[发明专利]一种结晶器内钢液流动的预测方法

说明书

本发明涉及冶金连铸技术领域，提供一种结晶器内钢液流动的预测方法。首先收集待研究钢材的物性参数、各成分所占比重数据；然后根据收集的物性参数数据及LBM模型，计算结晶器内的钢液流动状态：基于LBM模型将钢液流动过程分解成碰撞和迁移两个部分，基于D2Q9模型和BGK模型计算钢液流动的控制方程；对节点的动量分布函数值进行迁移，并在迁移之后施加边界条件，得到各节点的流体速度；最后编写程序代码，设定边界条件及控制条件，运行程序，输出各节点的流体速度，将输出转化为图像形式，得到结晶器内的钢液流动状态。本发明能够再现结晶器内钢液流动的过程，且提高结晶器内钢液流动预测的精准度。

技术领域

本发明涉及冶金连铸技术领域，特别是涉及一种结晶器内钢液流动的预测方法。

背景技术

钢连铸过程的本质就是钢液在冷却作用下逐渐凝固成型的过程，结晶器是钢液凝固的起点，是连铸机最关键的部件，其结构、材质和性能参数对铸坯质量和铸机生产能力起着决定性作用。在钢液流经结晶器、冷却区冷却的过程中，钢液首先在结晶器内开始凝固，凝固坯壳沿着结晶器壁开始生长，最终在结晶器内形成厚度稳定、连续的凝固坯壳，然后进入冷却区进行矫直和完全凝固。在结晶器内的凝固坯壳生长过程中，由于不断有钢液补充进入结晶器，因此在结晶器内存在注流，使钢液在结晶器内形成漩涡，并不断波动。

结晶器内的注流是高温的钢液，注流从结晶器顶端进入结晶器内不仅会对结晶器内的初生坯壳造成冲击，还会使结晶器的温度分布不均匀，从而造成结晶器内凝固坯壳的厚度不均匀，这样不仅会造成产品质量的不稳定，严重者还会造成“漏钢”的严重事故。此外钢液的流动还会影响钢液的溶质分布，造成偏析。因此，深入了解结晶器内的钢液流动，对于制定合理的工艺流程、提高产品质量、保证连铸生产安全具有重要意义。

然而现有结晶器内钢液流动的预测方法中，没有考虑钢液流动对壁面的碰撞机理，预测得到的钢液流动状态不够精准。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种结晶器内钢液流动的预测方法，能够再现结晶器内钢液流动的过程，且提高结晶器内钢液流动预测的精准度。

本发明的技术方案为：

一种结晶器内钢液流动的预测方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤1：收集待研究钢材的物性参数、各成分所占比重数据；所述物性参数包括钢液粘度；

步骤2：根据收集的物性参数数据及LBM模型，计算结晶器内的钢液流动状态：基于LBM模型将钢液流动过程分解成碰撞和迁移两个部分，基于D2Q9模型和BGK模型计算钢液流动的控制方程；对节点的动量分布函数值进行迁移，并在迁移之后施加边界条件，得到各节点的流体速度；

步骤3：对步骤2编写程序代码，设定边界条件及控制条件，运行程序，输出各节点的流体速度，将输出转化为图像形式，得到结晶器内的钢液流动状态；所述边界条件包括钢液入口边界条件、钢液出口边界条件、结晶器壁面边界条件，所述钢液入口边界条件为速度场采用已知速度边界条件，所述钢液出口边界条件为开放性边界条件，所述结晶器壁面边界条件为封闭边界条件；所述控制条件包括温度、钢液的初始速度、水口插入深度。

进一步地，所述步骤2包括：

基于LBM模型将钢液流动过程分解成碰撞和迁移两个部分，基于D2Q9模型和BGK模型计算钢液流动的控制方程为钢液流动过程中的节点碰撞方程：

其中，x为节点的位置坐标，t表示时刻，Δx为格子在x方向的长度，Δt为时间步长，ω为松弛频率，τ为松弛时间，f_k()为节点的动量分布函数，下标k表示不同的方向，为平衡分布函数：