一种确定连铸钢包辐射热流的方法技术

本发明专利技术公开一种确定连铸钢包辐射热流的方法，包括如下步骤：步骤1：从钢包的初始设计入手，确定钢包的结构及各物性参数，建立钢包的简化物理模型；步骤2：建立钢包传热物理模型；步骤3：估算钢包整体热量损失；步骤4：对特定点辐射热通量的计算；本发明专利技术采用数学计算和数值模拟等研究方法获取热源温度和热流分布，并基于此开发连续铸钢流程辐射热量模型，既为连续铸钢余热回收利用提供新途径，也为开发钢铁制造全流程节能环保新技术和有效的“节能减排”实施奠定理论基础和储备方式方法。这不仅将会大幅降低企业制造成本，也会极大缓解工业节能减排压力，进而产生极大社会经济效益，相关研究具有重要的理论和现实意义。

Method for determining radiation heat flow of continuous casting ladle

The invention discloses a method for determining the radiative heat flux of continuous casting ladle, which comprises the following steps: Step 1: starting from the initial design of the ladle, ladle to determine the structure and parameters, a simplified physical model of ladle; step 2: to establish a physical model of ladle heat transfer; step 3: estimate the whole ladle heat loss; step 4 the specific point: Calculation of radiative heat flux; the invention adopts the research method of mathematical calculation and numerical simulation for heat source temperature and heat flux distribution, and based on the development of continuous casting process of heat radiation model, which provides a new way for the continuous casting waste heat recycling, also lay the theoretical foundation and implementation method for the development of iron and steel manufacturing reserves the process of the new technology of energy saving and environmental protection and effective \energy-saving emission reduction\. This will not only significantly reduce the manufacturing costs of enterprises, but also greatly alleviate the pressure of industrial energy conservation and emission reduction, and then produce enormous social and economic benefits. The related research has important theoretical and practical significance.

【技术实现步骤摘要】
一种确定连铸钢包辐射热流的方法
涉及钢铁冶金领域制造流程中余废热回收的一种确定辐射热流的方法。
技术介绍
钢铁工业是国民经济重要支柱型基础产业，其流程制造和冶炼加工等工艺特性决定了其能源消耗和余废热排放大户的特点。统计表明，钢铁制造流程能源消耗约占全国工业总能耗10％-15％，能耗巨大，而制造流程释放的余废热中即使忽略必要的热损失，仍有极为可观的热量被浪费和未能得到有效回收及重复利用。日本钢铁企业JFESteel公司年产380万吨钢厂总热量利用数据显示：全年粗钢制造产生的理论纯热量中仅有不足10％得到有效利用。由此可见，钢铁制造流程节能环保技术研究极具潜力和空间，同时也为技术开发和应用等提出了挑战。目前，国内外各种余热回收利用技术得到了快速发展。例如，烧结余热回收技术、球团废热循环利用技术、高炉热风炉双预热技术、电炉、高炉烟气余热回收利用除尘技术等上述方法都是极为典型的对焦炭及烧结矿的显热，熔渣显热，废(烟)气显热的回收利用，即使发展相对较为成熟，但由于受到技术和空间的限制,有效利用效率为10％到30％。例如对于焦炭及烧结矿的显热的只有通过气-固热交换方式才能回收，生产蒸汽并发电，有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定连铸钢包辐射热流的方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：从钢包的初始设计入手，确定钢包的结构及各物性参数，建立钢包的简化物理模型；步骤1.1：确定钢水容量与钢内渣量；步骤1.3：确定钢包其它物性参数；步骤1.4：确定钢包浇注速度与浇注时间参数；步骤2：建立钢包传热物理模型，分别计算钢包渣层、侧壁、包底的外层温度；根据连铸过程现场的条件，确定钢水温度、钢包周围环境温度，钢水与四周的对流换热系数；步骤2.1：渣层上表面温度与热通量预测；步骤2.2：侧壁外表面温度与热通量预测；步骤2.3：包底外表面温度与热通量预测；步骤3：估算钢包整体热量损失；步骤3.1：估算渣层热量损失；步骤3.2：估算...

【技术特征摘要】
1.一种确定连铸钢包辐射热流的方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：从钢包的初始设计入手，确定钢包的结构及各物性参数，建立钢包的简化物理模型；步骤1.1：确定钢水容量与钢内渣量；步骤1.3：确定钢包其它物性参数；步骤1.4：确定钢包浇注速度与浇注时间参数；步骤2：建立钢包传热物理模型，分别计算钢包渣层、侧壁、包底的外层温度；根据连铸过程现场的条件，确定钢水温度、钢包周围环境温度，钢水与四周的对流换热系数；步骤2.1：渣层上表面温度与热通量预测；步骤2.2：侧壁外表面温度与热通量预测；步骤2.3：包底外表面温度与热通量预测；步骤3：估算钢包整体热量损失；步骤3.1：估算渣层热量损失；步骤3.2：估算侧壁热量损失；步骤3.3：估算包底热量损失；步骤4：对特定点辐射热通量的计算；步骤4.1：建立对侧壁外一点的辐射热模型；步骤4.2：由以上数据可绘制Φb—t曲线。2.根据权利要求1所述的确定连铸钢包辐射热流的方法，其特征在于：步骤1.1：确定钢水容量与钢内渣量；设钢包额定容量为P，过装余量为a,则钢水实际容量P0为：P0＝(1+a)P出钢时一般将炉内熔渣全部或绝大部分随钢水倾入钢包，渣量一般为金属量M的3～5％，设计时取较大比例为5.1％。即渣量P1为：P1＝PMP1＝P×5.1％＝0.051P步骤1.2：确定钢包容积与内径；根据钢包实际容纳钢液与熔渣量计算钢包容积；钢与渣的总体积V即钢包容积应为：V＝C1P0+C2P1其中，C1钢液比容，C2熔渣比容；设钢包内高H，内径D，采用D/H＝1，根据圆柱体积公式：得内高H，内径D值；步骤1.3：确定钢包其它物性参数；不考虑过装余量a，渣量P1取金属量M的5％，则钢包净体积V0：V0＝C1P+0.05C2P渣层体积：V*＝0.05C2P设钢水高l，渣层厚度δ，参考《钢铁厂设计》，从而得到其余各部分参数外高H1外径D1步骤1.4：确定钢包浇注速度与浇注时间等参数；为获得拉坯速度，采用高速连铸机，此时结晶器长度取700mm，则结晶器有效长度Lm：取凝固系数Km为最小坯壳厚度δmin取小断面则拉坯理论速度vc,max：实际速度vc取：vc＝0.9vc,max钢水浇注总时间t为：式中，A0-钢水表面面积，vc-实际速度，A1-坯断面积，δ-渣层厚度。3.根据权利要求1所述的确定连铸钢包辐射热流的方法，其特征在于：步骤2：建立钢包传热物理模型，包括分别计算钢包渣层、侧壁、包底的外层温度；当模型的内外边界条件，即钢水和钢包周围环境温度确定后，在各参数确定的情况下，渣层上表面的温度是可以确定的，即可以通过模型计算来实现对外表面温度的预测；根据连铸过程现场的条件，确定钢水温度、钢包周围环境温度、钢水与四周的对流换热系数h1；步骤2.1：渣层上表面温度与热通量预测；取渣层与空气的对流换热系数为h2，渣层物性参数厚度为δ，面积为A，导热系数为λ，发射率为ε1，设渣层内壁温度为T1，渣层外壁温度为T2，钢液温度为T3，渣层外空气温度为T4；钢液与渣层内侧之间对流换热热流量Φ1：Φ1＝h1A(T3-T1)渣层内部导热热流量Φ2：Φ2＝λA(T1-T2)/δ由：Φ1＝Φ2解得T2；又由渣层外侧与空气之间对流换热热流量Φ3：Φ3＝h2A(T2-T4)以及渣层外侧向外辐射传热热流量Φ'3：由能量守恒可得:Φ1＝Φ2＝Φ3+Φ′3式中，h1—钢液与渣层内表面的对流换热系数；h2—空气与渣层外表面的对流换热系数；λ—导热系数；A—渣层上表面面积；δ—渣层厚度；E—辐射力；Eb—同温度下黑体的辐射力；ε1—渣层发射率；σ—斯特藩-波尔兹曼常数；Φ1-渣层与侧壁内侧之间对流换热热流量；Φ2-渣层内部导热热流量；Φ3-渣层外侧与空气之间对流换热热流量；Φ'3-渣层外侧向外辐射传热热流量；由：Φ2＝Φ3+Φ′3解得Φ1-渣层与侧壁内侧之间对流换热热流量。4.根据权利要求1所述的确定连铸钢包辐射热流的方法，其特征在于：步骤2.2：侧壁外表面温度与热通量预测；取侧壁与空气的对流换热系数h3，表面发射率ε2，步骤2.2.1：设侧壁内壁温度为T'1，侧壁外壁温度为T'2。由能量守恒定律知热流量损失可等效为Φ'1；式中，h3—空气与侧壁外表面的对流换热系数；ε2—侧壁发射率；rn—侧壁各层半径，λn—侧壁各层导热系数。Φ'1-钢液与侧壁内侧之间对流换热热流量；Φ'2-侧壁内部导热热...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆俊松，薄岚，吕鹏程，孟祥宁，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21