连铸钢包浇注时钢水流场分布的测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种连铸钢包浇注时钢水流场分布的测量方法，包括如下步骤：S1.根据正在浇注的钢水的特性，计算在浇注过程中所述钢水的液面正好出现凹涡时所述液面的临界高度H1；S2.根据所述临界高度H1和所述钢水的液面高度h判断所述液面是否进入漩涡形成区，如果是，则执行步骤S3；S3.根据所述临界高度H1和液面高度h计算所述钢水的所述流场分布。本发明专利技术还提供了一种连铸钢包浇注时钢水流场分布的测量装置。该方法和装置能够实时测量连铸钢包浇注过程中钢水流场的分布情况，为减少钢包浇注结束后的残留钢，提高钢水收得率，有效地进行浇注优化控制提供了有力的条件。

【技术实现步骤摘要】
连铸钢包浇注时钢水流场分布的测量方法及装置
本专利技术涉及连铸钢包浇注时钢水流场分布的测量方法及装置。
技术介绍
在连铸生产中，钢水首先由钢包流入中间包，再由中间包将钢水分配到各个结晶器，然后经结晶器凝固结晶并拉铸成铸坯。钢水从钢包流入中间包过程中，随着浇注的进行，钢包内部的钢水液面会逐渐下降，同时会产生流动。在浇注的中后期，钢水在钢包内会产生旋转流动，在出水口上方附近形成漩涡，使漂浮在钢水上面的钢渣被漩涡的吸附作用卷下，混着钢水经出水口流入中间包，形成下渣。过量的钢渣不仅会降低钢水的洁净度，影响铸坯质量。经过研究发现，钢包浇注末期钢水的流动形态和流场分布与下渣有着密切的关系。为了减少钢包浇注结束后的残留钢，提高钢水收得率，有效进行浇注优化控制，必须要知道钢水在钢包内的流动形态和流场分布情况，才能做出相应的控制来抑制和破坏漩涡的形成，避免卷渣现象的发生。目前，在连铸浇钢过程中，没有对钢包内钢水流动形态和流场分布进行测量的手段和相关设备，也没有优化控制技术来抑制和破坏漩涡从而减少钢包残留钢，都是采用人工观察或者下渣检测设备，当检测到下渣后，就直接关闭滑动水口，结束浇注。
技术实现思路
为了能够实时测量连铸钢包浇注过程中钢水流场的分布情况，为减少钢包浇注结束后的残留钢、提高钢水收得率、有效地进行浇注优化控制提供依据，本专利技术提供了一种连铸钢包浇注时钢水流场分布的测量方法，包括如下步骤：S1.根据正在浇注的钢水的特性，计算在浇注过程中所述钢水的液面正好出现凹涡时所述液面的临界高度H1；S2.根据所述临界高度H1和所述钢水的液面高度h判断所述液面是否进入漩涡形成区，如果是，则执行步骤S3；S3.根据所述临界高度H1和液面高度h计算所述钢水的所述流场分布。进一步地，所述流场分布包括当前时刻的漩涡的涡面直径Dv和漩涡高度Hv。进一步地，所述步骤S2还包括：如果否，则返回步骤S1。优选地，在步骤S1中，使用如下公式来计算临界高度H1：其中，K为临界高度的修正系数，De为当前时刻的滑动水口的有效流出口的当量直径，ε为出水口的偏心率，H0为高度常量，ρ为在当前时刻所述钢水的密度，μ为在当前时刻所述钢水的粘度，T为在当前时刻所述钢水的温度，a、b、c分别为密度、粘度、温度的修正系数。优选地，所述当量直径De通过如下公式计算：De＝3.87A/X，其中，A为所述有效流出口的面积，X为所述有效流出口的周长；所述偏心率ε通过如下公式计算：ε＝r/R，其中，r为所述出水口到钢包底部中心的距离，R为钢包底部的半径；所述密度ρ通过如下公式计算：ρ＝ρ0+β(T0-T)，其中，ρ0为在预定温度T0时所述钢水的密度，β为密度的温度补偿系数；所述粘度μ通过如下公式计算：μ＝μ0+α(T0-T)，其中，μ0为在预定温度T0时所述钢水的粘度，α为粘度的温度补偿系数；所述温度T为测量所得。优选地，在步骤S2中，通过在当前时刻钢包的重量、钢包的净重以及钢包的形状来计算所述液面高度h。优选地，在步骤S2中，通过判断所述液面高度h是否在H1±ΔH的范围内来判断所述液面是否进入漩涡形成区，其中，ΔH为预定的临界高度调节量。优选地，所述涡面直径Dv通过如下公式计算：其中，M为涡面直径的修正系数，Dh为与所述液面高度h对应处的钢包的横截面的直径，r为出水口到钢包底部中心的距离，s为在当前时刻流过有效流出口的钢渣含量，s0为钢渣含量的补偿值，ΔH为预定的临界高度调节量；所述漩涡高度Hv通过如下公式计算：其中，N为漩涡高度的修正系数。本专利技术还提供了一种连铸钢包浇注时钢水流场分布的测量装置，包括计算分析模块以及连接到所述计算分析模块的以下模块：用于实时测量浇注过程中钢包的重量的重量检测模块、用于实时测量流过有效流出口的钢渣含量的钢渣检测模块、用于实时测量滑动水口开度的开度检测模块、用于实时测量钢水温度的温度检测模块、用于从外部接收已知信息的信号接口模块，其中，所述信号接口模块配置为从外部接收正在浇注的钢水的钢种信息以及钢包的净重和形状信息，并发送给所述计算分析模块；所述计算分析模块配置为根据接收到的信息，计算在浇注过程中所述钢水的液面正好出现凹涡时所述液面的临界高度H1，根据所述临界高度H1和所述钢水的液面高度h判断所述液面是否进入漩涡形成区，如果是，则根据所述临界高度H1和液面高度h计算所述钢水的所述流场分布。优选地，所述重量检测模块安装在钢包回转台上，所述钢渣检测模块安装在滑动水口上方，所述温度检测模块安装在连铸浇钢平台上并具有高温测量功能。本专利技术通过实时测量滑动水口开度，结合钢水温度、粘度、密度等参数，计算出正在浇注的钢水漩涡发生的临界高度；在钢水液面达到临界高度前后，根据钢包形状和钢水特性，并利用钢渣检测模块检测出的钢渣量来进一步修正计算模型，最终得出钢水流场分布情况，即漩涡的形状大小，为优化控制钢水浇注提供了有力条件。附图说明图1为本专利技术的连铸钢包浇注时钢水流场分布的测量方法的流程示意图；图2为本专利技术的连铸钢包浇注时钢水流场分布的测量方法的优选的实施方式的流程示意图；图3为本专利技术的连铸钢包浇注时钢水流场分布的测量方法的计算临界高度的优选的实施方式的流程示意图；图4为以浇注过程中钢包的剖视图的方式示出的钢水液面出现凹涡的示意图；图5为以浇注过程中钢包的剖视图的方式示出的钢水出现贯通涡的示意图；图6为以浇注过程中钢包的剖视图的方式示出的钢水的液面高度的示意图；图7为以钢包的俯视图的方式示出的出水口的示意图；图8为滑动水口的有效流出口的示意图；图9为本专利技术的连铸钢包浇注时钢水流场分布的测量装置的示意图。附图标记说明：1：钢包2：滑动水口3：中间包4：出水口5：滑板6：有效流出口10：重量检测模块20：钢渣检测模块30：开度检测模块40：温度检测模块50：信号接口模块60：计算分析模块具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术的连铸钢包浇注时钢水流场分布的测量方法及装置作进一步的详细描述，但不作为对本专利技术的限定。如图1所示，为本专利技术的连铸钢包浇注时钢水流场分布的测量方法的流程图。该方法包括：步骤S1，根据正在浇注的钢水的特性，计算在浇注过程中钢水的液面正好出现凹涡时液面的临界高度H1；步骤S2，根据临界高度H1和钢水的液面高度h判断液面是否进入漩涡形成区，如果是，则执行步骤S3；步骤S3，根据临界高度H1和液面高度h计算钢水的流场分布，包括当前时刻的漩涡的涡面直径Dv和漩涡高度Hv。优选地，如图2所示，在步骤S2中还包括：如果液面未进入漩涡形成区，则返回步骤S1，继续根据钢水的特性的变化实时计算临界高度H1。上述临界高度H1是指浇注过程中钢水的液面正好出现凹涡时液面的高度。在连铸钢包浇注过程中，钢水液面会逐渐下降，同时四周的钢水会向出水口中心流动。在浇注前期，由于钢水液面比较高，流向出水口的钢水速度很小，不会形成固定方向的趋势运动。在浇注中后期，钢包内的钢水量比较少，液面比较低，流向出水口的钢水速度不断的提高，会形成固定方向的趋势运动，一开始是四周指向出水口的径向运动，随后会叠加一个切向速度，同时切向速度分量越来越大，从而演变成围绕出水口中心的旋转运动，由于离心力的作用，随着旋转速度的加快，在旋转中心即出水口上方形成漩涡。如图4所示，漩涡刚形成的时候，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连铸钢包浇注时钢水流场分布的测量方法，包括如下步骤：S1.根据正在浇注的钢水的特性，计算在浇注过程中所述钢水的液面正好出现凹涡时所述液面的临界高度H1；S2.根据所述临界高度H1和所述钢水的液面高度h判断所述液面是否进入漩涡形成区，如果是，则执行步骤S3；S3.根据所述临界高度H1和液面高度h计算所述钢水的所述流场分布。

【技术特征摘要】
1.一种连铸钢包浇注时钢水流场分布的测量方法，包括如下步骤：S1.根据正在浇注的钢水的特性，计算在浇注过程中所述钢水的液面正好出现凹涡时所述液面的临界高度H1，所述钢水特性包括钢水的密度和粘度；S2.根据所述临界高度H1和所述钢水的液面高度h判断所述液面是否进入漩涡形成区，即通过判断所述液面高度h是否在H1±ΔH的范围内来判断所述液面是否进入漩涡形成区，其中，ΔH为预定的临界高度调节量；如果是，即所述液面高度h在H1±ΔH的范围内，所述液面进入漩涡形成区，则执行步骤S3；S3.根据所述临界高度H1和液面高度h计算所述钢水的所述流场分布，所述流场分布包括当前时刻的漩涡的涡面直径Dv和漩涡高度Hv。2.根据权利要求1所述的连铸钢包浇注时钢水流场分布的测量方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：如果否，即所述液面高度h不在H1±ΔH的范围内，所述液面没有进入漩涡形成区，则返回步骤S1。3.根据权利要求1所述的连铸钢包浇注时钢水流场分布的测量方法，其特征在于，在步骤S1中，使用如下公式来计算临界高度H1：其中，K为临界高度的修正系数，De为当前时刻的滑动水口的有效流出口的当量直径，ε为出水口的偏心率，H0为高度常量，ρ为在当前时刻所述钢水的密度，μ为在当前时刻所述钢水的粘度，T为在当前时刻所述钢水的温度，a、b、c分别为密度、粘度、温度的修正系数。4.根据权利要求3所述的连铸钢包浇注时钢水流场分布的测量方法，其特征在于，所述当量直径De通过如下公式计算：De＝3.87A/X，其中，A为所述有效流出口的面积，X为所述有效流出口的周长；所述偏心率ε通过如下公式计算：ε＝r/R，其中，r为所述出水口到钢包底部中心的距离，R为钢包底部的半径；所述密度ρ通过如下公式计算：ρ＝ρ0+β(T0-T)，其中，ρ0为在预定温度T0时所述钢水的密度，β为密度的温度补偿系数；所述粘度μ通过如下公式计算：μ＝μ0+α(T0-T)，其中，μ0为在预定温度T0时所述钢水的粘度，α为粘度的温度补...

【专利技术属性】
技术研发人员：申屠理锋，唐安祥，胡继康，曹德鞍，陈臣，陆兴华，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31