本發(fā)明涉及鋼鐵冶金，具體涉及一種單中間包同時(shí)澆注不同斷面連鑄坯的流場分析和控制方法。

背景技術(shù)：

1、在連鑄過程中，熔融態(tài)高溫鋼液連續(xù)不斷地通過中間包和結(jié)晶器，澆注成具有一定斷面形狀和一定尺寸規(guī)格的連鑄坯。中間包作為生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，不僅起到了維持恒速澆注、適應(yīng)大強(qiáng)度通鋼量和攪動劇烈的作用，還起到了凈化鋼液和排除夾雜物的作用。合理控制中間包內(nèi)鋼液流動是提高連鑄機(jī)作業(yè)效率和提高中間包工作壽命的重點(diǎn)。

2、鋼鐵企業(yè)經(jīng)常遇到計(jì)劃量少，且鋼種相同鑄坯斷面不同的排產(chǎn)情況，若頻繁換組生產(chǎn)小訂單連鑄坯，將嚴(yán)重降低連鑄機(jī)作業(yè)率，增加生產(chǎn)成本。將同一鋼種不同斷面的連鑄坯進(jìn)行混合澆注，可以提高生產(chǎn)效率。但需要合理控制連鑄機(jī)各個(gè)鑄流的流場，以達(dá)到不同斷面鑄流保持相同通鋼量的穩(wěn)定澆注。然而，正常使用的中間包采用對稱性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控流系統(tǒng)沒有單獨(dú)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)單中間包澆注不同斷面連鑄坯過程中的流場合理控制較為困難。

3、通過仿真模擬實(shí)驗(yàn)分析中間包內(nèi)鋼液的流動是目前常用的研究手段，如“刺激-響應(yīng)法”、“墨水示蹤法”等等。這些方法在使用中均存在一定的不足，“刺激-響應(yīng)法”一般以飽和nacl溶液或飽和kcl溶液作為刺激信號，因?yàn)槿芤簽闊o色透明，無法直接觀察到中間包內(nèi)流體的流動情況；“墨水示蹤法”雖然具有直觀可視的優(yōu)點(diǎn)，但其僅能進(jìn)行定性分析?！按碳?響應(yīng)法”、“墨水示蹤法”通常單獨(dú)使用。同時(shí)，現(xiàn)階段“刺激-響應(yīng)法”、“墨水示蹤法”的主要應(yīng)用場景為變鋼種澆注連鑄，即在連鑄生產(chǎn)過程中，某一爐次的鋼種已澆注完畢，換包后更換一種新的鋼液，由于鋼種不同而需要重新確定和更改流速的情況，不能用于單中間包同一時(shí)刻澆注兩種不同斷面的連鑄坯的流速確定。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對單中間包同時(shí)澆注不同斷面連鑄坯時(shí)，缺少對中間包流場的分析和控制方法的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種單中間包同時(shí)澆注不同斷面連鑄坯的流場分析和控制方法。

2、第一方面，本發(fā)明提供一種單中間包同時(shí)澆注不同斷面連鑄坯的流場分析方法，包括如下步驟：

3、s1：設(shè)計(jì)至少兩種擋墻的開孔方案；

4、s2：根據(jù)s1設(shè)計(jì)的開孔方案建立對應(yīng)數(shù)量的中間包有限元模型，對中間包有限元模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分并計(jì)算中間包內(nèi)鋼液的流場（主要包括流速、流線），研究不同開孔方案下帶孔擋墻對鋼液流動狀態(tài)的影響；

5、s3：制作模型中間包，用水模擬鋼水，在中間包液面達(dá)到要求的高度且流場穩(wěn)定之后，在長水口處迅速加入刺激信號溶液，測量兩個(gè)水口出口處液體的電導(dǎo)率變化情況，繪制出濃度與時(shí)間的曲線（即rtd曲線）；

6、s4：向中間包內(nèi)加入顏色示蹤劑，并記錄顏色示蹤劑的流動軌跡，根據(jù)rtd曲線計(jì)算出平均停留時(shí)間及死區(qū)、活塞區(qū)、全混區(qū)的體積分?jǐn)?shù)；

7、s5：比較各開孔方案的平均停留時(shí)間及死區(qū)、活塞區(qū)、全混區(qū)的體積分?jǐn)?shù)，得出中間包內(nèi)擋墻的最佳開孔方案。

8、進(jìn)一步的，步驟s2使用fluent軟件進(jìn)行。

9、進(jìn)一步的，中間包包括包體，包體的內(nèi)部設(shè)有沖擊槽，沖擊槽上方垂直設(shè)置有長水口，在沖擊槽的兩側(cè)分別設(shè)置有一個(gè)水口，每個(gè)水口與沖擊槽之間設(shè)置有一組擋渣墻壩，每組擋渣墻壩包括一個(gè)擋壩和一個(gè)擋墻。

10、進(jìn)一步的，還包括塞棒，塞棒與水口配合，用于穩(wěn)定鋼流。

11、進(jìn)一步的，開孔方案為在一組擋渣墻壩的擋墻上開設(shè)直孔、側(cè)上孔、側(cè)下孔中的至少一種，在另一組擋渣墻壩的擋墻上開設(shè)直孔、側(cè)上孔、側(cè)下孔中的至少一種；

12、其中，側(cè)上孔是指孔沿中間包內(nèi)鋼液流動方向向上傾斜，側(cè)下孔是指孔沿中間包內(nèi)鋼液流動方向向下傾斜。

13、進(jìn)一步的，模型中間包的材質(zhì)為有機(jī)玻璃。

14、進(jìn)一步的，模型中間包與中間包原型的幾何相似比為1：3。

15、進(jìn)一步的，刺激信號溶液為飽和的nacl溶液或kcl溶液。

16、進(jìn)一步的，顏色示蹤劑為墨水。

17、第二方面，本發(fā)明提供一種單中間包同時(shí)澆注不同斷面連鑄坯的流場控制方法，具體為根據(jù)上述流場分析方法的分析結(jié)果調(diào)整中間包內(nèi)的擋墻類型。

18、本發(fā)明的有益效果在于：

19、本發(fā)明的步驟s2通過數(shù)值模擬計(jì)算不同開孔方案下的中間包鋼液的流場，同時(shí)結(jié)合步驟s3計(jì)算所得的rtd曲線和步驟s4的顏色示蹤方法，在數(shù)值模擬和物理模擬兩方面對比驗(yàn)證不同設(shè)計(jì)方案下鋼液流動的優(yōu)劣性，既可以做到有效量化指標(biāo)描述鋼液的流動特性，又可以直觀表示鋼液在中間包內(nèi)的流動情況，保證分析的準(zhǔn)確性。

20、當(dāng)需要生產(chǎn)相同成分不同斷面連鑄坯時(shí)，本發(fā)明提供的方法能夠指導(dǎo)技術(shù)人員更換合理擋墻的中間包，實(shí)現(xiàn)不同斷面連鑄坯在單中間包內(nèi)相同通鋼量的穩(wěn)定澆注，避免溫度、流速、流場等對凝固質(zhì)量造成影響，可以大大提高連鑄機(jī)的作業(yè)率，減少了生產(chǎn)過程中的資源浪費(fèi)。

技術(shù)特征：

1.一種單中間包同時(shí)澆注不同斷面連鑄坯的流場分析方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的流場分析方法，其特征在于，中間包包括包體，包體的內(nèi)部設(shè)有沖擊槽，沖擊槽上方垂直設(shè)置有長水口，在沖擊槽的兩側(cè)分別設(shè)置有一個(gè)水口，每個(gè)水口與沖擊槽之間設(shè)置有一組擋渣墻壩，每組擋渣墻壩包括一個(gè)擋壩和一個(gè)擋墻。

3.如權(quán)利要求2所述的流場分析方法，其特征在于，還包括塞棒，塞棒與水口配合，用于穩(wěn)定鋼流。

4.如權(quán)利要求2或3所述的流場分析方法，其特征在于，開孔方案為在一組擋渣墻壩的擋墻上開設(shè)直孔、側(cè)上孔、側(cè)下孔中的至少一種，在另一組擋渣墻壩的擋墻上開設(shè)直孔、側(cè)上孔、側(cè)下孔中的至少一種。

5.如權(quán)利要求1所述的流場分析方法，其特征在于，模型中間包的材質(zhì)為有機(jī)玻璃。

6.如權(quán)利要求1所述的流場分析方法，其特征在于，模型中間包與中間包原型的幾何相似比為1：3。

7.如權(quán)利要求1所述的流場分析方法，其特征在于，刺激信號溶液為飽和的nacl溶液或kcl溶液。

8.如權(quán)利要求1所述的流場分析方法，其特征在于，顏色示蹤劑為墨水。

9.一種單中間包同時(shí)澆注不同斷面連鑄坯的流場控制方法，其特征在于，根據(jù)如權(quán)利要求1~8任一所述的流場分析方法的分析結(jié)果調(diào)整中間包內(nèi)的擋墻類型。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及鋼鐵冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種單中間包同時(shí)澆注不同斷面連鑄坯的流場分析和控制方法。流場分析方法包括S1：設(shè)計(jì)擋墻的開孔方案；S2：根據(jù)開孔方案建立模型，計(jì)算中間包內(nèi)鋼液的流場，研究不同開孔方案下帶孔擋墻對鋼液流動狀態(tài)的影響；S3：制作模型中間包，在長水口處加入刺激信號溶液，測量兩個(gè)水口出口處液體的電導(dǎo)率變化情況繪制RTD曲線；S4：向中間包內(nèi)加入顏色示蹤劑并記錄流動軌跡，計(jì)算平均停留時(shí)間及死區(qū)、活塞區(qū)、全混區(qū)的體積分?jǐn)?shù)；S5：比較各開孔方案，得出中間包內(nèi)擋墻的最佳開孔方案。本發(fā)明方法能夠指導(dǎo)技術(shù)人員更換合理擋墻的中間包，實(shí)現(xiàn)不同斷面連鑄坯在單中間包內(nèi)相同通鋼量的穩(wěn)定澆注。

技術(shù)研發(fā)人員：許榮昌,吳紅健,孫宗輝,劉成寶,鹿超超,許久健
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東鋼鐵股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21