一种测量结晶器液面波动及流场对称性的方法技术

本发明专利技术涉及一种测量实际生产中结晶器液面波动及流场对称性的方法，具体步骤为：将根据结晶器和水口断面尺寸制作的单排或者多排钢钉板在实际浇注过程中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、金属块在钢钉两侧高度差以及金属块最高点至钢钉末端的距离，通过这些测量信息可以同时获得实际生产中结晶器液面三维轮廓、窄面至水口的钢液流速，通过多次在水口两侧同时插钉来分析浇注过程中结晶器液面三维轮廓、流速的波动值和平均值，并对比以水口中心线为中心的水口两侧钢液流动的对称性，从而达到确定结晶器液面的波动及流场的对称性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于钢铁冶金炼钢领域，具体涉及一种测量实际生产中结晶器液面波动及流场对称性的方法。
技术介绍
连铸结晶器内的钢液流动是一个复杂的三维湍流流动，其中包括诸多复杂现象，如水口和结晶器内的湍流、气泡和夹杂物的运动、多相流、电磁力对钢液流动的影响、传热、界面现象、钢渣反应以及溶质元素的转移与偏析。其中，钢水在结晶器内的湍流引起的液面波动和水口两侧非对称流动是引起卷渣的重要原因，这会导致铸坯缺陷率升高进而修磨率升高，大大提高生产成本。然而在浇注过程中，为了使保护渣熔化以及生产顺行液面温度维持在1500℃左右，在此条件下钢液在结晶器内的流动形态、液面波动以及水口两侧钢液流的对称性无从得知，只能通过铸坯缺陷率来间接判断。虽然物理模拟或者数值模拟可以用于研究连铸条件对液面波动及流场对称性的影响，但是如果没有实际测量结果作为验证，其真实性和可靠性值得商榷。近年来有学者利用将钢钉插入结晶器液面的方法研究浇注过程中结晶器液面钢液流速，但由于其采用的是单个或者若干个用木板相连的钢钉，故只能得到插钉位置处的钢液流速，无法得到整个液面轮廓，也就无法对液面波动进行研究，且只在水口一侧插入结晶器液面，也无法对水口两侧钢液流的对称性进行研究。因此，对实际浇注过程中的结晶器液面波动及水口两侧钢液流的对称性的研究还是一项空白。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可同时获得实际生产中结晶器液面三维轮廓、窄面至水口的钢液流速的方法，通过多次实施来分析浇注过程中结晶器液面平均三维轮廓和平均流速，从而达到获得液面三维波动情况及流场对称性的目的。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种测量确定生产中结晶器液面波动及流场对称性的方法，包括如下步骤：(1)根据结晶器和水口断面尺寸制作单排或者多排钢钉板，保证每个钢钉板能垂直插入所要研究的结晶器内；(2)在步骤(1)所述钢钉板上标记水口位置、窄面位置和内外弧位置；(3)在浇注过程中，将步骤(2)经过所述标记的钢钉板在水口两侧按照标记位置同时垂直插入结晶器液面，停留数秒后同时垂直提出，待其冷却；(4)重复步骤(2)和(3)；(5)清理每个钢钉所粘保护渣，将实施步骤(3)后凝固在钢钉上的金属块露出；(6)分别测量步骤(5)所述金属块直径、金属块在钢钉两侧高度差以及金属块最高点至钢钉末端的距离；(7)根据公式(a)计算钢液流速大小，其方向为步骤(5)所述钢钉上所粘金属块最高点指向最低点；Vs=0.624Φlump-0.696hlump0.567---(a)]]>式中：Φlump为步骤(4)所述金属直径，mm；hlump为步骤(4)所述金属高度，mm；Vs为钢液流速，m/s；(8)重复步骤(6)和(7)；(9)将步骤(8)得到的每个时刻所有钢钉上金属块最高点至钢钉末端的距离绘制得到每个时刻结晶器液面三维轮廓图，求其平均值得到结晶器液面平均三维轮廓图；(10)将步骤(8)得到的每个时刻结晶器液面钢液流速的大小和方向绘制得到每个时刻结晶器液面速度矢量图，求其平均值得到结晶器液面平均速度矢量图；(11)对比所述步骤(9)所得的结晶器液面三维轮廓图及所述步骤(10)所得的速度矢量图，来确定结晶器液面的波动及以水口中心线为中心流场的对称性；进一步地，所述水口外壁与所述钢钉板的空隙、所述结晶器铜冷却壁与所述钢钉板的空隙均小于5mm，同时使所述钢钉板插入所述结晶器；进一步地，所述步骤(1)的钢钉板包括钢钉和木板，其中所述木板厚度为90～100mm；进一步地，所述钢钉长度为150～180mm，直径为8～10mm；进一步地，在步骤(3)中所述钢钉在所述结晶器液面停留时间为2～3秒；进一步地，所述步骤(3)的浇注过程实施次数至少为3次，每次间隔5～10分钟；进一步地，在所述步骤(4)中每隔8分钟重复所述步骤(3)，共重复10次；进一步地，在所述步骤(8)中重复所述步骤(6)和(7)，次数为10次。有益效果本专利技术的测量实际生产中结晶器液面波动及流场对称性的方法，不仅可以直观地说明连铸条件的优劣，还可作为利用物理模拟和数值模拟验证模型准确性的依据。根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本专利技术的其它特征及方面将变得清楚。附图说明包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本专利技术的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本专利技术的原理。图1为本专利技术的实施过程示意图，其中1浸入式水口，2和3钢钉板，4和5铜冷却壁，6钢液；图2中(a)为本专利技术实施后需要测量的钢钉所粘金属块的直径，(b)为本专利技术实施后需要测量的钢钉所粘金属块的高度差,(c)为本专利技术实施后需要测量的钢钉所粘金属块最高点至钢钉末端的距离。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。测量确定生产中结晶器液面波动及流场对称性的方法，包括如下步骤：(1)根据结晶器和水口断面尺寸制作单排或者多排钢钉板，保证每个插钉板能垂直插入所要研究的结晶器内；(2)在步骤(1)所述钢钉板上标记水口位置、窄面位置和内外弧位置；(3)在实际浇注过程中，将步骤(2)所述经过标记的钢钉板在水口两侧按照标记位置同时垂直插入结晶器液面，数秒后同时垂直提出，待其冷却；(4)重复步骤(2)和(3)；(5)清理每个钢钉所粘保护渣，将实施步骤(3)后凝固在钢钉上的金属块露出；(6)分别测量步骤(5)所述金属块直径、金属块在钢钉两侧高度差以及金属块最高点至钢钉末端的距离；(7)根据公式(a)计算钢液流速大小，其方向为步骤(5)所述钢钉上所粘金属块最高点指向最低点；Vs=0.624Φlump-0.696hlump0.567---(a)]]>式中：Φlump为步骤(4)所述金属直径，mm；hlump为步骤(4)所述金属高度，mm；Vs为钢液流速，m/s。(8)重复步骤(6)和(7)；(9)将步骤(8)得到的每个时刻所有钢钉上金属块最高点至钢钉末端的距离利用专业绘图软件绘制云图，得到实际生产中不同时刻结晶器液面三维轮廓图，求其平均值得到结晶器液面平均三维轮廓图；(10)将步骤(8)得到的每个时刻结晶器液面钢液流速的大小和方向利用专业绘图软件绘制速度矢量图，得到实际生产中不同时刻结晶器液面速度矢量图，求其平均值得到结晶器液面平均速度矢量图。(11)对比生产过程中结晶器内每一时刻水口两侧液面三维轮廓图及速度矢量图，达到研究实际连铸过程中结晶器液面波动及以水口中心线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量确定生产中结晶器液面波动及流场对称性的方法，包括如下步骤：(1)根据结晶器和水口断面尺寸制作单排或者多排钢钉板，保证每个钢钉板能垂直插入所要研究的结晶器内；(2)在步骤(1)所述钢钉板上标记水口位置、窄面位置和内外弧位置；(3)在浇注过程中，将步骤(2)经过所述标记的钢钉板在水口两侧按照标记位置同时垂直插入结晶器液面，停留数秒后同时垂直提出，待其冷却；(4)重复步骤(2)和(3)；(5)清理每个钢钉所粘保护渣，将实施步骤(3)后凝固在钢钉上的金属块露出；(6)分别测量步骤(5)所述金属块直径、金属块在钢钉两侧高度差以及金属块最高点至钢钉末端的距离；(7)根据公式(a)计算钢液流速大小，其方向为步骤(5)所述钢钉上所粘金属块最高点指向最低点；Vs=0.624Φlump-0.696hlump0.567---(a)]]>式中：Φlump为步骤(4)所述金属直径，mm；hlump为步骤(4)所述金属高度，mm；Vs为钢液流速，m/s；(8)重复步骤(6)和(7)；(9)将步骤(8)得到的每个时刻所有钢钉上金属块最高点至钢钉末端的距离绘制得到每个时刻结晶器液面三维轮廓图，求其平均值得到结晶器液面平均三维轮廓图；(10)将步骤(8)得到的每个时刻结晶器液面钢液流速的大小和方向绘制得到每个时刻结晶器液面速度矢量图，求其平均值得到结晶器液面平均速度矢量图；(11)对比所述步骤(9)所得的结晶器液面三维轮廓图及所述步骤(10)所得的速度矢量图，来确定结晶器液面的波动及以水口中心线为中心流场的对称性。...

【技术特征摘要】
1.一种测量确定生产中结晶器液面波动及流场对称性的方法，包括如下步骤：
(1)根据结晶器和水口断面尺寸制作单排或者多排钢钉板，保证每个钢钉板能垂直插
入所要研究的结晶器内；
(2)在步骤(1)所述钢钉板上标记水口位置、窄面位置和内外弧位置；
(3)在浇注过程中，将步骤(2)经过所述标记的钢钉板在水口两侧按照标记位置同时
垂直插入结晶器液面，停留数秒后同时垂直提出，待其冷却；
(4)重复步骤(2)和(3)；
(5)清理每个钢钉所粘保护渣，将实施步骤(3)后凝固在钢钉上的金属块露出；
(6)分别测量步骤(5)所述金属块直径、金属块在钢钉两侧高度差以及金属块最高点
至钢钉末端的距离；
(7)根据公式(a)计算钢液流速大小，其方向为步骤(5)所述钢钉上所粘金属块最高点
指向最低点；
Vs=0.624Φlump-0.696hlump0.567---(a)]]>式中：Φlump为步骤(4)所述金属直径，mm；hlump为步骤(4)所述金属高度，mm；Vs为
钢液流速，m/s；
(8)重复步骤(6)和(7)；
(9)将步骤(8)得到的每个时刻所有钢钉上金属块最高点至钢钉末端的距离绘制得到
每个时刻结晶器液面三维轮廓图，求其平均值得到结晶器液面平均三维轮廓图；
(10)将步骤(8)得...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立峰，任磊，王强强，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11