一种模拟薄带连铸结晶辊表面氧化膜生成的装置及其方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109036073A(43)申请公布日2018.12.18(21)申请号201810998865.X(22)申请日2018.08.30(71)申请人中南大学地址410083湖南省长沙市岳麓区麓山南路932号(72)发明人王万林吕培生周乐君张同生张凯旋应国民钱海瑞(74)专利代理机构长沙市融智专利事务所43114代理人颜勇(51)Int.Cl.G09B25/00(2006.01)B22D11/06(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图2页(54)发明名称一种模拟薄带连铸结晶辊表面氧化膜生成的装置及其方法(57)摘要本发明公开了一种模拟薄带连铸结晶辊表面氧化膜生成的装置及其方法，包括熔炼系统、气氛控制系统、膜收集系统、用于测量感应炉内氧分压的氧分压测量仪以及与埋藏在所述基体内的热电偶连接的温度采集系统；对应坩埚的上方的炉体壁面上设有气帘盖，气帘盖的内侧壁开有若干个可喷出保护性气体以隔离炉内保护气氛与外部空气接触的气孔；膜收集系统包括位于坩埚上方的基体以及控制基体升降的升降机构，基体内设有通有冷却介质的冷却液管道。本发明可以用来模拟实际双辊薄带连铸中结晶辊表面氧化膜生成过程，具有很好的模拟性和经济性，且基体上形成的氧化沉积膜容易收集，方便用于研究氧化膜的形成机理以及氧化膜对亚快速凝固过程传热的影响。CN109036073ACN109036073A权利要求书1/2页1.一种模拟薄带连铸结晶辊表面氧化膜生成的装置，包括：熔炼系统，包括熔化金属的感应炉、设置于感应炉内的坩埚以及控制感应炉加热温度的温度反馈单元；气氛控制系统，用于向感应炉内通入保护气体；其特征在于还包括：膜收集系统、用于测量感应炉内氧分压的氧分压测量仪以及与埋藏在所述基体内的热电偶连接的温度采集系统；对应坩埚的上方的炉体壁面上设有气帘盖，气帘盖的内侧壁开有若干个可喷出保护性气体以隔离炉内保护气氛与外部空气接触的气孔；所述膜收集系统包括位于坩埚上方的基体以及控制基体升降以从炉体外穿过气帘盖进入炉体内的升降机构，所述基体内设有通有冷却介质的冷却液管道。2.根据权利要求1所述的模拟薄带连铸结晶辊表面氧化膜生成的装置，其特征在于：所述基体为尖端朝下的楔形结构，所述楔形结构的四周被耐火材料包围，只留下一个裸露的基体面与金属液接触。3.根据权利要求2所述的模拟薄带连铸结晶辊表面氧化膜生成的装置，其特征在于：所述冷却液管道为平行贴近于所述基体面从上到下弯折延伸的蛇形管道，所述蛇形管道由平直部和将相邻平直部顺次连通的弯折部组成，相邻平直部的间距从上到下逐渐变大。4.根据权利要求3所述的模拟薄带连铸结晶辊表面氧化膜生成的装置，其特征在于：埋藏在上述基体的热电偶共有两排，每一排热电偶包括从上到下平行于所述基体面设置的至少四根热电偶，每一排中相邻两根热电偶的距离相等，两排热电偶位于所述冷却液管道与所述基体面之间，其中一排热电偶距离基体面的距离大于等于0.5mm，另一排热电偶距离基体面的距离大于等于2mm。5.根据权利要求2或3或4所述的模拟薄带连铸结晶辊表面氧化膜生成的装置，其特征在于：所述升降机构采用电动控制的卷扬机或丝杆机构，所述感应炉的侧壁上设有石英玻璃观察口。6.根据权利要求2或3或4所述的模拟薄带连铸结晶辊表面氧化膜生成的装置，其特征在于：所述温度反馈单元包括贯穿安装在感应炉炉体壁面上且朝向所述坩埚的红外测温计以及与红外测温计电性连接的PID控制装置，所述PID控制装置与感应炉的加热控制电路电性连接。7.根据权利要求2或3或4所述的模拟薄带连铸结晶辊表面氧化膜生成的装置，其特征在于：所述气氛控制系统包括真空泵及装有保护气体的气瓶，所述感应炉上设有进气口和出气口，所述气瓶与所述进气口连通，所述真空泵通过抽气管与所述感应炉炉腔连通。8.根据权利要求7所述的模拟薄带连铸结晶辊表面氧化膜生成的装置，其特征在于：所述氧分压测量仪设置在所述出气口上。9.一种模拟薄带连铸结晶辊表面氧化膜生成的方法，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的模拟薄带连铸结晶辊表面氧化膜生成的装置，包括如下步骤：步骤一：将一定量的实验金属放入坩埚中，往炉体内通入惰性保护气体；步骤二：开启感应炉加热金属使之熔化并将熔体温度控制在目标温度；步骤三：打开气帘盖，并开启惰性气帘保护，接着通过升降机构，使得基体以一定的速2CN109036073A权利要求书2/2页度快速向下运动，同时开启温度采集系统；基体浸入一定深度后以相同的速度离开熔池，形成一层氧化膜；步骤四：收集基体表面的氧化沉积膜，进行后续的分析研究。10.根据权利要求9所述的模拟薄带连铸结晶辊表面氧化膜生成的方法，其特征在于：基体插入速度为2m/s-3m/s，热电偶采集频率为1000H