[發(fā)明專利]基于鋼水靜壓力和凝固現(xiàn)象的結(jié)晶器物理模擬方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710358820.1
• 申請日: 2017-05-19
• 公開（公告）號: CN107127313B
• 公開（公告）日: 2018-10-23
• 發(fā)明（設計）人: 陳登福;徐佩;喻恒松;龍木軍;段華美;俞晟;桂林濤;呂奎
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學
• 主分類號: B22D11/16
• 分類號: B22D11/16
• 代理公司: 重慶博凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50212
• 代理人: 孔玲瓏

本發(fā)明公開了一種基于鋼水靜壓力和凝固現(xiàn)象的結(jié)晶器物理模擬方法和裝置。該方法包括步驟：S1、建立結(jié)晶器水力仿真模型?鑄坯凝固坯殼厚度和靜壓力，設計結(jié)晶器的內(nèi)壁在不同高度上的排水小孔的分布；S2、結(jié)晶器水力仿真模型運行?注入液體；通過排水小孔排水，以模擬轉(zhuǎn)化為鑄坯凝固坯殼的鋼水，檢測結(jié)晶器水力仿真模型中各位置的狀態(tài)，以模擬或修正實際連鑄生產(chǎn)中結(jié)晶器流場及工藝參數(shù)。其裝置包括一個模擬結(jié)晶器形狀的外殼，在該外殼內(nèi)設有內(nèi)殼，內(nèi)殼與外殼之間的空間為夾層，在所述的內(nèi)殼上自上而下地開設有若干排排水小孔；在所述的夾層的下部設有排水管。本發(fā)明了綜合考慮鋼液凝固現(xiàn)象及鋼水靜壓力，與實際連鑄生產(chǎn)情況更接近。

技術領域

本發(fā)明屬于冶金過程模擬技術領域，具體涉及一種基于鋼水靜壓力和凝固現(xiàn)象的結(jié)晶器物理模擬方法和裝置。

背景技術

結(jié)晶器是連鑄機中的關鍵部件，其性能對連鑄機的生產(chǎn)能力和鑄坯質(zhì)量起著十分重要的作用，因此被稱為連鑄機的“心臟”。連鑄結(jié)晶器內(nèi)部鋼水流動、凝固、熱傳輸、坯殼應力狀態(tài)非常復雜，是一個熱狀態(tài)和力學狀態(tài)耦合的復雜體系。實際連鑄生產(chǎn)中注入結(jié)晶器內(nèi)的高溫鋼液具有較大的動能，因此結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動對鑄坯質(zhì)量至關重要。鋼液流動會對鋼液紊流流動、雜質(zhì)和氣泡傳輸、鋼渣間相互作用、多項流動、熱傳遞和偏析造要影響。為了得到優(yōu)質(zhì)的連鑄坯，需要對結(jié)晶器內(nèi)鋼液流場流動狀態(tài)進行研究。

結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動是一個復雜的湍流流動過程，具有不規(guī)則形、有旋性和擴散性等特點。隨著技術的發(fā)展，關于結(jié)晶器鋼液流動的研究也不斷深入。目前，主要有三種方法對結(jié)晶器鋼液流動進行研究，包括：物理模擬方法、數(shù)學模擬方法和示蹤法，其中物理模擬和數(shù)學模擬已經(jīng)被廣泛應用。本發(fā)明主要研究物理模擬方法，所謂物理模擬，就是通過對自然現(xiàn)象或某個過程進行比例模型的制作來進行對比研究的一種方法。物理模擬是在相似原理的基礎上，利用物理模型和原型之間幾何、運動、動力等方面的相似性，建立相應的物理模型來對結(jié)晶器內(nèi)流場進行研究。

關于結(jié)晶器物理模擬最早是在1958年，Afanaseva對直通型水口進行物理模擬研究，之后各種類型連鑄機結(jié)晶器物理模擬研究逐漸發(fā)展深入，目前，國內(nèi)外關于該方面的研究成果豐碩。J.SZEKELY采用流速測量的方法對結(jié)晶器模型內(nèi)的流場進行研究，并對比不同類型水口下結(jié)晶器內(nèi)的鋼液流動狀態(tài)及對夾雜上浮的影響；P.H.daudy采用結(jié)晶器物理模擬研究了水口插入深度對結(jié)晶器內(nèi)渣層分布的影響；Teshima等通過物理模擬，分析了不同連鑄工藝條件下結(jié)晶器內(nèi)流動和液面波動的變化規(guī)律，并提出液面波動指數(shù)F；王現(xiàn)輝等采用1:1水力學模型對CSP結(jié)晶器內(nèi)部流場流動狀態(tài)進行了瞬態(tài)研究，討論了液面失穩(wěn)現(xiàn)象；王永勝等采用1:1水力學模型分析研究而不同影響因素對結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動和頁面波動的影響；陳陽等對板坯連鑄結(jié)晶器內(nèi)流動進行水力學模擬研究，認為拉速和浸入水口深度對液面波動影響最大。國內(nèi)外這些關于各種類型連鑄機結(jié)晶器物理模擬研究雖然能夠很直觀的觀察結(jié)晶器內(nèi)部流場狀況、液面波動和卷渣等現(xiàn)象，但是為了研究的方便這些物理模型都做了簡化，如忽略了結(jié)晶器內(nèi)凝固坯殼的存在以及由此導致的結(jié)晶器內(nèi)流動鋼液的減少。這些簡化均會造成物理模型和實際生產(chǎn)之間的差異進而影響實驗結(jié)果的準確性。

為了保證物理模型能夠準確模擬實際生產(chǎn)中結(jié)晶器內(nèi)的流動狀況，Chaudhry和Thomas等對連鑄過程和實際生產(chǎn)進行了評價和分析，指出應該盡量完善物理模型，來減小水力學模型和實際生產(chǎn)間的差異。對于減小物理模型和實際生產(chǎn)間差別，重慶大學靳星和陳登福做了耦合凝固坯殼的結(jié)晶器內(nèi)流動性為的物理模擬研究，即在原有結(jié)晶器模型中做一個內(nèi)殼，使內(nèi)殼與模型的間距加上內(nèi)殼厚度等于相應位置坯殼厚度，然后在內(nèi)殼上均勻鉆孔，使水能夠順利通過以此來模擬凝固掉的鋼液，并在模型底部鉆孔將這一部分相當于凝固掉鋼液的水排出，進而模擬考慮坯殼的結(jié)晶器內(nèi)流動狀況。此種物理模擬方法與之前的物理模擬相比更加接近實際生產(chǎn)狀況，但仍然存在不足之處，就是再設計內(nèi)殼小孔時并未考慮結(jié)晶器高度方向靜壓力對排水速率影響，因為在實際生產(chǎn)中結(jié)晶器內(nèi)鋼液沿拉速方向的凝固速度并不一樣，會受到鋼水靜壓力影響，所以會造成物理模擬和實際生產(chǎn)存在一定差異。

發(fā)明內(nèi)容