生产异型坯的连铸机的喷嘴布置方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种生产异型坯的连铸机的喷嘴布置方法及系统，方法包括：初步设定二冷段各喷嘴设置参数；建立各喷嘴局部笛卡尔坐标系；采用网格技术模拟铸坯；以网格中心点为空间着水点，确定空间着水点辐射向量；根据网格四个角点在连铸机坐标系中的向量确定网格法向量；确定空间着水点辐射向量相对于所在网格法向量的欧拉角；根据空间着水点的水量分布和辐射向量确定该空间着水点的角密度；根据空间着水点的角密度、辐射向量和欧拉角确定所在网格的水流面密度；根据空间着水点所在网格的水流面密度获得铸坯表面温度变化曲线；根据铸坯表面温度变化曲线按照使得铸坯表面纵向和横向温度分布均匀的趋势调整各喷嘴设置参数。

【技术实现步骤摘要】
生产异型坯的连铸机的喷嘴布置方法及系统
本专利技术涉及连铸
，更具体地，涉及一种生产异型坯的连铸机喷嘴布置方法及系统。
技术介绍
异型坯与方坯和板坯铸坯不同，它的断面形状复杂，断面上各点的散热条件差别很大，使得异型坯断面上各点的温差很大，表面温度分布尤其不均匀。如果二冷段喷嘴布置稍有不合理，会加剧这种铸坯表面温度的不均匀性，从而加速异型坯表面铸坯裂纹的倾向以及产生较大的鼓肚量，造成铸坯质量缺陷和设备损耗，因此喷嘴布置是铸机设计的一个重要环节，直接影响异形坯铸坯质量。目前异形坯无现有的喷嘴空间布置处理方法，只是在冷却区内按照水量平均分布计算水流密度，也就是说冷却回路水量L，其对应喷射铸坯表面积为S，则水流密度为q＝L/S。上述处理方法不考虑喷嘴分布对水流密度的影响，只是在冷却区内做水流密度平均处理，存在以下缺点：第一，异形坯几何相对比较复杂，需要处理空间曲面和空间喷嘴的关系，因此上述处理方法不适合异形坯；第二，异形坯温度场计算中，表面水流密度作为边界条件进行输入，温度计算为二维模型，如图1所示，仅采用1/4面积作为计算区域，在异形坯横截面上划分网格，在拉坯方向时间推进，并不能反映整个异型坯表面的温度情况；第三，异形坯温度长计算系统没有考虑喷嘴在空间不同位置分布的差异性，各区水流密度平均处理；第四，异形坯温度长计算系统冷却区与冷却回路之间没有建立联系，水流密度计算比较麻烦，需要手动处理。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的是提供一种模拟不同喷嘴布置对铸坯温度的影响的生产异型坯的连铸机的喷嘴布置方法及装置。根据本专利技术的一个方面，提供一种生产异型坯的连铸机的喷嘴布置方法，包括：初步设定连铸机二冷段的各喷嘴的设置参数，所述设置参数包括喷嘴数量、喷嘴高度、喷嘴间距、喷嘴安装角度、喷嘴流量、喷射压力和喷嘴的喷射角度；以每一个喷嘴安装位置为原点，以喷嘴喷射方向、喷嘴长轴方向和喷嘴短轴方向为坐标轴，建立每一个喷嘴的局部笛卡尔坐标系；在连铸机坐标系中，利用网格技术采用空间曲面模拟连铸生产中的铸坯，得到形成铸坯的多个网格；以喷嘴在铸坯上形成的喷射表面为检测平面，以检测平面上每一个网格的中心点作为空间着水点，确定每一个喷嘴的每一个空间着水点在所述喷嘴的局部笛卡尔坐标系中的辐射向量；根据每一个网格的四个角点在连铸机坐标系中的向量确定所述每一个网格的法向量；确定每一个空间着水点的辐射向量在连铸机坐标系中相对于所在网格法向量的欧拉角；根据喷嘴的每一个空间着水点的水量分布和辐射向量确定每一个空间着水点的角密度χ，其中，Q为喷嘴的喷水量，f为空间着水点的水量分布密度值，θ为空间着水点的辐射向量与喷嘴喷射方向的夹角；根据每一个空间着水点的角密度、辐射向量和欧拉角确定每一个空间着水点所在网格的水流面密度w，其中，θ1为欧拉角，r为辐射向量；根据每一个空间着水点所在网格的水流面密度和所述网格的铸坯传热系数，得到每一个空间着水点所对应的每一个网格的铸坯表面温度，获得铸坯表面温度变化曲线；根据铸坯表面温度变化曲线按照使得铸坯表面纵向和横向温度分布均匀的趋势调整各喷嘴的设置参数。根据本专利技术的另一个方面，提供一种生产异型坯的连铸机的喷嘴布置系统，包括：输入单元，初步设定连铸机二冷段的各喷嘴的设置参数，所述设置参数包括喷嘴数量、喷嘴高度、喷嘴间距、喷嘴安装角度、喷嘴流量、喷射压力和喷嘴的喷射角度；喷淋装置，设置在连铸机的二冷区，对铸坯喷淋冷却，包括总管、从总管分出的多个支管以及设置在支管上的多个喷嘴，所述总管上设置有进水口，所述进水口设置有阀门，通过阀门控制该喷淋装置的开断；铸坯模拟单元，在连铸机坐标系中，利用网格技术采用空间曲面模拟连铸生产中的铸坯，得到形成铸坯的多个网格，根据每一个网格的四个角点在连铸机坐标系中的向量确定所述每一个网格的法向量；喷嘴空间构建单元，以每一个喷嘴安装位置为原点，以喷嘴喷射方向、喷嘴长轴方向和喷嘴短轴方向建立每一个喷嘴的局部笛卡尔坐标系，以喷嘴在铸坯上形成的喷射表面为检测平面，以检测平面上每一个网格的中心点作为空间着水点，确定每一个喷嘴的每一个空间着水点在所述喷嘴的局部笛卡尔坐标系中的辐射向量；角密度确定单元，根据喷嘴的每一个空间着水点的水量分布和辐射向量确定每一个空间着水点的角密度；面密度确定单元，在连铸机坐标系中，确定每一个空间着水点的辐射向量相对于所在网格法向量的欧拉角，根据每一个空间着水点的角密度、辐射向量和欧拉角确定每一个空间着水点所在网格的水流面密度；铸坯温度模拟单元，根据每一个空间着水点所在网格的水流面密度确定所述网格的传热系数，从而得到每一个空间着水点所对应的每一个网格的铸坯表面温度，获得铸坯表面温度变化曲线；喷嘴调整单元，根据铸坯表面温度变化曲线按照使得铸坯表面纵向和横向温度分布均匀的趋势调整各喷嘴的设置参数。上述生产异型坯的连铸机喷嘴布置方法将整个异形坯外表面模拟为一个空间曲面，考虑喷嘴在空间中的分布对铸坯表面水流密度的影响，能够模拟不同喷嘴设置参数对铸坯温度的影响，从而能够避免幅切情况对板坯角部温度的影响，使得铸坯表面纵向和横向温度分布均匀。附图说明通过参考以下具体实施方式及权利要求书的内容并且结合附图，本专利技术的其它目的及结果将更加明白且易于理解。在附图中：图1是现有技术中采用网格技术模拟异型坯的示意图图2是本专利技术生产异型坯的连铸机的喷嘴布置方法的流程图；图3是本专利技术喷嘴局部笛卡尔坐标的示意图；图4是本专利技术确定水流面密度的坐标图的示意图；图5是本专利技术喷嘴的水量分布密度函数的示意图图6是本专利技术生产异型坯的连铸机的喷嘴布置系统的构成框图；图7是本专利技术喷淋装置分段设置的示意图；图8是图7中各段喷淋装置的喷嘴改造前设置的示意图；图9是图7中各段喷淋装置的喷嘴改造后设置的示意图；图10a和10b分别示出了改造前1段二冷区内冷却回路和左冷却回路的铸坯水流面密度模拟图；图10c和10d分别示出了改造后1段二冷区内冷却回路和左冷却回路的铸坯水流面密度模拟图；图10e示出了改造前后1段二冷区水流面密度的对比图；图10f示出了改造前后1段二冷区铸坯表面温度的对比图。在附图中，相同的附图标记指示相似或相应的特征或功能。具体实施方式在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。下面将参照附图来对根据本专利技术的各个实施例进行详细描述。图2是本专利技术生产异型坯的连铸机喷嘴布置方法的流程图，如图2所示，所述喷嘴布置方法包括：首先，在步骤S100中，初步设定连铸机二冷段的各喷嘴的设置参数，所述设置参数包括喷嘴数量、喷嘴高度、喷嘴间距、喷嘴安装角度、喷嘴流量、喷射压力和喷嘴的喷射角度中的一个或多个；在步骤S110中，以每一个喷嘴安装位置为原点，喷嘴在铸坯上形成的喷射表面为检测平面，以喷嘴喷射方向、喷嘴长轴方向和喷嘴短轴方向为坐标轴，建立每一个喷嘴的局部笛卡尔坐标系，如图3所示，x0为一个喷嘴的安装位置(也是原点0)，α为喷嘴的长轴喷射角度，面p为检测平面，n0为喷嘴喷射方向，a0喷嘴长轴方向，b0喷嘴短轴方向(未示出，垂直于纸面向外的方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产异型坯的连铸机的喷嘴布置方法，其中，包括：初步设定连铸机二冷段的各喷嘴的设置参数，所述设置参数包括喷嘴数量、喷嘴高度、喷嘴间距、喷嘴安装角度、喷嘴流量、喷射压力和喷嘴的喷射角度；以每一个喷嘴安装位置为原点，以喷嘴喷射方向、喷嘴长轴方向和喷嘴短轴方向为坐标轴，建立每一个喷嘴的局部笛卡尔坐标系；在连铸机坐标系中，利用网格技术采用空间曲面模拟连铸生产中的铸坯，得到形成铸坯的多个网格；以喷嘴在铸坯上形成的喷射表面为检测平面，以检测平面上每一个网格的中心点作为空间着水点，确定每一个喷嘴的每一个空间着水点在所述喷嘴的局部笛卡尔坐标系中的辐射向量；根据每一个网格的四个角点在连铸机坐标系中的向量确定所述每一个网格的法向量；确定每一个空间着水点的辐射向量在连铸机坐标系中相对于所在网格法向量的欧拉角；根据喷嘴的每一个空间着水点的水量分布和辐射向量确定每一个空间着水点的角密度χ，

【技术特征摘要】
1.一种生产异型坯的连铸机的喷嘴布置方法，其中，包括：初步设定连铸机二冷段的各喷嘴的设置参数，所述设置参数包括喷嘴数量、喷嘴高度、喷嘴间距、喷嘴安装角度、喷嘴流量、喷射压力和喷嘴的喷射角度；以每一个喷嘴安装位置为原点，以喷嘴喷射方向、喷嘴长轴方向和喷嘴短轴方向为坐标轴，建立每一个喷嘴的局部笛卡尔坐标系；在连铸机坐标系中，利用网格技术采用空间曲面模拟连铸生产中的铸坯，得到形成铸坯的多个网格；以喷嘴在铸坯上形成的喷射表面为检测平面，以检测平面上每一个网格的中心点作为空间着水点，确定每一个喷嘴的每一个空间着水点在所述喷嘴的局部笛卡尔坐标系中的辐射向量；根据每一个网格的四个角点在连铸机坐标系中的向量确定所述每一个网格的法向量；确定每一个空间着水点的辐射向量在连铸机坐标系中相对于所在网格法向量的欧拉角；根据喷嘴的每一个空间着水点的水量分布和辐射向量确定每一个空间着水点的角密度χ，其中，Q为喷嘴的喷水量，f为空间着水点的水量分布密度值，θ为空间着水点的辐射向量与喷嘴喷射方向的夹角；根据每一个空间着水点的角密度、辐射向量和欧拉角确定每一个空间着水点所在网格的水流面密度w，其中，θ1为欧拉角，r为辐射向量；根据每一个空间着水点所在网格的水流面密度和所述网格的铸坯传热系数，得到每一个空间着水点所对应的每一个网格的铸坯表面温度，获得铸坯表面温度变化曲线；根据铸坯表面温度变化曲线按照使得铸坯表面纵向和横向温度分布均匀的趋势调整各喷嘴的设置参数。2.根据权利要求1所述的喷嘴布置方法，其中，所述设置参数还包括二冷段长度，所述二冷段长度不小于从结晶器下口到铸坯凝固点的长度，根据铸坯水流面密度得到铸坯中心温度曲线，从而获得铸坯凝固点。3.根据权利要求2所述的喷嘴布置方法，其中，所述铸坯表面温度变化曲线和铸坯中心温度曲线包括三维曲线和二维曲线中的一种或多种，其中所述三维曲线以网格坐标为面坐标，以温度为纵坐标；所述二维曲线包括沿拉坯方向各网格的温度变化曲线、沿铸坯宽度方向各网格的温度变化曲线以及以距离结晶器弯月面的距离为纵坐标，以铸坯宽度方向为横坐标，以不同颜色代表铸坯不同横纵坐标处铸坯的温度的二维铸坯温度模拟图。4.根据权利要求1所述的喷嘴布置方法，其中，还包括：生成铸坯水流面密度曲线或铸坯水流面密度模拟图，其中，所述水流面密度曲线为沿拉坯方向各网格的水流面密度变化曲线以及沿铸坯宽度方向各网格的水流面密度变化曲线，所述铸坯水流面密度模拟图横坐标为距离结晶器弯月面的长度，纵坐标为铸坯宽度，通过图形显示各喷嘴在铸坯上形成水斑，通过不同颜色及颜色深浅表示水流面密度大小。5.根据权利要求1所述的喷嘴布置方法，其中，还包括：根据不同喷嘴在铸坯上的检测平面形状确定喷嘴的水量分布密度曲线，其中，对于检测平面呈椭圆形的喷嘴，c0+c1+c2+...+cM＝0对于检测平面呈矩形的喷嘴，

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洪波，高仲，刘伟涛，白居冰，
申请(专利权)人：中冶连铸技术工程有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42