[发明专利]一种预测连铸生产中结晶器钢渣界面波动的方法

说明书

本发明提供一种预测连铸生产中结晶器钢渣界面波动的方法，涉及金属铸造技术领域。该方法首先根据钢厂连铸设备工艺尺寸，运用造型软件建立结晶器三维几何模型，对模型进行网格化、制定模型边界条件，导出.msh文件，并将其导入流体计算软件中进行模拟计算，提取结晶器钢渣界面位置、形状以及附近流场的数据，并在后处理软件中，建立铸坯中心面径向距离与其相对应的液面波动高度直角坐标系点状图，据此判断钢渣界面波动情况；最后调整铸坯水口插入深度与水口形状，重新对钢渣界面波动情况进行预测。本发明提供的预测连铸生产中结晶器钢渣界面波动的方法，可以判断铸坯在连铸过程中流场分布和钢渣界面波动行为，从而提高铸坯质量。

技术领域

本发明涉及金属铸造技术领域，尤其涉及一种预测连铸生产中结晶器钢渣界面波动的方法。

背景技术

随着经济的高速发展和市场竞争的日益激烈，对钢铁产品的性能要求越来越高，因此，对连铸生产过程提出了更高的要求。铸坯的洁净度、表面缺陷和内部缺陷等因素对产品的质量问题起至关重要的作用，而结晶器操作正是控制这些因素达到所需标准的最后环节。因此，在保证连铸机生产效率的同时，得到高品质的铸坯，已经成为制约高品质钢的关键步骤。

连铸生产过程中，结晶器内钢渣液面波动情况对于连铸坯的质量有着十分重要的影响。结晶器内钢液的流动特性不仅影响结晶器内钢液的传热和夹杂物的上浮，而且还与铸坯裂纹、偏析等表面及内部质量有着密切的关系，合理的结晶器钢液流场对减少钢液卷渣、气泡、裂纹等缺陷，提高铸坯质量，都有很好的促进作用。因此研究和控制结晶器内的钢渣界面波动对于提高铸坯表面质量进而提高钢材质量意义重大。

如果结晶器内钢渣界面波动过大，容易导致保护渣被卷入钢液，造成露钢现象，而且会带来铸坯表面夹杂和皮下夹杂，严重影响铸坯质量。如果结晶器内钢渣界面波动过于平静，则会导致弯月面处钢水更新慢，不利于保护渣的熔化，导致润滑不良的现象。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种预测连铸生产中结晶器钢渣界面波动的方法，改进连铸过程中流场分布和钢渣界面波动，从而提高铸坯质量。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种预测连铸生产中结晶器钢渣界面波动的方法，包括以下步骤：

步骤1、根据钢厂连铸设备工艺尺寸，运用Gambit造型软件建立结晶器三维几何模型，并对模型进行网格化、制定模型边界条件，然后导出.msh文件；所述边界条件包括入口边界条件、出口边界条件、模型顶面边界条件和结晶器壁面和水口壁面边界条件；

步骤2、将步骤1导出的.msh文件导入流体计算软件中进行模拟计算，具体方法为：

步骤2.1、网格导入与处理：读取步骤1中保存的.msh文件，检查网格，保证网格最小体积小于0，设置网格区域尺寸；

步骤2.2、设置物理模型及材料：根据实际设置求解器的类型、重力加速度为Y轴负方向，选择湍流模型和多相流模型为计算模型、设置材料为流体，设置钢渣界面表面张力；

步骤2.3、设置操作环境和边界条件；

所述设置边界条件的具体方法为：

所述入口边界条件包括进口速度v_inlet、湍动能k和湍动能耗散率ε，分别根据公式(1)-(3)获得：

其中，v_cast为拉坯速度，S_out为模型出口截面面积，S_in为浸入式水口入口处截面面积；

其中，R_noz为水口入口半径；