本發(fā)明屬于冶金過程模擬技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于鋼水靜壓力和凝固現(xiàn)象的結(jié)晶器物理模擬方法和裝置。
背景技術(shù)：
結(jié)晶器是連鑄機(jī)中的關(guān)鍵部件，其性能對(duì)連鑄機(jī)的生產(chǎn)能力和鑄坯質(zhì)量起著十分重要的作用，因此被稱為連鑄機(jī)的“心臟”。連鑄結(jié)晶器內(nèi)部鋼水流動(dòng)、凝固、熱傳輸、坯殼應(yīng)力狀態(tài)非常復(fù)雜，是一個(gè)熱狀態(tài)和力學(xué)狀態(tài)耦合的復(fù)雜體系。實(shí)際連鑄生產(chǎn)中注入結(jié)晶器內(nèi)的高溫鋼液具有較大的動(dòng)能，因此結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動(dòng)對(duì)鑄坯質(zhì)量至關(guān)重要。鋼液流動(dòng)會(huì)對(duì)鋼液紊流流動(dòng)、雜質(zhì)和氣泡傳輸、鋼渣間相互作用、多項(xiàng)流動(dòng)、熱傳遞和偏析造要影響。為了得到優(yōu)質(zhì)的連鑄坯，需要對(duì)結(jié)晶器內(nèi)鋼液流場(chǎng)流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行研究。
結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動(dòng)是一個(gè)復(fù)雜的湍流流動(dòng)過程，具有不規(guī)則形、有旋性和擴(kuò)散性等特點(diǎn)。隨著技術(shù)的發(fā)展，關(guān)于結(jié)晶器鋼液流動(dòng)的研究也不斷深入。目前，主要有三種方法對(duì)結(jié)晶器鋼液流動(dòng)進(jìn)行研究，包括：物理模擬方法、數(shù)學(xué)模擬方法和示蹤法，其中物理模擬和數(shù)學(xué)模擬已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。本發(fā)明主要研究物理模擬方法，所謂物理模擬，就是通過對(duì)自然現(xiàn)象或某個(gè)過程進(jìn)行比例模型的制作來進(jìn)行對(duì)比研究的一種方法。物理模擬是在相似原理的基礎(chǔ)上，利用物理模型和原型之間幾何、運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力等方面的相似性，建立相應(yīng)的物理模型來對(duì)結(jié)晶器內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行研究。
關(guān)于結(jié)晶器物理模擬最早是在1958年，afanaseva對(duì)直通型水口進(jìn)行物理模擬研究，之后各種類型連鑄機(jī)結(jié)晶器物理模擬研究逐漸發(fā)展深入，目前，國內(nèi)外關(guān)于該方面的研究成果豐碩。j.szekely采用流速測(cè)量的方法對(duì)結(jié)晶器模型內(nèi)的流場(chǎng)進(jìn)行研究，并對(duì)比不同類型水口下結(jié)晶器內(nèi)的鋼液流動(dòng)狀態(tài)及對(duì)夾雜上浮的影響；p.h.daudy采用結(jié)晶器物理模擬研究了水口插入深度對(duì)結(jié)晶器內(nèi)渣層分布的影響；teshima等通過物理模擬，分析了不同連鑄工藝條件下結(jié)晶器內(nèi)流動(dòng)和液面波動(dòng)的變化規(guī)律，并提出液面波動(dòng)指數(shù)f；王現(xiàn)輝等采用1:1水力學(xué)模型對(duì)csp結(jié)晶器內(nèi)部流場(chǎng)流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行了瞬態(tài)研究，討論了液面失穩(wěn)現(xiàn)象；王永勝等采用1:1水力學(xué)模型分析研究而不同影響因素對(duì)結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動(dòng)和頁面波動(dòng)的影響；陳陽等對(duì)板坯連鑄結(jié)晶器內(nèi)流動(dòng)進(jìn)行水力學(xué)模擬研究，認(rèn)為拉速和浸入水口深度對(duì)液面波動(dòng)影響最大。國內(nèi)外這些關(guān)于各種類型連鑄機(jī)結(jié)晶器物理模擬研究雖然能夠很直觀的觀察結(jié)晶器內(nèi)部流場(chǎng)狀況、液面波動(dòng)和卷渣等現(xiàn)象，但是為了研究的方便這些物理模型都做了簡(jiǎn)化，如忽略了結(jié)晶器內(nèi)凝固坯殼的存在以及由此導(dǎo)致的結(jié)晶器內(nèi)流動(dòng)鋼液的減少。這些簡(jiǎn)化均會(huì)造成物理模型和實(shí)際生產(chǎn)之間的差異進(jìn)而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
為了保證物理模型能夠準(zhǔn)確模擬實(shí)際生產(chǎn)中結(jié)晶器內(nèi)的流動(dòng)狀況，chaudhry和thomas等對(duì)連鑄過程和實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)行了評(píng)價(jià)和分析，指出應(yīng)該盡量完善物理模型，來減小水力學(xué)模型和實(shí)際生產(chǎn)間的差異。對(duì)于減小物理模型和實(shí)際生產(chǎn)間差別，重慶大學(xué)靳星和陳登福做了耦合凝固坯殼的結(jié)晶器內(nèi)流動(dòng)性為的物理模擬研究，即在原有結(jié)晶器模型中做一個(gè)內(nèi)殼，使內(nèi)殼與模型的間距加上內(nèi)殼厚度等于相應(yīng)位置坯殼厚度，然后在內(nèi)殼上均勻鉆孔，使水能夠順利通過以此來模擬凝固掉的鋼液，并在模型底部鉆孔將這一部分相當(dāng)于凝固掉鋼液的水排出，進(jìn)而模擬考慮坯殼的結(jié)晶器內(nèi)流動(dòng)狀況。此種物理模擬方法與之前的物理模擬相比更加接近實(shí)際生產(chǎn)狀況，但仍然存在不足之處，就是再設(shè)計(jì)內(nèi)殼小孔時(shí)并未考慮結(jié)晶器高度方向靜壓力對(duì)排水速率影響，因?yàn)樵趯?shí)際生產(chǎn)中結(jié)晶器內(nèi)鋼液沿拉速方向的凝固速度并不一樣，會(huì)受到鋼水靜壓力影響，所以會(huì)造成物理模擬和實(shí)際生產(chǎn)存在一定差異。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明提供一種基于鋼水靜壓力和凝固現(xiàn)象的結(jié)晶器物理模擬方法和裝置，旨在解決現(xiàn)有的模擬技術(shù)中因不考慮鋼液凝固現(xiàn)象或者忽略鋼水靜壓力及鋼液凝固現(xiàn)象而導(dǎo)致的與實(shí)際連鑄生產(chǎn)情況差異較大的技術(shù)問題。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
一、基于鋼水靜壓力和凝固現(xiàn)象的結(jié)晶器物理模擬方法，包括以下步驟：
s1、建立結(jié)晶器水力仿真模型
s11：首先確定結(jié)晶器的內(nèi)壁上沿拉坯方向的不同位置的鑄坯凝固坯殼厚度。
s12：根據(jù)結(jié)晶器內(nèi)鑄坯凝固坯殼厚度，計(jì)算結(jié)晶器的內(nèi)壁上需要排出的水量，以模擬轉(zhuǎn)化為鑄坯凝固坯殼的鋼水。
s13：結(jié)合結(jié)晶器的內(nèi)壁上需要排出的水量和結(jié)晶器在高度方向上的靜壓力，設(shè)計(jì)結(jié)晶器的內(nèi)壁在不同高度上的排水小孔的分布。
s14：建立結(jié)晶器水力仿真模型，使該結(jié)晶器水力仿真模型的內(nèi)壁上的排水小孔與s13設(shè)計(jì)的排水小孔的分布一致。
s2、結(jié)晶器水力仿真模型運(yùn)行
s21：在結(jié)晶器水力仿真模型注入液體，以模擬注入的鋼水；通過排水小孔排水，以模擬轉(zhuǎn)化為鑄坯凝固坯殼的鋼水；通過開設(shè)在結(jié)晶器水力仿真模型底部的出水口排水，以模擬拉出的鑄坯。
s22：檢測(cè)結(jié)晶器水力仿真模型中各位置的狀態(tài)，以模擬或修正實(shí)際連鑄生產(chǎn)中結(jié)晶器流場(chǎng)及工藝參數(shù)。
其中：結(jié)晶器內(nèi)鑄坯凝固坯殼厚度通過式(1)計(jì)算：
其中，d-坯殼厚度；k-凝固比例常數(shù)；z-鑄坯某斷面距離結(jié)晶器彎月面的距離；v-拉坯速度。
在s13中，在結(jié)晶器的高度方向上每間隔△h設(shè)計(jì)一排排水小孔，排水小孔的排數(shù)為n，孔徑為φ的排水小孔的流量為ψ，z為鑄坯某斷面距離結(jié)晶器彎月面的距離，其相互關(guān)系如式(2)-(5)所示：
其中，q-排水小孔要排出的水流量；a，b-分別為鑄坯斷面寬度和厚度；d-坯殼厚度；v-拉坯拉速；
ψ＝az+b(3)
其中，ψ-孔徑為φ的排水小孔的流量；a，b-常數(shù)；z-鑄坯某斷面距離結(jié)晶器彎月面的距離；
每排排水小孔的數(shù)量可由式(4)計(jì)算得到
zn+1＝(n+1)·△h(n＝0,1,2,3,…)(5)
其中，nn+1-鑄坯某斷面距離結(jié)晶器彎月面的距離為zn+1時(shí)內(nèi)殼上小孔分布數(shù)量；qn+1-結(jié)晶器內(nèi)距離彎月面距離為zn+1，坯殼厚度為dn+1時(shí)，通過小孔要排出的流量；qn-結(jié)晶器內(nèi)距離彎月面距離為zn、坯殼厚度為dn時(shí)，通過排水小孔要排出的流量；ψn+1-距離結(jié)晶器彎月面距離為zn+1、孔徑為φ的排水小孔流量；zn+1-距離結(jié)晶器彎月面的距離；△h-相鄰兩排小孔之間的間隔；
在上式中，dn+1和dn由式(1)計(jì)算得到，qn+1和qn由式(2)計(jì)算得到，ψn+1由式(3)計(jì)算得到，zn+1由式(5)計(jì)算得到。
二、基于鋼水靜壓力和凝固現(xiàn)象的結(jié)晶器物理模擬方法設(shè)計(jì)的結(jié)晶器模擬裝置，包括一個(gè)模擬結(jié)晶器形狀的外殼，在該外殼內(nèi)設(shè)有內(nèi)殼，內(nèi)殼與外殼之間的空間為夾層，在所述的內(nèi)殼上自上而下地開設(shè)有若干排排水小孔，用于排水以模擬轉(zhuǎn)化為鑄坯凝固坯殼的鋼水；在所述的夾層的下部設(shè)有連通所述夾層與外部的排水管，用于排出夾層中的水。
進(jìn)一步，在外殼底部設(shè)有與內(nèi)殼相通的水箱，水箱具有與內(nèi)殼底部形狀對(duì)應(yīng)的接口，水箱底部設(shè)有出水口，出水口的流量與排水管的流量之和與水口進(jìn)入內(nèi)殼的流量相等。
進(jìn)一步，在所述的排水管上還設(shè)置有流量調(diào)節(jié)閥，用于控制排出夾層的水的流量。
進(jìn)一步，在結(jié)晶器任意截面上夾層厚度與內(nèi)殼厚度之和與實(shí)際結(jié)晶器在該位置生成的凝固坯殼厚度相等。
在實(shí)際連鑄生產(chǎn)中結(jié)晶器內(nèi)鋼液液沿拉坯方向逐漸凝固，坯殼逐漸加厚，鋼液的凝固速率從彎月面開始到出結(jié)晶器口逐漸變小，在做物理模擬時(shí)為了反映這一現(xiàn)象就需要考慮靜壓力的影響，物理模型中沿高度方向向下靜壓力逐漸增大，相應(yīng)位置小孔排水也會(huì)有所增大，為了保證模型從彎月面到出口處不同位置的小孔排水速率和排水量和實(shí)際連鑄生產(chǎn)結(jié)晶器內(nèi)沿拉坯方向不同位置鋼液凝固速度和凝固量相當(dāng)，就需依據(jù)鋼水靜壓力來對(duì)內(nèi)殼上小孔的分布進(jìn)行設(shè)計(jì)。本發(fā)明基于鋼水靜壓力考慮鋼液凝固現(xiàn)象的物理模擬，考慮鋼水靜壓力，彌補(bǔ)了之前的不足，保證了所做的物理模擬研究盡可能的接近實(shí)際結(jié)晶器內(nèi)的鋼液流動(dòng)。
與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
本發(fā)明提供了一種基于鋼水靜壓力的考慮鋼液凝固現(xiàn)象的連鑄結(jié)晶器物理模擬研究方法，與之前的連鑄結(jié)晶器物理模擬方法相比較主要優(yōu)點(diǎn)為，本發(fā)明不但依據(jù)結(jié)晶器內(nèi)不同位置鋼液凝固坯殼厚度建立了模擬該凝固坯殼厚度的物理仿真模型，而且還考慮了沿結(jié)晶器高度方向上鋼水靜壓力對(duì)凝固坯殼形成的影響來設(shè)計(jì)內(nèi)殼上的小孔分布，進(jìn)而保證了物理模擬結(jié)晶器內(nèi)高度方向上任意截面處通過小孔流出的水量和水流出速率跟相應(yīng)位置鋼液凝固量及凝固速率相當(dāng)，這樣可以保證物理模擬更加接近實(shí)際狀況，優(yōu)化結(jié)果更加準(zhǔn)確。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的鋼水凝固現(xiàn)象連鑄結(jié)晶器物理模擬裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖中：1-水口；2-外殼；3-內(nèi)殼；4-排水管；5-流量調(diào)節(jié)閥；6-水箱；7-排水小孔；8-出水口。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
為了真實(shí)地反映連鑄過程中結(jié)晶器內(nèi)的流場(chǎng)變化，得到更加準(zhǔn)確的優(yōu)化結(jié)果，物理模擬研究中考慮了鋼水靜壓力作用下的結(jié)晶器內(nèi)鋼液凝固現(xiàn)象。這是由于結(jié)晶器內(nèi)鋼液凝固現(xiàn)象的存在，對(duì)鋼液流動(dòng)狀態(tài)變化影響較大。首先是結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動(dòng)空間減小，并且流動(dòng)鋼液還會(huì)和凝固坯殼彼此作用，使結(jié)晶器內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)變化明顯；其次，結(jié)晶器內(nèi)流動(dòng)鋼液總量會(huì)伴隨凝固坯殼的生成而減少，造成鋼液流動(dòng)湍動(dòng)能減少，進(jìn)而影響結(jié)晶器內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)；還有就是結(jié)晶器高度方向上鋼水靜壓力的存在，使得在不同高度位置上鋼液的流動(dòng)狀態(tài)不同進(jìn)而其凝固速率存在差異。由此，不論對(duì)于板坯連鑄、方坯連鑄和圓坯連鑄等，是否做基于鋼水靜壓力考慮凝固現(xiàn)象的連鑄結(jié)晶器物理模擬，會(huì)造成結(jié)晶器內(nèi)流場(chǎng)狀態(tài)與實(shí)際存在差異，同時(shí)得到的優(yōu)化結(jié)果準(zhǔn)確性也會(huì)打折扣?；谏鲜稣J(rèn)識(shí)，本發(fā)明提供一種基于鋼水靜壓力和凝固現(xiàn)象的結(jié)晶器物理模擬方法和裝置。
一、基于鋼水靜壓力和凝固現(xiàn)象的結(jié)晶器物理模擬方法，包括以下步驟：
s1、建立結(jié)晶器水力仿真模型
s11：首先確定結(jié)晶器的內(nèi)壁上沿拉坯方向的不同位置的鑄坯凝固坯殼厚度。
鋼液注入結(jié)晶器內(nèi)，鋼水熱量會(huì)通過結(jié)晶器銅板傳到結(jié)晶器的冷卻水中被帶走，進(jìn)而在結(jié)晶器拉坯方向自上而下逐漸形成凝固坯殼。凝固坯殼厚度影響因素包括拉速、結(jié)晶器類型和冷卻參數(shù)等。對(duì)于結(jié)晶器內(nèi)凝固坯殼厚度的確定可以根據(jù)數(shù)學(xué)仿真、生產(chǎn)實(shí)踐和一定的測(cè)量方法，也可以通過下述公式確定。
其中d-坯殼厚度，mm；k-凝固比例常數(shù)，可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行確定，或是通過射釘法現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試鑄坯坯殼厚度進(jìn)行推算，與鑄坯形狀有關(guān)，一般取值15—27；z-鑄坯某斷面距離結(jié)晶器彎月面的距離，mm；v-拉坯速度，mm/s；
s12：根據(jù)結(jié)晶器內(nèi)鑄坯凝固坯殼厚度，計(jì)算結(jié)晶器的內(nèi)壁上需要排出的水量，以模擬轉(zhuǎn)化為鑄坯凝固坯殼的鋼水。在得到結(jié)晶內(nèi)鑄坯凝固坯殼厚度后，在實(shí)際連鑄過程中，注入結(jié)晶器內(nèi)的鋼液由于受到冷卻作用會(huì)有部分轉(zhuǎn)化為凝固坯殼，使得在結(jié)晶器出口處液芯流動(dòng)鋼液量小于結(jié)晶器入口處鋼液總量，根據(jù)流動(dòng)質(zhì)量平衡限制，結(jié)晶器內(nèi)轉(zhuǎn)化為凝固坯殼的鋼液量加液芯流動(dòng)鋼液量之和等于水口注入結(jié)晶器內(nèi)鋼液總量。為了與實(shí)際情況相符，在物理仿真模型中用于模擬鋼液的水，在結(jié)晶器內(nèi)運(yùn)行過程中需有一部分轉(zhuǎn)化為凝固坯殼排出，因此需要在水力學(xué)模型中設(shè)置內(nèi)殼用于模擬凝固坯殼并且在內(nèi)殼上設(shè)計(jì)小孔用于排水。
s13：結(jié)合結(jié)晶器的內(nèi)壁上需要排出的水量和結(jié)晶器在高度方向上的靜壓力，設(shè)計(jì)結(jié)晶器的內(nèi)壁在不同高度上的排水小孔的分布。
為了將轉(zhuǎn)化為凝固坯殼部分的水排出，在內(nèi)殼四周自上而下按一定分布鉆排水小孔，使得模擬轉(zhuǎn)化為凝固坯殼的水能夠透過小孔排入夾層內(nèi)，再通過在外殼2最下端設(shè)有排水管4，且排水管裝有流量調(diào)節(jié)閥便于調(diào)節(jié)流量，將此部分轉(zhuǎn)化為凝固坯殼的水排出結(jié)晶器，其中流量調(diào)節(jié)閥控制流體流量q可以由式(2)計(jì)算得到。這里對(duì)于內(nèi)殼上的小孔分布，由于沿結(jié)晶器高度方向存在靜壓力，結(jié)晶器不通過高度位置通過小孔排水速度不同，例如彎月面處靜壓力最小排水最慢，出結(jié)晶器口靜壓力最大通過小孔排水速率最快，但實(shí)際中鋼液在彎月面處凝固較快，相較而言結(jié)晶器出口凝固要慢一點(diǎn)，若采用在內(nèi)殼從上至下均勻布孔，這就造成小孔排水速率與實(shí)際凝固速率存在差異，這里依據(jù)高度方向靜壓力，在結(jié)晶器高度方向上差異化分布小孔，讓不同位置通過小孔排水量及排水速度跟實(shí)際鋼液凝固量和凝固速率相當(dāng)，本發(fā)明沿結(jié)晶器高度方向上每間隔布一排小孔，小孔孔徑為φ，該小孔流量與距結(jié)晶器彎月面距離的關(guān)系式為(3)，由此，每排小孔個(gè)數(shù)n可由式(4)計(jì)算得到。
其中：q-排水小孔要排出的水流量，ml/s；a，b-分別為鑄坯斷面寬度和厚度，mm；d-坯殼厚度，mm；v-拉坯拉速，mm/s；
ψ＝az+b(3)
其中：ψ-孔徑為φ的排水小孔的流量，ml/s；a，b-常數(shù)；z-鑄坯某斷面距離結(jié)晶器彎月面的距離，mm；不同孔徑小孔流量和高度(和鋼水靜壓力相對(duì)應(yīng))的關(guān)系式可通過實(shí)驗(yàn)求得。
對(duì)于結(jié)晶器內(nèi)殼小孔計(jì)算，以結(jié)晶器彎月面為鋼水靜壓力零點(diǎn)，在結(jié)晶器高度方向上每隔△h設(shè)計(jì)一排排水小孔，小孔排數(shù)為n，則每排排水小孔的數(shù)量可由式(4)計(jì)算得到。
zn+1＝(n+1)·△h(n＝0,1,2,3,…)(5)
其中，nn+1-鑄坯某斷面距離結(jié)晶器彎月面的距離為zn+1時(shí)內(nèi)殼上小孔分布數(shù)量；qn+1-結(jié)晶器內(nèi)距離彎月面距離為zn+1、坯殼厚度為dn+1時(shí)，通過小孔要排出的流量，ml/s；qn-結(jié)晶器內(nèi)距離彎月面距離為zn、坯殼厚度為dn時(shí)，通過排水小孔要排出的流量，ml/s；ψn+1-距離結(jié)晶器彎月面距離為zn+1、孔徑為φ的排水小孔流量，ml/s；zn+1-距離結(jié)晶器彎月面的距離，mm；△h-相鄰兩排小孔之間的間隔，mm；
在上式中，dn+1和dn由式(1)計(jì)算得到，qn+1和qn由式(2)計(jì)算得到，ψn+1由式(3)計(jì)算得到，zn+1由式(5)計(jì)算得到。
s14：建立結(jié)晶器水力仿真模型，使該結(jié)晶器水力仿真模型的內(nèi)壁上的排水小孔與s13設(shè)計(jì)的排水小孔的分布一致。
s2、結(jié)晶器水力仿真模型運(yùn)行
s21：在結(jié)晶器水力仿真模型注入液體，以模擬注入的鋼水；通過排水小孔排水，以模擬轉(zhuǎn)化為鑄坯凝固坯殼的鋼水；通過開設(shè)在結(jié)晶器水力仿真模型底部的出水口排水，以模擬拉出的鑄坯。
s22：檢測(cè)結(jié)晶器水力仿真模型中各位置的狀態(tài)，以模擬或修正實(shí)際連鑄生產(chǎn)中結(jié)晶器流場(chǎng)及工藝參數(shù)。
上述就是本發(fā)明一種基于鋼水靜壓力考慮凝固現(xiàn)象的連鑄結(jié)晶器物理模擬方法的具體實(shí)施步驟。對(duì)于不同形狀的結(jié)晶器在實(shí)際連鑄過程中，由于凝固現(xiàn)象的存在，其中鋼液流動(dòng)狀態(tài)變化比較大。一方面是流體流動(dòng)空間的變化，部分鋼液凝固成一定厚度坯殼使得結(jié)晶器內(nèi)流體流動(dòng)空間收縮減??；另一方面，結(jié)晶器內(nèi)由于凝固現(xiàn)象的存在，部分鋼液凝固成坯殼，造成流動(dòng)鋼液總量減小。因此，在結(jié)晶器物理模擬研究中，本發(fā)明基于鋼水靜壓力考慮凝固現(xiàn)象的物理模擬，可以使得物理模擬結(jié)晶器流動(dòng)狀態(tài)更接近于實(shí)際連鑄狀態(tài)，得到更準(zhǔn)確的優(yōu)化結(jié)果。本發(fā)明適用于板坯連鑄、方坯連鑄、圓坯連鑄和其他類型的所有連鑄結(jié)晶器物理模擬研究。
二、基于鋼水靜壓力和凝固現(xiàn)象的結(jié)晶器物理模擬方法設(shè)計(jì)的結(jié)晶器模擬裝置，如圖1所示，包括一個(gè)模擬結(jié)晶器形狀的外殼2，在該外殼2內(nèi)設(shè)有內(nèi)殼3，內(nèi)殼3與外殼2之間的空間為夾層，在所述的內(nèi)殼3上自上而下地開設(shè)有若干排排水小孔7，用于排水以模擬轉(zhuǎn)化為鑄坯凝固坯殼的鋼水；在所述的夾層的下部設(shè)有連通所述夾層與外部的排水管4，用于排出夾層中的水。
作為優(yōu)化，在外殼2底部設(shè)有與內(nèi)殼3相通的水箱6，水箱6具有與內(nèi)殼3底部形狀對(duì)應(yīng)的接口，水箱6底部設(shè)有出水口8，出水口8的流量與排水管4的流量之和與水口1進(jìn)入內(nèi)殼3的流量相等。
作為優(yōu)化，在所述的排水管4上還設(shè)置有流量調(diào)節(jié)閥5，用于控制排出夾層的水的流量。
作為優(yōu)化，在結(jié)晶器任意截面上夾層厚度與內(nèi)殼3厚度之和與實(shí)際結(jié)晶器在該位置生成的凝固坯殼厚度相等。
對(duì)于不同斷面連鑄結(jié)晶器，鋼液在結(jié)晶器內(nèi)凝固成的坯殼厚度有所不同，因此凝固部分所占空間和鋼液總量的比例也不同。例如，對(duì)于160mm×160mm斷面的方坯結(jié)晶器，在常規(guī)拉速下，結(jié)晶器出口處凝固坯殼厚度一般為10mm左右。在物理模擬研究過程中，不考慮凝固坯殼厚度時(shí)，某方坯結(jié)晶器上口尺寸為166.52mm×164.52mm和下口的尺寸為165mm×163mm，結(jié)晶器本身具有一定的錐度?？紤]凝固坯殼和流動(dòng)質(zhì)量平衡后，結(jié)晶器出口處的尺寸分別為145mm×143mm，對(duì)比考慮坯殼厚度前后數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，由于考慮凝固坯殼，在結(jié)晶器出口處面積相應(yīng)收縮將近23％，這樣造成結(jié)晶器內(nèi)流動(dòng)的鋼液總量變化較大，即結(jié)晶器內(nèi)鋼液的流動(dòng)空間和流動(dòng)總量都發(fā)生變化，都變小了，如此結(jié)晶器內(nèi)流體流動(dòng)狀態(tài)必定發(fā)生一定的變化，從這方面來講，當(dāng)不考慮凝固坯殼厚度和流動(dòng)質(zhì)量平衡時(shí)，研究結(jié)晶器內(nèi)的流體流動(dòng)狀態(tài)和優(yōu)化水口結(jié)構(gòu)得到的物理模擬結(jié)果與實(shí)際存在一定差異，不能準(zhǔn)確反應(yīng)結(jié)晶器內(nèi)流體流動(dòng)狀態(tài)。因此，在結(jié)晶器物理模擬研究中，基于鋼水靜壓力的考慮凝固現(xiàn)象的物理模擬，將凝固坯殼看成是多孔介質(zhì)，使已經(jīng)凝固的那部分鋼液以滲透方式從小孔排出，以便消除因凝固造成流動(dòng)鋼液減少帶來的偏差，使得物理模擬的結(jié)果更加接近實(shí)際連鑄生產(chǎn)，得到更加準(zhǔn)確的優(yōu)化結(jié)果。
本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其他不同形式的變化和變動(dòng)。這里無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引申出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。