一种板坯连铸结晶器热流检测装置及方法

技术领域

本发明涉及检测技术领域，特别是涉及一种板坯连铸结晶器热流检测装置及方法。

背景技术

目前，铸坯质量问题是连续铸造领域最为严重的问题之一，而铸坯质量缺陷一般是在结晶器内产生的，因此，对于结晶器内钢液一次冷却凝固行为的研究变得尤为重要，结晶器热流则是研究结晶器内钢液凝固行为极其重要的参数。在板坯连续铸造的生产过程中，需对结晶器铜板热流进行实时监测。然而基于现有技术手段的限制，结晶器实时热流却不能及时准确地获得，通常都是基于结晶器冷却水总体热平衡来进行间接换算，其所得结果仅能近似反映出结晶器的总体平均热流，而与铸坯质量关系更为密切的局部实时热流分布则无法获得。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种板坯连铸结晶器热流检测装置及方法，用于解决现有技术中坯连铸结晶器热流不便于检测的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种板坯连铸结晶器热流检测装置，包括：

热电偶单元，按照板坯连铸结晶器热流的流向设置所述热电偶单元的工作端和参考端；

壳体，所述壳体包括一凹槽，所述热电偶单元设置在所述凹槽内，所述壳体还包括导线孔，所述热电偶单元的引线由所述导线孔引出。

可选的，所述板坯连铸结晶器热流检测装置远离所述热电偶单元的一端设有固定环和底座，所述固定环与所述底座之间通过阻尼单元连接。

可选的，所述底座底部设有用于导出所述热电偶单元的引线的导出孔。

可选的，通过环氧树脂胶将所述热电偶单元封装在所述凹槽内。

可选的，所述板坯连铸结晶器热流检测装置还包括安装单元，所述安装单元的形状与所述壳体相匹配，且所述安装单元按照板坯连铸结晶器热流的流向设置在结晶器背板上。

可选的，所述安装单元为空心螺杆，所述空心螺杆分别与所述固定环和所述底座的形状相匹配。

可选的，所述热电偶单元包括多个热电偶子单元，多个所述热电偶子单元并列设置。

可选的，所述热电偶单元的引线的末端设有焊盘，所述导线孔内设有导线，所述焊盘与所述导线相匹配。

一种板坯连铸结晶器热流检测方法，利用所述的板坯连铸结晶器热流检测装置采集热流值，板坯连铸结晶器热流检测方法包括：

将所述热电偶单元采集电势信号通过所述热电偶单元的引线导出，并通过所述电势信号确定热流值。

可选的，将热电偶单元采集电势信号通过所述热电偶单元的引线导出，并通过所述电势信号确定热流值的数学表达为：

Q＝K·ΔT/ΔL

E＝Q/V

其中，Q为热流值，E为电势信号，K为壳体的导热系数，ΔT为热电偶单元中工作端和参考端之间的温差，ΔL为热电偶单元中工作端和参考端之间的距离。

如上所述，本发明的板坯连铸结晶器热流检测装置及方法，具有以下有益效果：

利用热电偶单元尺寸小、响应快的特点，可直接检测到沿结晶器铜板厚度方向上局部热流的瞬时变化。

附图说明

图1显示为本发明实施例中热电偶单元的结构示意图。

图2显示为本发明实施例中板坯连铸结晶器热流检测装置的结构示意图。

图3显示为本发明实施例中板坯连铸结晶器热流检测装置的凹槽结构示意图。

图4显示为本发明实施例中板坯连铸结晶器热流检测装置另一结构示意图。

图5显示为本发明实施例中板坯连铸结晶器热流检测装置剖面结构示意图。

图6显示为本发明实施例中板坯连铸结晶器热流检测装置的工作状态示意图。

1 热电偶单元

11 焊盘

2 壳体

21 凹槽

22 导线

3 固定环

31 弹簧

4 底座

5 结晶器背板

6 空心螺杆

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图6。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

请参阅图1至图6，本发明提供一种板坯连铸结晶器热流检测装置，包括：

热电偶单元1，按照板坯连铸结晶器热流的流向设置所述热电偶单元1的工作端和参考端，可将热电偶单元1设置在板坯连铸结晶器热流检测装置的端部，利用热电偶单元1的热电堆原理采集板坯连铸结晶器热流的流向的温度变化，达到检测局部实时热流分布的目的；

壳体2，所述壳体2包括一凹槽21，所述热电偶单元1设置在所述凹槽21内，所述壳体2还包括导线22孔，所述热电偶单元1的引线由所述导线22孔引出，该凹槽21用于承载和安装热电偶，也便于当热电偶故障时，及时进行检修和更换，可视采集热流的热量的大小设计不同尺寸的凹槽21，用于串联一个或者多个热电偶单元1，达到精确测量板坯连铸结晶器热流的目的，为了便于封装以及导热，可以采用环氧树脂胶进行封装热电偶单元1。

在一些实施过程中，所述板坯连铸结晶器热流检测装置远离所述热电偶单元1的一端设有固定环3和底座4，所述固定环3与所述底座4之间通过阻尼单元连接，例如可以设置弹簧31。壳体2分为上、下两部分，其中下盖中间开槽用于热电偶单元1的安装以及导线22的导出，上盖起到封装固定作用。首先将热电偶单元1涂上环氧树脂胶，安装到壳体2的凹槽21中，壳体2的上盖与下盖接触的水平端面上也涂有环氧树脂胶，然后上下两部分压紧粘在一起，将壳体2装入保护套管，为了防止壳体2的转动，其上下端盖在圆柱壁面也涂有环氧树脂胶，这样在将安装圆柱装入到保护套管时，上下端盖圆柱壁面将与保护套管粘接，阻碍了安装圆柱因为振动等原因而产生旋转。再将固定环3以及弹簧31分别套上保护套管，固定环3在保护套管上通过台阶固定，即固定环3的内圈直径略小于保护套管后端外圈直径，最后将底座4上保护套管，底座4通过挤压弹簧31压紧保护套管和固定环3，起到压紧固定的作用，便于安装及维护。

在一些实施过程中，所述底座4底部设有用于导出所述热电偶单元1的引线的导出孔。

又例如，所述板坯连铸结晶器热流检测装置还包括安装单元，可以保护套管的形式进行实施，所述安装单元的形状与所述壳体2相匹配，且所述安装单元按照板坯连铸结晶器热流的流向设置在结晶器背板5上，所述安装单元为空心螺杆6，所述空心螺杆6分别与所述固定环3和所述底座4的形状相匹配。

请参考图1，所述热电偶单元1包括多个热电偶子单元，多个所述热电偶子单元并列设置，所述热电偶单元1的引线的末端设有焊盘11，所述导线22孔内设有导线22，所述焊盘11与所述导线22相匹配，还可以利用MEMS制作工艺如光学蚀刻、显影、磁控溅射等工艺制作出基于金属衬底的微纳米薄膜热电偶单元1，并连上导线22，其中焊盘11位置在连线完成后需要使用环氧树脂胶进行覆盖，以减少外力对连线与焊盘11结合部位的影响，防止连线断开。

综上所述，利用热电偶单元1尺寸小、响应快的特点，可直接检测到沿结晶器铜板厚度方向上局部热流的瞬时变化，为结晶器的合理冷却提供准确的数据支撑，并且有助于研究结晶器内钢液的一次冷却凝固行为及减少铸坯质量缺陷的产生；同时在一个检测点可以布置多个热电偶单元，若其一损坏，其余仍可正常工作，最大限度地延长热电偶单元1的使用寿命，降低了热电偶单元1的更换成本，大幅度提高连铸机的工作时间及利用率；板坯连铸结晶器热流检测装置通过卡扣安装在结晶器铜板上，安装及拆卸较为简便；并且本装置采用嵌入式组装，热电偶单元1如有损坏，可将其拆掉，更换新的热电偶单元1后，整个板坯连铸结晶器热流检测装置仍可继续使用。

本发明还提供一种板坯连铸结晶器热流检测方法，利用所述的板坯连铸结晶器热流检测装置采集热流值，板坯连铸结晶器热流检测方法包括：

将所述热电偶单元1采集电势信号通过所述热电偶单元1的引线导出，并通过所述电势信号确定热流值。

可选的，将热电偶单元1采集电势信号通过所述热电偶单元1的引线导出，并通过所述电势信号确定热流值的数学表达为：

Q＝K·ΔT/ΔL

E＝Q/V

其中，Q为热流值，E为电势信号，K为壳体的导热系数，ΔT为热电偶单元中工作端和参考端之间的温差，ΔL为热电偶单元中工作端和参考端之间的距离，请参考图1。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。