一种针对钢包最低混匀时间的预测方法技术

本发明专利技术公开了一种针对钢包最低混匀时间的预测方法，基于水力学模型测试的混匀时间数据以及模型的几何特征建立混匀时间预测公式，对水力学模型的最低混匀时间进行预测和估计；经过对比换算将混匀时间预测公式用于实际的钢包预测。本发明专利技术提出新的钢包最低混匀时间的预测公式，具有较高的精确性；用于实验室研究或者工业技术，能够降低获取数据时的重复工作。同时本发明专利技术也更进一步的推导出影响钢包最低混匀时间的因素，并确定了公式的物理意义。

【技术实现步骤摘要】
一种针对钢包最低混匀时间的预测方法
本专利技术属于冶金
，具体涉及一种针对钢包最低混匀时间的预测方法。
技术介绍
在钢包的精炼和软吹过程中，底吹搅拌效率和最低混匀时间是不可测的，只能通过经验来估计。为了研究不同底吹模型对搅拌效率的影响，研究者基于相似原理设计相应的冷态模型，通过对模型的研究来测算钢包的底枪搅拌效率。最低混匀时间作为衡量搅拌模型最重要的参数，是比较不同模型优劣的核心。但底吹元件无论是采用透气砖还是底枪，其布置方式繁多，如何选择合适的类型，并没有一定的标准，也不可能在一个研究中尝试所有的方案。研究者多是基于实际工厂所采用的布置方式做一些改进，取得较为优良的方案。而实际上，科研工作者在这方面做了很多工作，总结出了不少的规律。例如，底枪支数的限制不超过6，尽量采用空间位置不对称(不同半径上)的布置，在对称布置中也尽量采用底枪间的连线不平行于直径的布置等等。但在新炉型上马或者钢包老化之后，具体的情况还是难以把握，往往需要新的冷态模型研究来确定钢包底吹的搅拌效率。基于这些因素，许多研究者们希望能总结现有的研究成果，形成合适的数学公式来描述最低混匀时间随底吹流量和布置、熔池形状等因素的变化，最终达到仅通过数学公式预测最低混匀时间的目的。但目前的研究结果显示，并没有一个公式或者一种方法能比较全面、精确地预测最低混匀时间。究其原因，这个问题还存在其他两种可能：第一，所考虑的因素不够全面，例如底枪个体之间的位置关系、底吹气流在熔池中的耗散速度以及熔池形状对结果的影响。第二，所采取的数学公式与物理变化的联系不够紧密；通过研究发现，某些参数，在不同的条件下是不断变化的。比如不同的底吹布置方案，几乎不可能采用同一个预测公式来描述，而不同的公式又对应到不同参数的变化。参数以什么样的规律变化，应该用什么方式来描述，和公式本身存在什么样的关系，是本申请讲述的核心。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种针对钢包最低混匀时间的预测方法，可在钢包模型参数设置合理的情况下，进行较为精确的预测，对现场生产有指导作用；对该方向的原理研究也有一定的帮助。本专利技术采用以下技术方案：一种针对钢包最低混匀时间的预测方法，基于水力学模型测试的混匀时间数据以及模型的几何特征建立混匀时间预测公式，对水力学模型的最低混匀时间进行预测和估计；经过对比换算将混匀时间预测公式用于实际的钢包预测，预测同种模型在不同参数变化时的最低混匀时间。具体的，包括以下步骤：S1、针对一个钢包的原型，设定模型的缩小比例，并按照比例缩小模型，将喷吹流量、气流速度、气体种类变换参数按照相似原理计算，完成模型设计；S2、确定模型中不同底吹布置中，各个底枪的位置以及底枪之间的相对位置和喷吹参数；S3、计算不同方案中每一支底枪的搅拌能供给εi，然后计算底吹搅拌能供给Ebottom；记录不同底枪之间的夹角和到中心的距离；S4、评估熔池损失能量EdesS5、将步骤S1至S4中计算得到的数据带入混匀时间τ，对系数Edes、β进行初始赋值，进行回归计算，得到混匀时间的预测公式，采用得到的预测公式计算最低混匀时间，核算相符性，将模型测定得到的最低混匀时间带入预测公式，反算数据集合Edes，以及的Edes拟合系数a、b、c，得到Edes的拟合公式；S6、在统计过的数据范围内，对不同的模型在不同的喷吹阶段，通过Edes拟合公式计算相应的熔池能量残余能量Edes，进行预测。进一步的，步骤S1中，缩小比例为(1～20):1。进一步的，步骤S2中，设定λi为底枪气流之间的相互作用系数，每个方案的系数按照实测到的最低混匀时间来反推，2支以上底枪之间的作用系数λi计算如下：其中，τmin指同一组实验数据，最小的最低混匀时间；θi指同组实验中任意一个方案的底枪夹角，θmin-time为同一组实验中最低混匀时间最小的方案的底枪夹角，τi为2支以上底枪之间的作用系数。进一步的，当底枪数量为1支时，θ为0；当底枪数量为2时，θ按实际取值；当底枪数量为3时，取最大值。进一步的，步骤S3中，总的底枪搅拌能供给计算如下：其中，Hi-j为某一支底枪距液面深度；为某支底枪的流量，T为热力学温度；W为冶金容器内液体总重。进一步的，底枪的搅拌能供给强度Ebottom计算如下：其中，ε1…εi表示每一只底枪输入的搅拌能。进一步的，步骤S4中，熔池内的自然流动能量和前期底枪供给搅拌能的残余能量相加的总搅拌能Edes的拟合公式如下：其中，a、b、c为需要拟合得到的系数，QBi为某个方案的总底吹流量。进一步的，混匀时间τ计算公式：其中，Ebottom指底枪的搅拌能供给强度，λi为2支以上底枪之间的作用系数，i为底枪数量，β表示混匀时间的趋势指数，为所有R的平均值，R为几何影响系数，均为无量纲数。进一步的，R＝L/R钢包，L<Rx；R＝R钢包/L，L>Rx；0.6R钢包<Rx<0.7R钢包，通过统计数据确定。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术一种针对钢包最低混匀时间的预测方法，在常规的冷态模拟的基础上，采用新的方法建立最低混匀时间的预测公式，能够预测同种模型在不同参数变化时的最低混匀时间，预测精度达到90％以上，相对于其他的预测公式，本专利技术采用的数学模型更加合理，更加全面的覆盖了可能的影响因素。进一步的，先确定模型几何参数、设计实验方案，再根据相似原理确定实验参数，然后进行最低混匀时间测试，在此基础上，计算对应方案的底吹搅拌能εi和Ebottom；评估熔池损失能量Edes并初始赋值，最后进行回归分析，计算实际的Edes，由于Edes是无法测量的，通过设置合理的数学模型和统计学的方法间接得到实际的Edes。最终Edes是组成预测公式的重要部分，Edes的精确度影响最终的预测结果。进一步的，缩小实验目标的几何尺寸，能够降低实验难度。进一步的，确定不同底枪之间的关系，得到作用系数λi，能够衡量不同底枪气流之间产生促进或者削弱作用的重要参数，之前的某些科学家提出的预测公式并没有考虑到不同底枪布置产生的联合作用，这个一个重要影响因素。初始赋值一般通过经验判定，后续通过统计学计算提高赋值的精确性，本专利技术能够更全面的考虑影响因素的同时，让计算更加简洁。进一步的，单支底枪喷吹搅拌能的计算适用于理想的喷吹状态下，而较小比例的冷态模型可视为理想模型，总的底枪搅拌能为所有底枪搅拌能的数学和，为上一步的计算提供依据，实际上的有效底枪总搅拌能为底枪搅拌能的数学和加上不同底枪之间产生的促进或削弱。进一步的，熔池残余总能量Edes最终的拟合公式，能精确描述针对方案的能量损失状态，主要是指熔池自然流动的能量与底枪搅拌能的残余之和，在针对方案的计算中发现，Edes在底吹总流量QB逐渐增大的过程中，并不是对应的等比例增长，而是在某个流量范围内达到最高值，之后迅速降低，随着QB的继续增大，Edes的增幅并不明显，但推测在更大的范围内Edes的总趋势会上升，该Edes的拟合公式满足这种趋势变化。进一步的，本专利技术考虑了底枪之间的相对位置、能量耗散等因素对预测结果的影响，预测精度显著提高。进一步的，底枪布置的最佳点不在中心或者容器边缘，而是在半径上的某个值，大量的计算发现，这个值在0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种针对钢包最低混匀时间的预测方法，其特征在于，基于水力学模型测试的混匀时间数据以及模型的几何特征建立混匀时间预测公式，对水力学模型的最低混匀时间进行预测和估计；经过对比换算将混匀时间预测公式用于实际的钢包预测，预测同种模型在不同参数变化时的最低混匀时间。

【技术特征摘要】
1.一种针对钢包最低混匀时间的预测方法，其特征在于，基于水力学模型测试的混匀时间数据以及模型的几何特征建立混匀时间预测公式，对水力学模型的最低混匀时间进行预测和估计；经过对比换算将混匀时间预测公式用于实际的钢包预测，预测同种模型在不同参数变化时的最低混匀时间。2.根据权利要求1所述的针对钢包最低混匀时间的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、针对一个钢包的原型，设定模型的缩小比例，并按照比例缩小模型，将喷吹流量、气流速度、气体种类变换参数按照相似原理计算，完成模型设计；S2、确定模型中不同底吹布置中，各个底枪的位置以及底枪之间的相对位置和喷吹参数；S3、计算不同方案中每一支底枪的搅拌能供给εi，然后计算底吹搅拌能供给Ebottom；记录不同底枪之间的夹角和到中心的距离；S4、评估熔池损失能量EdesS5、将步骤S1至S4中计算得到的数据带入混匀时间τ，对系数Edes、β进行初始赋值，进行回归计算，得到混匀时间的预测公式，采用得到的预测公式计算最低混匀时间，核算相符性，将模型测定得到的最低混匀时间带入预测公式，反算数据集合Edes，以及的Edes拟合系数a、b、c，得到Edes的拟合公式；S6、在统计过的数据范围内，对不同的模型在不同的喷吹阶段，通过Edes拟合公式计算相应的熔池能量残余能量Edes，进行预测。3.根据权利要求2所述的针对钢包最低混匀时间的预测方法，其特征在于，步骤S1中，缩小比例为(1～20):1。4.根据权利要求2所述的针对钢包最低混匀时间的预测方法，其特征在于，步骤S2中，设定λi为底枪气流之间的相互作用系数，每个方案的系数按照实测到的最低混匀时间来反推，2支以上底枪之间的作...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐雯聃，史云，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61