[發明專利]一種用于結晶器內流場研究的結晶器模型及結晶器流場模擬方法

有效

• 申請號: 201810355699.1
• 申請日: 2018-04-19
• 公開（公告）號: CN108346366B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發明（設計）人: 周俐;張闖;朱李艷;李四軍
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: G09B25/02
• 分類號: G09B25/02
• 代理公司: 安徽知問律師事務所 34134
• 代理人: 韋超峰;胡鋒鋒

本發明涉及一種用于結晶器內流場研究的結晶器模型及結晶器流場模擬方法，屬于連續鑄鋼技術領域。本發明的用于結晶器內流場研究的結晶器模型，包括結晶器本體，結晶器本體的頂部設有浸入式水口，該浸入式水口與入水管相連，結晶器本體的底部設有出水口，且結晶器本體的內部設有流量分配器。本發明通過在結晶器模型內添加一個流量分配器避免模型出口處產生的渦流對結晶器內流場的影響，從而使得結晶器內的流場更加準確。然后采用有限元軟件包ANSYS，建立結晶器內的鋼水流動模型，模擬出各種工藝條件下的結晶器內鋼液的流場，對水模擬實驗結果進行驗證比較；最后利用水模擬實驗結果及數值計算結果，結合現場實際，對工藝操作參數進行優化設計。

技術領域

本發明涉及一種考慮渦流行為的用于結晶器內流場研究的結晶器模型及結晶器流場模擬方法，主要應用于連續鑄鋼技術領域結晶器內流場及工藝操作參數優化等研究，適用于方坯、板坯、圓坯連鑄及其它所有類型的連鑄，尤其是超薄異形坯連鑄領域。

背景技術

連鑄過程是包含流動、傳質、傳熱等復雜現象的液態金屬凝固成形的過程，尤其是對于連鑄機的結晶器段，流動、傳質、傳熱過程交互作用，相互影響，采用實物研究非常困難，幾乎是不可行的。如果結晶器內的流場控制不當，會導致結晶器表面波動較大，造成保護渣卷入、保護渣融化不充分，從而不能起到潤滑的作用，導致粘結漏鋼以及夾雜物上浮不干凈等問題，進而影響產品質量，尤其對于超薄異形坯很容易出現角部裂紋等質量問題。因此，研究并優化設計結晶器內鋼液流動過程非常重要。

結晶器內鋼液流動行為的研究方法有實際生產實驗、數學模擬和物理模擬。但實際生產實驗不便于觀測和代價昂貴；而數學模擬采用了很多假設，并且其準確性主要取決于數學模型和邊界條件。物理模擬基于相似原理，主要用水的流動模擬鋼液的流動，由于它具有方便、直觀、比較可靠等優點，受到廣大研究者的青睞。目前國內外對結晶器內流場的研究，主要是采用物理模擬方法，即通過建立結晶器模型，然后借助先進的測試方法和測試儀器研究不同工藝條件下的流場，但是對模型本身的優化還沒有受到太大的關注，研究者主要關注結晶器內的液面波動、沖擊深度、卷渣等現象以及不同的工藝操作參數對結晶器內這些現象的影響。

如，中國專利申請號為201310182341.0，申請日為：2013年05月16日，發明創造名稱為：考慮振動行為的連鑄結晶器流場物理模擬方法，該申請案所用物理模擬裝置包括中間包、浸入式水口、結晶器和循環泵，浸入式水口插入結晶器中；結晶器在高度方向由上至下逐漸收縮，結晶器的下端通過軟連接與結晶器延長段連接，結晶器延長段高度大于結晶器高度；軟連接可在結晶器振動時隨之伸縮變形；在結晶器延長段底部設有循環水出口，循環水出口共三個，以減少出口對結晶器流場的影響；循環水出口、循環泵、中間包和浸入式水口依次連接，從而在中間包、浸入式水口、結晶器、循環水出口和循環泵之間形成循環水路；結晶器通過夾持裝置夾持并處于懸空狀態，結晶器延長段水平放置于穩定的支架上，所述夾持裝置放置在振動臺上，可由振動臺帶動結晶器振動。該申請案由于考慮了結晶器振動行為對其流場的影響，結晶器內流動狀態和液面波動狀態的物理描述更為真實。

然而目前結晶器水模擬實驗用的模型在模擬結晶器流場時，模型出口處易產生渦流現象，實驗過程中出口渦流產生的流場與結晶器自身的流場可能會疊加，從而導致水模擬實驗中優化的流場在實際生產中應用的效果不佳。

發明內容

1.發明要解決的技術問題

本發明的目的在于克服采用現有連鑄結晶器模型難以真實地反映實際生產中結晶器內流場的不足，提供了一種用于結晶器內流場研究的結晶器模型及結晶器流場模擬方法。采用本發明的結晶器模型對結晶器內流場的研究更加準確和符合實際情況，從而有利于指導實際生產中結晶器內流場及工藝操作參數的優化。

2.技術方案

為達到上述目的，本發明提供的技術方案為：