[發明專利]一種煉鋼全流程模擬實驗系統及方法

在審

• 申請號: 201911044997.X
• 申請日: 2019-10-30
• 公開（公告）號: CN110751893A
• 公開（公告）日: 2020-02-04
• 發明（設計）人: 屈天鵬;王中學;王德永;劉春偉;田俊;張佩;侯棟;施利魏;高立福
• 申請（專利權）人: 蘇州大學;山東鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: G09B25/02
• 分類號: G09B25/02
• 代理公司: 32257 蘇州市中南偉業知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 蘇張林

本申請提供了一種煉鋼全流程模擬實驗系統及方法，所述的實驗系統包括轉爐/電爐煉鋼模塊、鋼包二次精煉模塊、大包澆注模塊、中間包模塊和結晶器模塊，所述的中間包模塊包括透明有機玻璃板制成的玻璃容器、用于向所述的玻璃容器內加水的進水管、用于將玻璃容器內的水排出的出水管、設于所述的玻璃容器內的用于測量玻璃容器內的液位的液位器、安裝在所述的進水管上的電動流量閥，所述的中間包模塊還包括一液位控制器，所述的液位控制器用于接收所述的液位器的測量結果，并根據測量結果控制所述的電動流量閥門，使玻璃容器內的液面波動控制在±0.5mm以內。

技術領域

本申請涉及屬于鋼鐵冶金技術領域，具體涉及一種煉鋼全流程模擬實驗系統及方法。

背景技術

煉鋼生產過程中經常伴隨著典型的“三傳”現象，即動量傳輸、熱量傳輸和質量傳輸。對于冶金傳輸過程進行合理解析與描述，有助于優化工藝設計，提升控制水平；排除生產故障，構建新型知識體系；了解工程動力學，提高各工序物流之間的配合度；開展環境影響分析，助推綠色冶金發展。

冶金過程具有典型的高溫、復雜、不可視特征。長期以來，冶金工作者無法直接在線觀察獲得冶金反應器內液態鋼水的流動和傳遞信息等參數。隨著現代流體力學和計算機技術的快速發展，形成了研究高溫冶金傳輸過程的物理模擬和數值仿真技術，隨著研究的不斷深入，物理模擬和數值仿真已成為解析冶金過程最有效的手段之一，也是開發新技術和新產品重要的工具。

發明內容

本申請要解決的技術問題是提供一種煉鋼全流程模擬實驗系統及方法。

為了解決上述技術問題，本申請提供了一種煉鋼全流程模擬實驗系統，所述的實驗系統包括轉爐/電爐煉鋼模塊、鋼包二次精煉模塊、大包澆注模塊、中間包模塊和結晶器模塊，所述的中間包模塊包括透明有機玻璃板制成的玻璃容器、用于向所述的玻璃容器內加水的進水管、用于將玻璃容器內的水排出的出水管、設于所述的玻璃容器內的用于測量玻璃容器內的液位的液位器、安裝在所述的進水管上的電動流量閥，所述的中間包模塊還包括一液位控制器，所述的液位控制器用于接收所述的液位器的測量結果，并根據測量結果控制所述的電動流量閥，使玻璃容器內的液面波動控制在±0.5mm以內。

優選地，所述的實驗系統利用相似原理，確保實驗與煉鋼全流程的幾何相似和物理相似，物理相似依靠模型與實型的無量綱的弗魯德準數和雷諾準數相等來確定，所述的的實驗系統的物理量包括流體流動速度、流體流量、流動時間，所述的實驗系統的各模塊采用統一的幾何相似比設計加工，上下游模型的流體流動參數保持一致，流動傳輸行為與實際相似。

優選地，所述的中間模塊的玻璃容器內還設置有一塞棒，所述的塞棒的下端部對準所述的玻璃容器的出水口，所述的塞棒能夠上下移動，以控制所述的玻璃容器內的流速，所述的液位控制器還用于根據所述的液位器所測的結果控制所述的塞棒上下移動。

優選地，所述的中間包模塊還包括一水箱，所述的出水管的出水口連通至所述的水箱，所述的出水管上還安裝有一數字式流量計及一閥門。

優選地，所述的出水管上還設置有電導電極，所述的中間包模塊還包括電導率測試儀、用于顯示電導率測試儀所測結果的顯示器。

本申請還提供一種煉鋼全流程模擬實驗方法，所述的試驗方法使用所述的試驗系統。

優選地，所述的試驗方法基于“刺激-響應”方法進行，“刺激-響應”方法為，在實驗系統的一固定位置輸入一個刺激信號，在另一位置處測量該信號的輸出，得到響應曲線，從響應曲線得到流體在反應器內的停留時間分布，所述的刺激信號使用示蹤劑來實現。

優選地，所述的示蹤劑為KCl溶液或KMnO4溶液，通過脈沖式或階躍式的方式加入至實驗系統中。

本申請的一種煉鋼全流程模擬實驗系統，通過系統的物理模擬研究，對各反應器的工藝過程參數進行了系統優化，對反應器的結構參數進行了優化設計，優化結果對現場生產提供了強有力的技術支持，取得了意想不到的技術效果。