[发明专利]一种可以实现实际生产中结晶器流场流态在线预报的方法

说明书

本发明涉及一种可以实现实际生产中结晶器流场流态在线预报的方法，属于钢铁冶金炼钢的连铸过程技术领域。本发明的技术方案是：将根据结晶器和水口断面尺寸制作三排钢钉板，在不同浇铸参数条件下，将钢钉板穿过放置结晶器水口和窄面附近的不锈钢支架从水口两侧同时垂直插入结晶器液面，数秒后同时垂直提出，分别测量每个钢钉所粘金属块直径、金属块最高点和最低点至钢钉末端的距离以及计算金属块在钢钉两侧最高点和最低点的高度差值。本发明的有益效果是：不仅可以直观地说明当前连铸参数条件的优劣，还可以基于流态测量结果绘制结晶器流场流态转变图，实时依据现场生产节奏对浇铸参数进行优化调整，使结晶器内钢液处于稳定的流动状态，提高铸坯质量。

技术领域

本发明涉及一种可以实现实际生产中结晶器流场流态在线预报的方法，属于钢铁冶金炼钢的连铸过程技术领域。

背景技术

连铸结晶器内的流场流态直接影响铸坯的产品质量。若钢水在结晶器内的流动状态较差，会直接影响铸坯的初始凝固，结晶器保护渣的融化，保护渣在结晶器铜板和凝固坯壳间的润滑，弯月面速度分布和液面波动，导致卷渣的发生，给铸坯表面带来质量缺陷，甚至发生漏钢事故，影响生产节奏。实际浇铸过程中钢液液面温度维持在1500℃左右，结晶器像“黑匣子”一样无法得知内部流场状态。虽然采用物理模拟和数值模拟方法对结晶器内钢液流动形态问题进行了研究，但是物理模型忽略温度、凝固坯壳和保护渣的影响，而数值模拟对现场浇铸过程进行了大量的假设条件和模型简化，其计算结果依赖于边界条件的设定，其真实性和可靠性值得商榷。

目前，有不少学者利用将钢钉插入结晶器液面的方法对浇铸过程中结晶器液面钢液流速，液位波动及流场对称性进行了一系列的研究，但其没有对结晶器内流场流态进行系统的研究，无法根据现场生产节奏对结晶器内流场流态进行在线预判。因此，对实际浇铸过程中的结晶器内流场流态测量以及在线预报流态的研究还是一项空白。

发明内容

本发明目的是提供一种可以实现实际生产中结晶器流场流态在线预报的方法，基于插钉实验测量得到的结晶器二维弯月面速度分布和三维液位波高轮廓，判定当前浇铸参数下结晶器内流场流态，再通过多次实施来分析浇铸过程中不同浇铸参数下结晶器内流场流态，绘制结晶器内流场流态转变图，从而达到在线预报结晶器内流场流态的目的；不仅可以直观地说明当前连铸参数条件的优劣，还可以基于流态测量结果绘制结晶器流场流态转变图，实时依据现场生产节奏对浇铸参数进行优化调整，使结晶器内钢液处于稳定的流动状态，提高铸坯质量，有效地解决了背景技术中存在的上述问题。

本发明的技术方案是：一种可以实现实际生产中结晶器流场流态在线预报的方法，包含以下步骤：根据结晶器和水口断面尺寸制作三排钢钉板，在实际浇铸过程的稳态浇铸期间，当水口未结瘤或结瘤轻微时，在不同浇铸参数条件下，将钢钉板穿过放置结晶器水口和窄面附近的不锈钢支架，从水口两侧同时垂直插入结晶器液面，数秒后同时垂直提出，分别测量每个钢钉所粘金属块直径、金属块最高点和最低点至钢钉末端的距离与水平线夹角，以及计算金属块在钢钉两侧最高点和最低点的高度差值，从而获得实际生产中结晶器弯月面速度分布和三维液位波高分布；对比二维弯月面流速分布和三维液位波高的变化情况，确定当前浇铸参数下结晶器流场流态；当浇铸断面和浸入式水口尺寸确定的情况下，在不同浇铸参数下通过多次在水口两侧同时插钉来分析不同的流态，将不同流态进行线性拟合获得结晶器流场流态转变图。

在实施过程前将不锈钢支架分别固定在结晶器水口和窄面附近，不锈钢支架的悬梁部分与结晶器液面水平。

在保证钢钉板穿过不锈钢支架插入结晶器的情况下，钢钉板与水口外壁和结晶器铜冷却壁的空隙尽量小，以获得结晶器弯月面完整得速度和波高分布，插钉时位于结晶器宽度和厚度的中心，使用不锈钢支架实现定位和校准的作用。

所述三排钢钉板中木板的厚度为60～70mm；钢钉长度为100～150mm，直径为8～10mm。

所述钢钉在结晶器液面停留时间为3～4秒。