[发明专利]用于固体夹杂物在钢液中运动轨迹的模拟方法及系统

说明书

本发明属于冶金行业领域，具体涉及用于固体夹杂物在钢液中运动轨迹的模拟方法及系统；所述系统包括：夹杂物初始状态数据保存模块，流场数据调用模块，夹杂物受力计算模块，夹杂物运动轨迹计算模块，计算结果存储模块和控制模块；利用夹杂物初始状态数据，循环经流场数据调用模块、夹杂物受力计算模块和夹杂物运动轨迹计算模块进行计算，模拟出固体夹杂物在钢液中的运动轨迹。

技术领域

本发明属于冶金行业领域，具体涉及用于固体夹杂物在钢液中运 动轨迹的模拟方法及系统。

背景技术

钢液中夹杂物按照来源可以分为外来夹杂物和内生夹杂物。外来 夹杂物是由于耐火材料或炉渣等在冶炼过程中滞留在钢中造成的。内 生夹杂物是钢液脱氧造成的。大量研究表明，钢中夹杂物对钢材质量 有很大的危害。另一方面，在钢液浇注过程中，夹杂物会沉积在耐火 材料壁面造成结瘤，影响生产顺行。而夹杂物去除一般是利用液态钢 水良好的流动性和夹杂物与钢液之间密度差来去除夹杂物。因此，探 究夹杂物在钢液中的运动可以揭示夹杂物在钢液流场中的传输机制， 通过优化反应器结构促进夹杂物去除和减轻夹杂物沉积，以提高钢的 洁净度和保证生产顺行。因此，钢液中夹杂物的运动研究一直是热点。

目前，夹杂物在钢液中的运动研究采用数值模拟或物理模拟方 法。钢液温度在1600℃以上，现有技术手段很难作到直接观察夹杂 物在钢液中的运动。数值模拟利用相应流动数学模型求解流动控制方 程，获得钢液流场信息，再通过拉格朗日法求解夹杂物运动轨迹，但 数值方法对计算所采用的流动数学模型和计算域离散方法依赖性较 强，采用不同的数学模型和不同的离散方法会得到不同的夹杂物运动 轨迹结果。物理模拟则利用流动相似准则，一般采用室温下为液体的 介质模拟钢液，使用石蜡或其他材料模拟夹杂物，该方法可直观地看 到夹杂物的运动轨迹，但该方法不适用模拟粒径为微米级别的夹杂物运动，而钢液中有相当一部分的夹杂物粒径在微米级别。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开了一种用于固体夹杂物在钢液中 运动轨迹的模拟方法及系统，为了实现上述目的，本发明是通过以下 技术方案实现的：

一种用于固体夹杂物在钢液中运动轨迹的模拟系统，所述系统包 括：

夹杂物初始状态数据保存模块，用于保存夹杂物初始状态数据；

流场数据调用模块，用于提取所述夹杂物初始状态数据和计算夹 杂物的流场数据；

夹杂物受力计算模块，用于提取所述流场数据和计算夹杂物受力 数据；

夹杂物运动轨迹计算模块，用于提取所述夹杂物受力数据和计算 夹杂物空间坐标数据(即计算夹杂物下一时刻的空间坐标)；

计算结果存储模块，用于保存最终计算得到的夹杂物空间坐标； 和

控制模块，用于设置计算步长、提取计算结果存储模块中的夹杂 物空间坐标和控制系统中其他模块的通信；

所述夹杂物初始状态数据保存模块与流场数据调用模块通信连 接；

所述流场数据调用模块与夹杂物受力计算模块通信连接；

所述夹杂物受力计算模块与夹杂物运动轨迹计算模块通信连接；

所述夹杂物运动轨迹计算模块分别与流场数据调用模块、计算结 果存储模块通信连接；

所述控制模块分别与夹杂物初始状态数据保存模块、流场数据调 用模块、夹杂物受力计算模块、夹杂物运动轨迹计算模块和计算结果 存储模块通信连接。

进一步地，使用MATLAB编写各个模块指令，以m文件的形式 保存在工作目录中，或者以其他编程语言编写各个模块指令。

进一步地，所述流场数据也保存在所述工作目录中。