[发明专利]确定钢锭多包变浓度连续浇注下中间包出口浓度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及中间包冶金领域，特别涉及一种确定钢锭多包变浓度连续浇注下中间包出口浓度的方法。

背景技术

大型钢锭一般质量为几十吨到几百吨。能源电力、冶金机械、船舶工程等行业迫切需要大型锻件，大型锻件的制造能力是衡量一个装备制造业水平的重要标志。作为大型锻件的毛坯，大型钢锭的质量决定了大型锻件的质量。然而，钢锭的质量越大，钢锭内部偏析问题就越严重，甚至会导致大型锻件的报废。大型钢锭特别是百吨级以上特大型钢锭中的一个重要质量缺陷是宏观偏析，主要是碳元素的成分偏析。

大型钢锭的浇注过程涉及钢包、中间包以及钢锭模三个部件。钢包中的钢液经中间包混合后不断被浇注进入钢锭模内。在大型钢锭的浇注中，多包变浓度连续浇注工艺被用来减轻钢锭内的偏析，其工艺过程为，先后浇注的不同钢包内的钢液成分不同，碳浓度由高到低依次下降，最终在钢锭内形成由下到上浓度依次下降的溶质浓度分布。

多包变浓度连续浇注过程按中间包的出流情况可以分为三个阶段：1）充包阶段：溶液由钢包进入中间包，中间包内液面不断上升；2）稳定阶段：中间包内液面达到规定高度（一般为中间包总高度的2/3）时，打开塞棒，控制出流流量，使中间包内液面保持不变，当第一包浇注结束后继续浇注第二包，后面以此类推；3）空包阶段：当所有包次的溶液都进入了中间包后，中间包内的液面开始逐渐下降，直至钢液基本流出中间包，关闭中间包出口，浇注结束。

中间包的出口浓度直接影响钢锭内的溶质浓度分布。中间包出口浓度的变化可以作为制定多包变浓度连续浇注工艺的判断依据。研究中间包出口浓度，对合理制定多包变浓度连续浇注工艺，得到高质量的钢锭具有重要意义。目前有数值模拟和物理模拟两种方法来研究中间包出口浓度，其中数值模拟方法是基于钢液的物性参数和流动、扩散的基本方程，通过数值计算从而得到钢液的流动过程以及钢液中碳溶质浓度的分布，然而数值模拟方法计算量大、准确度低，并且计算时间较长。物理模拟方法是通过水溶液来模拟钢液，在有机玻璃型腔中模拟钢液在中间包内的流动，并且通过盐度计等测量水溶液中溶质的浓度，但是物理模拟方法操作复杂，工作量较大。目前尚未有针对中间包出口浓度进行理论计算的方法。

中间包停留时间分布曲线（即RTD曲线）是冶金领域中间包研究中常用的方法，用于分析中间包的流动特性。RTD曲线通过刺激-响应法测量得到，其测量过程为，在中间包模型中，利用水溶液模拟钢液，在合适的流量下，保持中间包内液面稳定，瞬时加入一定量的溶质（如KCl等），测量中间包出口处的溶质浓度变化，得到的曲线即为RTD曲线。

发明内容

鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种确定钢锭多包变浓度连续浇注下中间包出口浓度的方法，其能准确方便地得到钢锭多包变浓度连续浇注下中间包出口浓度的变化。

为了实现上述目的，本发明提供了一种确定钢锭多包变浓度连续浇注下中间包出口浓度的方法，该方法包括步骤：步骤一：根据相似原理确定钢锭多包变浓度连续浇注下的中间包原型和中间包模型的相似性参数；步骤二：利用中间包模型根据刺激-响应法进行模拟浇注，确定中间包模型的模拟浇注结束时刻t_max并测量中间包模型的出口处的溶质的浓度c(t)，得到中间包停留时间分布曲线，即RTD曲线；步骤三：由RTD曲线确定中间包模型的面积百分比函数f(t)，中间包模型的面积百分比函数f(t)为对应模拟浇注时刻t下的RTD曲线与坐标轴围成的面积占RTD曲线总面积的百分比；步骤四：由中间包模型的面积百分比函数f(t)确定中间包原型的对应实际浇注时间T的面积百分比函数F(T)；步骤五：依据中间包原型的实际浇注时间T的面积百分比函数F(T)，将连续浇注下中间包原型的出口浓度视为RTD曲线在时间上的叠加，计算钢锭多包变浓度连续浇注下中间包原型在充包阶段、稳定阶段、空包阶段的出口浓度变化。

本发明的有益效果如下：

1.基于RTD曲线来分析中间包原型的出口浓度，方法可靠，且相比于数值模拟和物理模拟方法，工作量小，准确度高。

2.中间包RTD曲线的测量是标准实验，易在实验室条件下进行。

3.中间包RTD曲线以及由其构造的面积百分比函数F(T)表征的均是中间包的特征属性，只与中间包的结构和浇注流量有关系，与各包浓度和浇注时间无关。

4.通过一次实验得到RTD曲线，就可以用来计算不同参数下的中间包出口处的溶质浓度变化，进而分析不同参数对中间包出口溶质浓度的影响，此方法简单，工作量小。

附图说明