zhuǎn)軸承、偏轉(zhuǎn)角度指示板、偏轉(zhuǎn)角度指針和測速棒固定螺釘。偏轉(zhuǎn)軸承外套和偏轉(zhuǎn)軸承均為圓環(huán)部件，偏轉(zhuǎn)軸承可滑動地套裝在偏轉(zhuǎn)軸承外套的內(nèi)壁上。偏轉(zhuǎn)軸承外套的外表面包括一個向外延伸的配重桿，配重桿和測速棒固定螺釘分別安裝在偏轉(zhuǎn)軸承外套的外表面上，測速棒配重安裝于配重桿上。該方法主要根據(jù)測速棒的重心、旋轉(zhuǎn)支點和沖擊力著力點，計算旋轉(zhuǎn)支點和重心之間的距離，以及旋轉(zhuǎn)支點和沖擊力著力點之間的距離，測量測速棒的重力值，將測速棒插入鋼液中，得到旋轉(zhuǎn)角度和插入深度，從而計算出鋼液流速。
【專利說明】鋼液表面附近流速的測量裝置和方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高溫鋼液流動參數(shù)的測量裝置及其方法，更具體地說，涉及一種鋼液表面附近流速的測量裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]盡管結(jié)晶器、中間包內(nèi)的鋼液流場對于煉鋼過程中夾雜物的控制和鑄坯質(zhì)量的控制具有十分重要的意義，由于鋼液溫度高達(dá)1600° C左右，常用的液態(tài)流速測量裝置和方法都不能發(fā)揮作用，因此實際高溫鋼液流速的測量成為煉鋼領(lǐng)域的技術(shù)難題。
[0003]通過結(jié)晶器內(nèi)鋼液表面附近流速的直接測量，可以對結(jié)晶器內(nèi)鋼液流場進(jìn)行控制，從而可以有效地降低卷渣、夾雜物和氣泡等導(dǎo)致的連鑄坯表面缺陷，進(jìn)而降低汽車外板等冷軋板的表面缺陷發(fā)生率。很顯然，結(jié)晶器表面附近流速控制的關(guān)鍵是結(jié)晶器內(nèi)鋼液表面附近流速的測量。
[0004]結(jié)晶器中的保護(hù)渣在連鑄過程中一是防止鋼液表面的氧化，二是在結(jié)晶器和鑄坯之間起潤滑作用，三是可以撲捉上浮的夾雜物，四是可以起到鋼液保溫的作用。但是為了提高連鑄坯的表面質(zhì)量，必須要抑制結(jié)晶器保護(hù)渣卷入鋼液。
[0005]如圖1和圖2所示，在煉鋼的連鑄過程中，中間包10內(nèi)的鋼液依次通過中間包擋墻9、滑動水口 11、浸入式水口 I注入結(jié)晶器5中，從浸入式水口出口 3出來的鋼液在撞擊結(jié)晶器短邊壁之后，形成朝向結(jié)晶器鋼液表面的向上回轉(zhuǎn)流4，和朝向結(jié)晶器下方的向下回轉(zhuǎn)流6。控制結(jié)晶器內(nèi)形成合適的流場形式和流速分布對于連鑄坯內(nèi)的夾雜物和表面質(zhì)量控制，以及汽車外板等冷軋產(chǎn)品的表面質(zhì)量控制至關(guān)重要。
[0006]當(dāng)向上的回轉(zhuǎn)流4的流速過大的時候，容易造成結(jié)晶器表面波動增大，從而導(dǎo)致保護(hù)渣卷入鋼液中。當(dāng)保護(hù)渣卷混發(fā)生之后，將會導(dǎo)致冷軋鋼板表面缺陷的發(fā)生，降低產(chǎn)品的成材率。但是當(dāng)向上的回轉(zhuǎn)流4的流速過小的時候，彎月面附近鋼液的流動性降低，該處鋼液溫度下降，保護(hù)渣的熔化變得不夠充分，這樣將導(dǎo)致保護(hù)渣撲捉上浮夾雜物的功能弱化。從而夾雜物和保護(hù)渣在彎月面附近的凝固坯殼7被撲捉，同樣導(dǎo)致最終產(chǎn)品冷軋卷的缺陷發(fā)生率上升。
[0007]專利文獻(xiàn)(特開平4-178525)提出了將陶瓷棒插入鋼液中，陶瓷棒在鋼液的流動沖擊下沿著流動的方向?qū)τ谠谔沾砂羯喜吭O(shè)置的壓力傳感器產(chǎn)生壓力，通過壓力傳感器壓力的大小，可以換算得到鋼液近表面的流速。但是這種測量方法裝置較復(fù)雜，同時惡劣的高溫環(huán)境也影響壓力傳 感器的精度和使用穩(wěn)定性，這樣導(dǎo)致流速測量的誤差較大。另外，該測速壓力感應(yīng)棒的旋轉(zhuǎn)支點位于感應(yīng)棒的上部頂端附近位置，這樣感應(yīng)棒旋轉(zhuǎn)一定的角度需要較大的力矩，速度測量靈敏度不高，這在結(jié)晶器內(nèi)等鋼液流速較低的情況下影響尤其顯著。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的旨在提供一種鋼液表面附近流速的測量裝置和方法，來解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的各種不足。[0009]根據(jù)本發(fā)明，提供一種鋼液表面附近流速的測量裝置，包括測速棒和測速棒偏轉(zhuǎn)裝置。測速棒偏轉(zhuǎn)裝置包括測速棒配重、偏轉(zhuǎn)軸承外套、偏轉(zhuǎn)軸承、偏轉(zhuǎn)角度指示板、偏轉(zhuǎn)角度指針和測速棒固定螺釘。偏轉(zhuǎn)軸承外套和偏轉(zhuǎn)軸承均為圓環(huán)部件，偏轉(zhuǎn)軸承可滑動地套裝在偏轉(zhuǎn)軸承外套的內(nèi)壁上。偏轉(zhuǎn)軸承外套的外表面包括一個向外延伸的配重桿，配重桿和測速棒固定螺釘分別安裝在偏轉(zhuǎn)軸承外套的外表面上，兩者間隔180度，測速棒配重安裝于配重桿上。偏轉(zhuǎn)角度指示板呈扇形，扇形的頂角安裝于偏轉(zhuǎn)軸承的端面上，扇形的弧的表面包括刻度。偏轉(zhuǎn)角度指針一端安裝于扇形的頂角，另一端指向扇形的弧的刻度，并且平行于所述測速棒，隨著測速棒的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動。測速棒通過測速棒固定螺釘安裝于偏轉(zhuǎn)軸承外套的外表面。[0010]根據(jù)本發(fā)明的一實施例，測速棒配重包括上固定螺釘、平衡片、下固定螺釘。平衡片為圓環(huán)狀配重片，套在配重桿上，上固定螺釘和下固定螺釘分別從上方和下方固定在配重桿上，限位平衡片。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一實施例，還包括測速裝置支架、支架底座和水平調(diào)節(jié)螺釘。支架底座上表面垂直安裝四根測速裝置支架，其下表面沿四個方向分別延伸出四根支撐腳，每根支撐腳上垂直設(shè)置一根水平調(diào)節(jié)螺釘，水平調(diào)節(jié)螺釘可沿垂直方向調(diào)節(jié)。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一實施例，還包括測速棒上下移動裝置。測速棒上下移動裝置包括移動導(dǎo)軌、移動滑輪、移動支撐板、移動支撐板固定螺釘、位置固定裝置和位置固定用連桿。移動導(dǎo)軌設(shè)置于測速裝置支架上，支撐板設(shè)置4個移動滑輪，通過移動支撐板固定螺釘貫穿支撐板的上下表面，將移動滑輪固定在支撐板的下表面，移動滑輪嵌入移動導(dǎo)軌中。位置固定裝置設(shè)置于測速裝置支架上，移動支撐板和位置固定裝置通過位置固定用連桿來連接。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一實施例，還包括水平支撐桿和支撐桿固定螺釘。水平支撐桿水平設(shè)置，一端連接測速棒上下移動裝置，另一端插入到偏轉(zhuǎn)軸承的圓環(huán)中，支撐桿固定螺釘設(shè)置在水平支撐桿的頂端，緊貼偏轉(zhuǎn)軸承的端面。
[0014]本發(fā)明的另一方面，還提供一種鋼液表面附近流速的測量方法，包括以下步驟:步驟一，找出測速棒的重心、旋轉(zhuǎn)支點和沖擊力著力點；步驟二，計算旋轉(zhuǎn)支點和重心之間的距離，以及旋轉(zhuǎn)支點和沖擊力著力點之間的距離；步驟三，測量測速棒的重力值；步驟四，將測速棒插入鋼液中，得到旋轉(zhuǎn)角度和插入鋼液深度；步驟五，計算鋼液沖擊力；步驟六，測量測速棒在垂直于鋼液流速方向的投影面積、鋼液密度和繞流阻力系數(shù)；步驟七，計算鋼液流速。
[0015]當(dāng)測速棒插入流動的鋼液中，受到重力Fe和流動鋼液沖擊力Fd的作用。當(dāng)測速棒偏離一定的角度Θ并達(dá)到平衡時，重力所產(chǎn)生的力矩和流動鋼液沖擊力所產(chǎn)生的力矩達(dá)到平衡，如式(I)所示。[0016]
【權(quán)利要求】
1.一種鋼液表面附近流速的測量裝置，包括測速棒和測速棒偏轉(zhuǎn)裝置，其特征在于: 所述測速棒偏轉(zhuǎn)裝置包括測速棒配重、偏轉(zhuǎn)軸承外套、偏轉(zhuǎn)軸承、偏轉(zhuǎn)角度指示板、偏轉(zhuǎn)角度指針和測速棒固定螺釘； 所述偏轉(zhuǎn)軸承外套和所述偏轉(zhuǎn)軸承均為圓環(huán)部件，所述偏轉(zhuǎn)軸承可滑動地套裝在所述偏轉(zhuǎn)軸承外套的內(nèi)壁上； 所述偏轉(zhuǎn)軸承外套的外表面包括一個向外延伸的配重桿，所述配重桿和所述測速棒固定螺釘分別安裝在所述偏轉(zhuǎn)軸承外套的外表面上，兩者間隔180度，所述測速棒配重安裝于所述配重桿上； 所述偏轉(zhuǎn)角度指示板呈扇形，扇形的頂角安裝于所述偏轉(zhuǎn)軸承的端面上，扇形的弧的表面包括刻度； 所述偏轉(zhuǎn)角度指針一端安裝于所述扇形的頂角，另一端指向所述扇形的弧的刻度，并且平行于所述測速棒，隨著測速棒的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動； 所述測速棒通過所述測速棒固定螺釘安裝于所述偏轉(zhuǎn)軸承外套的外表面。
2.如權(quán)利要求1所述的鋼液表面附近流速的測量裝置，其特征在于: 所述測速棒配重包括上固定螺釘、平衡片、下固定螺釘； 所述平衡片為圓環(huán)狀配重片，套在所述配重桿上，所述上固定螺釘和所述下固定螺釘分別從上方和下方固定在所述配重桿上，限位所述平衡片。
3.如權(quán)利要求1所述的鋼液表面附近流速的測量裝置，其特征在于，還包括: 測速裝置支架、支架底座和水平調(diào)節(jié)螺釘； 所述支架底座上表面垂直安裝四根所述測速裝置支架，其下表面沿四個方向分別延伸出四根支撐腳，每根所述支撐腳上垂直設(shè)置一根所述水平調(diào)節(jié)螺釘，所述水平調(diào)節(jié)螺釘可沿垂直方向調(diào)節(jié)。
4.如權(quán)利要求3所述的鋼液表面附近流速的測量裝置，其特征在于，還包括: 測速棒上下移動裝置； 所述測速棒上下移動裝置包括移動導(dǎo)軌、移動滑輪、移動支撐板、移動支撐板固定螺釘、位置固定裝置和位置固定用連桿； 所述移動導(dǎo)軌設(shè)置于所述測速裝置支架上，所述支撐板設(shè)置4個所述移動滑輪，通過所述移動支撐板固定螺釘貫穿所述支撐板的上下表面，將所述移動滑輪固定在所述支撐板的下表面，所述移動滑輪嵌入所述移動導(dǎo)軌中； 所述位置固定裝置設(shè)置于所述測速裝置支架上，所述移動支撐板和所述位置固定裝置通過所述位置固定用連桿來連接。
5.如權(quán)利要求4所述的鋼液表面附近流速的測量裝置，其特征在于，還包括: 水平支撐桿和支撐桿固定螺釘； 所述水平支撐桿水平設(shè)置，一端連接所述測速棒上下移動裝置，另一端插入到所述偏轉(zhuǎn)軸承的圓環(huán)中，所述支撐桿固定螺釘設(shè)置在所述水平支撐桿的頂端，緊貼所述偏轉(zhuǎn)軸承的端面。
6.一種鋼液表面附近流速的測量方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一，找出測速棒的重心、旋轉(zhuǎn)支點和沖擊力著力點； 步驟二，計算旋轉(zhuǎn)支點和重心之間的距離，以及旋轉(zhuǎn)支點和沖擊力著力點之間的距離； 步驟三，測量測速棒的重力值； 步驟四，將測速棒插入鋼液中，得到旋轉(zhuǎn)角度和插入深度； 步驟五，計算鋼液沖擊力； 步驟六，測量測速棒在垂直于鋼液流速方向的投影面積、鋼液密度和繞流阻力系數(shù)； 步驟七，計算鋼液流速。
7.如權(quán)利要求6所述的鋼液表面附近流速的測量方法，其特征在于: 將測速棒插入流動的鋼液中，受到重力和流動鋼液沖擊力的作用，當(dāng)測速棒偏離一定的角度并達(dá)到平衡時，重力所產(chǎn)生的力矩和流動鋼液沖擊力所產(chǎn)生的力矩達(dá)到平衡。
8.如權(quán)利要求6所述的鋼液表面附近流速的測量方法，其特征在于: 所述步驟一還包括設(shè)定所述測速棒的配重，將所述測速棒的重心調(diào)整到接近所述測速棒的旋轉(zhuǎn)支點的位置 ，使所述測速棒和所述配重基本處于重力平衡狀態(tài)。
【文檔編號】G01P5/04GK103837701SQ201210485150
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月26日
【發(fā)明者】楊健, 職建軍, 祝凱, 朱健樺, 范正潔, 王睿之, 沈建國, 鄭貽裕 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司