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龙图腾网获悉东北大学;辽宁科技大学申请的专利一种模拟连铸坯凝固组织的实验装置及方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN114858846B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-03-24发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202210555703.5，技术领域涉及：G01N25/14；该发明授权一种模拟连铸坯凝固组织的实验装置及方法是由李花兵;张树才;胡建瑞;姜周华;耿一峰;臧喜民;冯浩;朱红春;孟繁明设计研发完成，并于2022-05-20向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种模拟连铸坯凝固组织的实验装置及方法在说明书摘要公布了：本发明公开一种模拟连铸坯凝固组织的实验装置，包括结晶单元和温度监测单元，结晶单元能围成结晶腔体，结晶单元的水冷壁内设置冷却通道，冷却通道与冷却介质源相连通，通过控制冷却介质的温度以及通入流量，以模拟连铸生产中板坯的冷却强度，温度监测单元的测试元件能实时监测结晶腔体内冷却介质的温度，以精确还原连铸坯的凝固过程。本发明还公开一种模拟连铸坯凝固组织的实验方法，选取目标单元，设定冷却介质流量参数，以还原连铸坯表面冷却强度随时间的变化过程，并分析凝固过程的热流密度，凝固结束后得到模拟单元，分析模拟单元的凝固组织。本发明能精确模拟连铸过程中板坯表面热流密度的变化过程，为连铸坯凝固组织研究提供便利。

本发明授权一种模拟连铸坯凝固组织的实验装置及方法在权利要求书中公布了：1.一种模拟连铸坯凝固组织的实验装置，其特征在于，包括： 结晶单元，所述结晶单元包括水冷壁和底座； 当模拟连铸板坯时，所述结晶单元还包括保温壁，所述水冷壁和所述保温壁的数量均为两组，两组所述水冷壁平行设置，且所述水冷壁平行于模拟的连铸坯的面积较大的侧面设置，两组所述保温壁平行设置且所述保温壁垂直于所述水冷壁，所述底座位于所述水冷壁以及所述保温壁的底部，所述水冷壁、所述保温壁以及所述底座围成能够容纳熔体的结晶腔体； 当模拟连铸方坯时，所述水冷壁的数量为四组，相邻的所述水冷壁互相垂直，所述底座位于所述水冷壁围成结构的底部，所述水冷壁以及所述底座围成能够容纳熔体的结晶腔体； 所述水冷壁内设置有冷却通道，所述冷却通道与冷却介质源相连通，所述保温壁以及所述底座靠近所述结晶腔体的一侧均设置有保温层； 温度监测单元，所述温度监测单元包括测试元件，所述测试元件能够监测所述水冷壁以及所述冷却通道内冷却介质的温度； 所述水冷壁包括铜板和水套，所述铜板开设有U形凹槽，所述铜板与所述水套相连，所述水套与所述U形凹槽围成所述冷却通道，所述保温层包括耐火砖和保温板，所述铜板和所述耐火砖形成所述结晶腔体的内壁； 所述冷却通道平行于所述结晶腔体的高度方向，所述冷却通道的数量为多条，多条所述冷却通道等间距排布；多条所述冷却通道均与所述冷却介质源相连通，所述冷却通道与所述冷却介质源之间设置均压腔，所述冷却通道与所述冷却介质源之间还设置阀门和水泵； 当模拟连铸板坯时，两块所述保温壁之间的间距为所述结晶腔体的长度，两块所述水冷壁之间的间距为所述结晶腔体的宽度，所述水冷壁以及所述保温壁的顶部与所述底座的顶部之间的距离为所述结晶腔体的高度； 当模拟连铸方坯时，相对设置的两块所述水冷壁之间的最大间距为所述结晶腔体的长度，相对设置的两块所述水冷壁之间的最小间距为所述结晶腔体的宽度，所述水冷壁的顶部与所述底座的顶部之间的距离为所述结晶腔体的高度； 所述保温层的数量为多层，所述保温层包括耐火砖和保温板，相邻的所述保温层可拆卸连接； 利用所述的模拟连铸坯凝固组织的实验装置，进行模拟连铸坯凝固组织的实验方法，包括如下步骤：选取目标单元，设定冷却介质流量参数，以还原连铸坯表面冷却强度随时间的变化过程，并分析凝固过程的热流密度，凝固结束后得到模拟单元，分析所述模拟单元的凝固组织； 具体包括如下步骤： 步骤一、调整模拟装置结晶器内腔尺寸 在现场连铸坯上选定目标单元，确定所述目标单元的长度Lu'、宽度Wu'、和高度Hu'； 当所述目标单元为连铸板坯时，所述目标单元的长度Lu'＝100mm～420mm，宽度Wu'与现场连铸板坯宽度W'相等，高度Hu'＝50mm～650mm；在结晶腔体内设置模拟单元，控制所述模拟单元尺寸与所述目标单元的尺寸相同，即所述模拟单元的长度Lu＝Lu'，宽度Wu＝Wu'，高度Hu＝Hu'；使所述结晶腔体的内腔长度L＝Lu'+80mm～150mm，使所述结晶腔体的内腔宽度W＝Wu；使所述结晶腔体的内腔高度H＝Hu+150mm～200mm； 当所述目标单元为连铸方坯时，所述目标单元的长度L'与现场连铸方坯长度相等L'，宽度W'与现场连铸方坯宽度W'相等，高度H'＝50mm～650mm；在结晶腔体内设置模拟单元，控制所述模拟单元尺寸与所述目标单元的尺寸相同，即所述模拟单元的长度L＝L'，宽度W＝W'，高度H＝H'；使所述结晶腔体的内腔长度L＝L，宽度W＝W，高度H＝H+150mm～200mm； 步骤二、设定冷却介质流量参数和监测元件参数 利用流量计算公式，根据现场连铸坯各冷却阶段的水流量确定模拟实验的冷却介质流量；利用各冷却阶段的冷却时间计算公式，根据现场连铸坯的拉坯速度、结晶器高度、二冷段长度确定模拟实验的冷却时间；控制浇铸结束后0～ts的水流量为Q，t～ts的水流量为Q，t～ts的水流量为Q，t～ts的水流量为Q……tn-1～ts的水流量为Q；所述各冷却阶段的水流量计算公式如下： 结晶器阶段，Q＝k×Q'×SS' 二冷一阶段，Q＝k×Q0.89×WW'+40 二冷二阶段，Q＝k×Q0.89×WW'+40 二冷三阶段，Q＝k×Q0.89×WW'+40 …… 二冷n阶段，Q＝k×Q0.89×WW'+40 各冷却阶段的冷却时间计算公式如下： 结晶器阶段，t0＝H0'V' 二冷一阶段，t1＝H1'V' 二冷二阶段，t2＝H2'V' 二冷三阶段，t3＝H3'V' …… 二冷n阶段，tn＝Hn'V' 其中，Q0为模拟实验结晶器阶段的冷却介质流量，单位为L·min-1；k0为结晶器阶段修正系数，取值范围为0.36～0.42；Q0'为现场连铸结晶器的冷却介质流量，单位为L·min-1；S和S'分别为模拟实验的钢液冷却面积和现场连铸结晶器的钢液冷却面积，单位为m2；Q1、Q2、Q3……Qn分别为模拟实验二冷一阶段、二冷二阶段、二冷三阶段……二冷n阶段的冷却介质流量，单位为L·min-1；k1为二冷阶段修正系数系数，取值范围为3.45～3.55；Q1'、Q2'、Q3'……Qn'分别为现场连铸二冷一阶段、二冷二阶段、二冷三阶段……二冷n阶段的冷却介质流量，单位为L·min-1；t0为模拟实验结晶器阶段的冷却时间，单位为s；H0'为现场连铸结晶器高度，单位为m；V'为现场连铸坯拉坯速度，单位为m·s-1；t1、t2、t3……tn分别为模拟实验二冷一阶段、二冷二阶段、二冷三阶段……二冷n阶段的冷却时间，单位为s；H1'、H2'、H3'……Hn'分别为现场连铸机二冷一阶段、二冷二阶段、二冷三阶段……二冷n阶段的长度，单位为m； 向所述结晶腔体内通入流量为Q0的冷却水； 步骤三、模拟现场连铸坯的凝固过程 根据钢种成分需求冶炼钢液，控制钢液成分和过热度与现场连铸坯一致，达到目标出钢温度后将钢液浇入所述结晶腔体的内腔； 步骤四、分析凝固过程的热流密度 根据热流密度公式计算并记录实时热流密度，得到热流密度曲线；通过分析热流密度曲线获得不同工艺参数对连铸坯凝固过程表面热流密度的影响；热流密度公式为： 其中，q为热流密度，J·m-2·s-1，T1、T2、T3、T4、T5、T6依次为所述结晶腔体不同位置的温度，单位为℃；λ为所述结晶腔体的导热系数，单位为W·m-1·℃-1；x1、x2、x3、x4为所述结晶腔体不同位置的测温距离，此处测温距离为测温位置与钢液以及所述结晶腔体接触面之间的距离，单位为m；c为冷却水比热，单位为J·kg-1·℃-1；ρ为冷却水密度，单位为kg·m-3； 步骤五、分析模拟单元的凝固组织 铸锭凝固完毕后将其取出，切割铸锭，获得所述模拟单元；通过检测所述模拟单元的宏观组织、微观组织、元素偏析情况，获得不同工艺参数对连铸坯凝固组织的影响。

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