一种在线控制结晶器内钢液流动的方法技术

本发明专利技术提供了一种在线控制结晶器内钢液流动的技术，包括结晶器内钢液流场、Ｆ数数据库以及在线控制结晶器内钢液流场系统。首先采用大型计算流体力学软件ＣＦＸ模拟计算各种工艺条件下结晶器内钢液的流场并获得了计算Ｆ数所必须的参数。然后根据Ｆ数的计算公式：Ｆ＝ρＱＶ（１－ＳｉｎＱ）／４Ｄ得到不同工艺参数组合下的Ｆ数。模拟计算过程中采用了排列组合的实验方法，建立了一个涵盖流场和Ｆ数的数据库。最后，采用Ｄｅｌｐｈｉ语言开发了结晶器内钢液流场的在线控制系统。本发明专利技术的优点在于：显著减少了卷渣、夹渣、表面纵裂纹、凹陷等缺陷的形成，提高了铸坯质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于连铸领域，特别是提供了一种在线控制结晶器内钢液流动的技术，该技术可以防止结晶器内保护渣的卷入、改善连铸坯质量。
技术介绍
水模型试验和数值模拟的结果表明在板坯连铸过程中，由浸入式水口流出的钢液，到达结晶器窄边坯壳附近后分为向上和向下两个分流，见图1。一方面，如果向上的分流过大，结晶器内钢液表面流会将保护渣粒冲入钢液，部分被生长的坯壳捕捉，造成卷渣缺陷。另一方面，如果向上的分流过小，结晶器钢液表面热量不足，保护渣的熔融也就不好，弯月面处初生坯壳也就厚薄不均，容易引发铸坯表面裂纹、夹渣等缺陷。可见，对结晶器内钢液流动进行控制具有十分重要的意义。为了控制结晶器内钢液的流动，日本钢管公司(NKK)(在文献T.Teshima，M.Osame，K.Okimoto.Improvement of Surface Property ofSteel at High Casting Speed，1988 Steelmaking ConferenceProceedings111-118；和文献手鸣俊雄，久保田淳，铃木干雄.スラブ高速铸造时の连铸铸型内溶钢流动にぉょぼす铸造条件の影响，铁と钢，1992，79(5)40-46记载)研究提出了反映结晶器内钢液向上分流动量的指数一“F数”，F数的定义为F=ρQV(1-sinθ)4D]]>其中，p为钢液的密度，kg/m3；Q为钢液的流量，m3/s；V为钢液撞击结晶器窄边的速度，m/s；θ为钢液撞击结晶器窄边的角度；D为撞击点与自由面之间的距离，m。NKK发现可以通过控制F数对结晶器卷渣进行控制，当F数控制在2～4之间时，由于结晶器卷渣造成的冷轧钢板的表面缺陷最少。根据NKK对F数的定义可知，欲计算F数，必须首先得到钢液流到达窄边坯壳处的碰撞速度V，碰撞角度θ和碰撞处的钢液深度D，但在实际生产中V、θ和D是无法得知的。NKK曾通过水模型试验得到其3号板坯铸机计算碰撞速度V、碰撞角度θ和碰撞处钢液深度D的经验公式，但套用于国内宝钢等工厂的浇铸条件，发现无法应用(例如，计算得到的钢液流到达窄边碰撞深度甚至高出液面)。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种计算F数、控制结晶器内钢液流动的新技术。包括结晶器内钢液流场、F数数据库以及在线控制结晶器内钢液流场系统。欲计算F数，必须首先得到钢液流到达结晶器窄边坯壳处的撞击速度V、撞击角度θ和撞击点距钢液表面的距离D。本专利技术采用大型计算流体力学软件CFX模拟计算了各种工艺条件下结晶器内钢液的流场(示例见图2)并在此基础上得到了计算F数所必须的参数钢液流到达结晶器窄边坯壳处的撞击速度V、撞击角度θ和撞击点距钢液表面的距离D，各种工艺条件是指拉速、水口侧孔倾角、水口浸入深度、铸坯尺寸；然后根据F数的计算公式F=ρQV(1-sinθ)4D]]>得到不同工艺参数组合下的F数；其中，p为钢液的密度，kg/m3，Q为钢液的流量，m3/s，V为钢液撞击结晶器窄边的速度，m/s，θ为钢液撞击结晶器窄边的角度，D为撞击点与自由面之间的距离，m。模拟计算过程中采用了排列组合的实验方法，建立了一个涵盖流场和F数的数据库。最后，本专利技术采用Delphi语言开发了结晶器内钢液流场的在线控制系统，该软件采用WINDOWS界面(见图3)，操作者输入浇铸工艺参数(拉速、铸坯尺寸、浸入式水口侧孔倾角和浸入深度等)后就可得到相应的F数和结晶器内钢液的流场图。如F数不合理，操作人员可在控制系统指导下变动某些参数，使F数控制在合理范围内；操作者给定任一合理的F数数值，可反查出与之最为匹配的工艺参数组合。上述工艺条件的具体参数为拉速0.8～2.0m/min，水口侧孔倾角-20～5°、水口浸入深度120～350mm、铸坯尺寸(1000～1800)mm×230mm。水口侧孔倾角向上为正，向下为负；水口浸入深度为水口出口中心线距结晶器液面的距离。本专利技术的优点在于显著减少了卷渣、夹渣、表面纵裂纹、凹陷等缺陷的形成，提高了铸坯质量。与NKK通过水模型实验得到的经验公式对D、Ve和θ进行计算的方法相比，本方法考虑的浇铸工艺条件更全面，结果也更准确。附图说明图1是连铸结晶器内钢液流动的示意图。图2是结晶器内钢液的流场图，其对应的工艺条件为拉速为1.2m/min、水口侧孔倾角为-15°、水口浸入深度为220mm、铸坯尺寸为1400×230mm。图3为控制软件的用户界面图。图4控制系统的实施界面，其工艺条件拉速为0.8m/min、水口侧孔倾角为5°、水口浸入深度为120mm、铸坯尺寸为1000×230mm 图5控制系统的实施界面，其工艺条件拉速为2.0m/min、水口侧孔倾角为-20°、水口浸入深度为350mm、铸坯尺寸为1800×230mm具体实施方式首先，采用排列组合的实验方法，通过大型计算流体力学软件CFX模拟计算表1工艺条件下结晶器内钢液的流场并在此基础上得到了计算F数所必须的参数钢液流到达结晶器窄边坯壳处的撞击速度V、撞击角度θ和撞击点距钢液表面的距离D，然后根据F数的计算公式F=ρQV(1-sinθ)4D]]>得到不同工艺参数组合下的F数，建立了一个涵盖结晶器内钢液流场和F数的数据库。在此工作的基础上，本专利技术采用Delphi语言开发了结晶器内钢液流场的在线控制系统，该软件采用WINDOWS界面(见图3)，操作者输入浇铸工艺参数(拉速、铸坯尺寸、浸入式水口侧孔倾角和浸入深度等)后就可得到相应的F数和结晶器内钢液的流场图。如F数不合理，操作人员可在控制系统指导下变动某些参数，使F数控制在合理范围内；操作者给定任一合理的F数数值，可反查出与之最为匹配的工艺参数组合。表1 工艺条件 注表中水口侧孔倾角向上为正，向下为负；水口浸入深度为水口出口中心线距结晶器液面的距离。图2为计算得到的其中一种工艺条件下结晶器内钢液流场的示例图。(工艺条件拉速为1.2m/min、水口侧孔倾角为-15°、水口浸入深度为220mm、铸坯尺寸为1400×230mm)。图4控制系统的实施界面，其工艺条件拉速为0.8m/min、水口侧孔倾角为5°、水口浸入深度为120mm、铸坯尺寸为1000×230mm图5控制系统的实施界面，其工艺条件拉速为2.0m/min、水口侧孔倾角为-20°、水口浸入深度为350mm、铸坯尺寸为1800×230mm权利要求1.一种在线控制结晶器内钢液流动的技术，包括结晶器内钢液流场、F数数据库以及在线控制结晶器内钢液流场系统，其特征在于首先采用大型计算流体力学软件CFX模拟计算了各种工艺条件下结晶器内钢液的流场并在此基础上得到了计算F数所必须的参数钢液流到达结晶器窄边坯壳处的撞击速度V、撞击角度θ和撞击点距钢液表面的距离D，各种工艺条件是指拉速、水口侧孔倾角、水口浸入深度、铸坯尺寸；然后根据F数的计算公式F=ρQV(1-sinθ)4D]]>得到不同工艺参数组合下的F数；其中，ρ为钢液的密度，kg/m3，Q为钢液的流量，m3/s，V为钢液撞击结晶器窄边的速度，m/s，θ为钢液撞击结晶器窄边的角度，D为撞击点与自本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在线控制结晶器内钢液流动的技术，包括结晶器内钢液流场、Ｆ数数据库以及在线控制结晶器内钢液流场系统，其特征在于：首先采用大型计算流体力学软件ＣＦＸ模拟计算了各种工艺条件下结晶器内钢液的流场并在此基础上得到了计算Ｆ数所必须的参数；钢液流到达结晶器窄边坯壳处的撞击速度Ｖ、撞击角度θ和撞击点距钢液表面的距离Ｄ，各种工艺条件是指：拉速、水口侧孔倾角、水口浸入深度、铸坯尺寸；然后根据Ｆ数的计算公式：Ｆ＝ρＱＶ（１－ｓｉｎθ）／４Ｄ得到不同工艺参数组合下的Ｆ数；其中，ρ为钢液的密度，ｋｇ／ｍ↑［３］，Ｑ为钢液的流量，ｍ↑［３］／ｓ，Ｖ为钢液撞击结晶器窄边的速度，ｍ／ｓ，θ为钢液撞击结晶器窄边的角度，Ｄ为撞击点与自由面之间的距离，ｍ；模拟计算过程中采用了排列组合的实验方法，建立了一个涵盖流场和Ｆ数的数据库；最后，采用Ｄｅｌｐｈｉ语言开发了结晶器内钢液流场的在线控制系统，该软件采用ＷＩＮＤＯＷＳ界面，操作者输入浇铸工艺参数后就可得到相应的Ｆ数和结晶器内钢液的流场图；当Ｆ数不合理，操作人员可在控制系统指导下变动某些参数，使Ｆ数控制在合理范围内；操作者给定合理的Ｆ数数值，可反查出与之最为匹配的工艺参数组合。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王新华，张炯明，于会香，王万军，张立，卢金雄，朱立新，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]