專利名稱：一種在線控制結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動(dòng)的技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于連鑄領(lǐng)域，特別是提供了一種在線控制結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動(dòng)的技術(shù)，該技術(shù)可以防止結(jié)晶器內(nèi)保護(hù)渣的卷入、改善連鑄坯質(zhì)量。
背景技術(shù)：
水模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬的結(jié)果表明在板坯連鑄過(guò)程中，由浸入式水口流出的鋼液，到達(dá)結(jié)晶器窄邊坯殼附近后分為向上和向下兩個(gè)分流，見(jiàn)圖1。一方面，如果向上的分流過(guò)大，結(jié)晶器內(nèi)鋼液表面流會(huì)將保護(hù)渣粒沖入鋼液，部分被生長(zhǎng)的坯殼捕捉，造成卷渣缺陷。另一方面，如果向上的分流過(guò)小，結(jié)晶器鋼液表面熱量不足，保護(hù)渣的熔融也就不好，彎月面處初生坯殼也就厚薄不均，容易引發(fā)鑄坯表面裂紋、夾渣等缺陷?？梢?jiàn)，對(duì)結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動(dòng)進(jìn)行控制具有十分重要的意義。
為了控制結(jié)晶器內(nèi)鋼液的流動(dòng)，日本鋼管公司(NKK)(在文獻(xiàn)T.Teshima，M.Osame，K.Okimoto.Improvement of Surface Property ofSteel at High Casting Speed，1988 Steelmaking ConferenceProceedings111-118；和文獻(xiàn)手鳴俊雄，久保田淳，鈴木干雄.スラブ高速鑄造時(shí)の連鑄鑄型內(nèi)溶鋼流動(dòng)にぉょぼす鑄造條件の影響，鐵と鋼，1992，79(5)40-46記載)研究提出了反映結(jié)晶器內(nèi)鋼液向上分流動(dòng)量的指數(shù)一“F數(shù)”，F(xiàn)數(shù)的定義為F=ρQV(1-sinθ)4D]]>其中，p為鋼液的密度，kg/m3；Q為鋼液的流量，m3/s；V為鋼液撞擊結(jié)晶器窄邊的速度，m/s；θ為鋼液撞擊結(jié)晶器窄邊的角度；D為撞擊點(diǎn)與自由面之間的距離，m。
NKK發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)控制F數(shù)對(duì)結(jié)晶器卷渣進(jìn)行控制，當(dāng)F數(shù)控制在2～4之間時(shí)，由于結(jié)晶器卷渣造成的冷軋鋼板的表面缺陷最少。
根據(jù)NKK對(duì)F數(shù)的定義可知，欲計(jì)算F數(shù)，必須首先得到鋼液流到達(dá)窄邊坯殼處的碰撞速度V，碰撞角度θ和碰撞處的鋼液深度D，但在實(shí)際生產(chǎn)中V、θ和D是無(wú)法得知的。NKK曾通過(guò)水模型試驗(yàn)得到其3號(hào)板坯鑄機(jī)計(jì)算碰撞速度V、碰撞角度θ和碰撞處鋼液深度D的經(jīng)驗(yàn)公式，但套用于國(guó)內(nèi)寶鋼等工廠的澆鑄條件，發(fā)現(xiàn)無(wú)法應(yīng)用(例如，計(jì)算得到的鋼液流到達(dá)窄邊碰撞深度甚至高出液面)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種計(jì)算F數(shù)、控制結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動(dòng)的新技術(shù)。
包括結(jié)晶器內(nèi)鋼液流場(chǎng)、F數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)以及在線控制結(jié)晶器內(nèi)鋼液流場(chǎng)系統(tǒng)。
欲計(jì)算F數(shù)，必須首先得到鋼液流到達(dá)結(jié)晶器窄邊坯殼處的撞擊速度V、撞擊角度θ和撞擊點(diǎn)距鋼液表面的距離D。本發(fā)明采用大型計(jì)算流體力學(xué)軟件CFX模擬計(jì)算了各種工藝條件下結(jié)晶器內(nèi)鋼液的流場(chǎng)(示例見(jiàn)圖2)并在此基礎(chǔ)上得到了計(jì)算F數(shù)所必須的參數(shù)鋼液流到達(dá)結(jié)晶器窄邊坯殼處的撞擊速度V、撞擊角度θ和撞擊點(diǎn)距鋼液表面的距離D，各種工藝條件是指拉速、水口側(cè)孔傾角、水口浸入深度、鑄坯尺寸；然后根據(jù)F數(shù)的計(jì)算公式F=ρQV(1-sinθ)4D]]>得到不同工藝參數(shù)組合下的F數(shù)；其中，p為鋼液的密度，kg/m3，Q為鋼液的流量，m3/s，V為鋼液撞擊結(jié)晶器窄邊的速度，m/s，θ為鋼液撞擊結(jié)晶器窄邊的角度，D為撞擊點(diǎn)與自由面之間的距離，m。模擬計(jì)算過(guò)程中采用了排列組合的實(shí)驗(yàn)方法，建立了一個(gè)涵蓋流場(chǎng)和F數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)。最后，本發(fā)明采用Delphi語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了結(jié)晶器內(nèi)鋼液流場(chǎng)的在線控制系統(tǒng)，該軟件采用WINDOWS界面(見(jiàn)圖3)，操作者輸入澆鑄工藝參數(shù)(拉速、鑄坯尺寸、浸入式水口側(cè)孔傾角和浸入深度等)后就可得到相應(yīng)的F數(shù)和結(jié)晶器內(nèi)鋼液的流場(chǎng)圖。如F數(shù)不合理，操作人員可在控制系統(tǒng)指導(dǎo)下變動(dòng)某些參數(shù)，使F數(shù)控制在合理范圍內(nèi)；操作者給定任一合理的F數(shù)數(shù)值，可反查出與之最為匹配的工藝參數(shù)組合。
上述工藝條件的具體參數(shù)為拉速0.8～2.0m/min，水口側(cè)孔傾角-20～5°、水口浸入深度120～350mm、鑄坯尺寸(1000～1800)mm×230mm。水口側(cè)孔傾角向上為正，向下為負(fù)；水口浸入深度為水口出口中心線距結(jié)晶器液面的距離。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于顯著減少了卷渣、夾渣、表面縱裂紋、凹陷等缺陷的形成，提高了鑄坯質(zhì)量。與NKK通過(guò)水模型實(shí)驗(yàn)得到的經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)D、Ve和θ進(jìn)行計(jì)算的方法相比，本方法考慮的澆鑄工藝條件更全面，結(jié)果也更準(zhǔn)確。


圖1是連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動(dòng)的示意圖。
圖2是結(jié)晶器內(nèi)鋼液的流場(chǎng)圖，其對(duì)應(yīng)的工藝條件為拉速為1.2m/min、水口側(cè)孔傾角為-15°、水口浸入深度為220mm、鑄坯尺寸為1400×230mm。
圖3為控制軟件的用戶界面圖。
圖4控制系統(tǒng)的實(shí)施界面，其工藝條件拉速為0.8m/min、水口側(cè)孔傾角為5°、水口浸入深度為120mm、鑄坯尺寸為1000×230mm
圖5控制系統(tǒng)的實(shí)施界面，其工藝條件拉速為2.0m/min、水口側(cè)孔傾角為-20°、水口浸入深度為350mm、鑄坯尺寸為1800×230mm具體實(shí)施方式
首先，采用排列組合的實(shí)驗(yàn)方法，通過(guò)大型計(jì)算流體力學(xué)軟件CFX模擬計(jì)算表1工藝條件下結(jié)晶器內(nèi)鋼液的流場(chǎng)并在此基礎(chǔ)上得到了計(jì)算F數(shù)所必須的參數(shù)鋼液流到達(dá)結(jié)晶器窄邊坯殼處的撞擊速度V、撞擊角度θ和撞擊點(diǎn)距鋼液表面的距離D，然后根據(jù)F數(shù)的計(jì)算公式F=ρQV(1-sinθ)4D]]>得到不同工藝參數(shù)組合下的F數(shù)，建立了一個(gè)涵蓋結(jié)晶器內(nèi)鋼液流場(chǎng)和F數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)。
在此工作的基礎(chǔ)上，本發(fā)明采用Delphi語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了結(jié)晶器內(nèi)鋼液流場(chǎng)的在線控制系統(tǒng)，該軟件采用WINDOWS界面(見(jiàn)圖3)，操作者輸入澆鑄工藝參數(shù)(拉速、鑄坯尺寸、浸入式水口側(cè)孔傾角和浸入深度等)后就可得到相應(yīng)的F數(shù)和結(jié)晶器內(nèi)鋼液的流場(chǎng)圖。如F數(shù)不合理，操作人員可在控制系統(tǒng)指導(dǎo)下變動(dòng)某些參數(shù)，使F數(shù)控制在合理范圍內(nèi)；操作者給定任一合理的F數(shù)數(shù)值，可反查出與之最為匹配的工藝參數(shù)組合。
表1 工藝條件

注表中水口側(cè)孔傾角向上為正，向下為負(fù)；水口浸入深度為水口出口中心線距結(jié)晶器液面的距離。
圖2為計(jì)算得到的其中一種工藝條件下結(jié)晶器內(nèi)鋼液流場(chǎng)的示例圖。(工藝條件拉速為1.2m/min、水口側(cè)孔傾角為-15°、水口浸入深度為220mm、鑄坯尺寸為1400×230mm)。
圖4控制系統(tǒng)的實(shí)施界面，其工藝條件拉速為0.8m/min、水口側(cè)孔傾角為5°、水口浸入深度為120mm、鑄坯尺寸為1000×230mm圖5控制系統(tǒng)的實(shí)施界面，其工藝條件拉速為2.0m/min、水口側(cè)孔傾角為-20°、水口浸入深度為350mm、鑄坯尺寸為1800×230mm
權(quán)利要求
1.一種在線控制結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動(dòng)的技術(shù)，包括結(jié)晶器內(nèi)鋼液流場(chǎng)、F數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)以及在線控制結(jié)晶器內(nèi)鋼液流場(chǎng)系統(tǒng)，其特征在于首先采用大型計(jì)算流體力學(xué)軟件CFX模擬計(jì)算了各種工藝條件下結(jié)晶器內(nèi)鋼液的流場(chǎng)并在此基礎(chǔ)上得到了計(jì)算F數(shù)所必須的參數(shù)鋼液流到達(dá)結(jié)晶器窄邊坯殼處的撞擊速度V、撞擊角度θ和撞擊點(diǎn)距鋼液表面的距離D，各種工藝條件是指拉速、水口側(cè)孔傾角、水口浸入深度、鑄坯尺寸；然后根據(jù)F數(shù)的計(jì)算公式F=ρQV(1-sinθ)4D]]>得到不同工藝參數(shù)組合下的F數(shù)；其中，ρ為鋼液的密度，kg/m3，Q為鋼液的流量，m3/s，V為鋼液撞擊結(jié)晶器窄邊的速度，m/s，θ為鋼液撞擊結(jié)晶器窄邊的角度，D為撞擊點(diǎn)與自由面之間的距離，m；模擬計(jì)算過(guò)程中采用了排列組合的實(shí)驗(yàn)方法，建立了一個(gè)涵蓋流場(chǎng)和F數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)；最后，采用Delphi語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了結(jié)晶器內(nèi)鋼液流場(chǎng)的在線控制系統(tǒng)，該軟件采用WINDOWS界面，操作者輸入澆鑄工藝參數(shù)后就可得到相應(yīng)的F數(shù)和結(jié)晶器內(nèi)鋼液的流場(chǎng)圖；當(dāng)F數(shù)不合理，操作人員可在控制系統(tǒng)指導(dǎo)下變動(dòng)某些參數(shù)，使F數(shù)控制在合理范圍內(nèi)；操作者給定合理的F數(shù)數(shù)值，可反查出與之最為匹配的工藝參數(shù)組合。
2.按照權(quán)利要求1所述的技術(shù)，其特征在于拉速為0.8～2.0m/min，水口側(cè)孔傾角為-20～5°、水口浸入深度為120～350mm、鑄坯尺寸為(1000～1800)mm×230mm。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種在線控制結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動(dòng)的技術(shù)，包括結(jié)晶器內(nèi)鋼液流場(chǎng)、F數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)以及在線控制結(jié)晶器內(nèi)鋼液流場(chǎng)系統(tǒng)。首先采用大型計(jì)算流體力學(xué)軟件CFX模擬計(jì)算各種工藝條件下結(jié)晶器內(nèi)鋼液的流場(chǎng)并獲得了計(jì)算F數(shù)所必須的參數(shù)。然后根據(jù)F數(shù)的計(jì)算公式
文檔編號(hào)B22D11/16GK1559723SQ200410006369
公開(kāi)日2005年1月5日 申請(qǐng)日期2004年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月1日
發(fā)明者王新華, 張炯明, 于會(huì)香, 王萬(wàn)軍, 張立, 盧金雄, 朱立新 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)