[发明专利]连铸钢包浇注时钢水流场分布的测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及连铸钢包浇注时钢水流场分布的测量方法及装置。

背景技术

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。

发明内容

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，本发明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D_v和漩涡高度H_v。

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，D_e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D_e通过如下公式计算：D_e＝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D_v通过如下公式计算：其中，M为涡面直径的修正系数，D_h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H_v通过如下公式计算：其中，N为漩涡高度的修正系数。