一種振動結晶器保護渣消耗量的預測方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于鋼鐵冶金連鑄過程計算領域，具體涉及一種振動結晶器保護渣消耗量 的預測方法。
【背景技術】
[0002] 連鑄過程中，隨著結晶器往復振動，鋼液表面形成的液態保護渣被吸入結晶器壁 與鑄坯坯殼之間氣隙，形成靠近結晶器壁的固態渣膜和靠近坯殼的液態渣膜；渣膜控制著 結晶器和鑄坯坯殼之間的傳熱，影響坯殼均勻生長，同時液態渣膜還起潤滑作用；鑄坯潤滑 狀態用保護渣的消耗量來衡量，若保護渣的消耗量少將會導致形成的渣膜厚度變薄，使摩 擦力增加，增加了生成鑄坯裂紋的可能，坯殼與結晶器黏結甚至拉漏，反之，若保護渣的消 耗量過多，渣膜變厚，熱阻增大，不利于鑄坯向外傳熱，因此，保護渣的消耗量對于連鑄坯的 質量有著至關重要的影響；保護渣的消耗量取決于振動參數，又與保護渣道的壓力有密切 聯系。
[0003] 現有計算保護渣渣耗的方法有：（1)根據生產現場得出的經驗公式：Q = 0. 44X exp (-0. 44R)，式中Q表示保護渣渣耗量，單位為kg · m_2, R表示表面積與體積的比； (2)通過聯立納維-斯托克斯方程和質量守恒連續性方程求解保護渣渣耗；方法（1)的經 驗公式僅給出了保護渣消耗量與鑄坯尺寸的關系，沒有給出與振動參數等變量之間的聯 系，指導意義不大；方法（2)中計算保護渣的消耗量僅僅考慮縱向（即平行拉坯方向）的 壓力變化，而忽略了橫向（即垂直拉坯方向）壓力的變化，將渣道橫向壓力視為定值進行計 算，用此方法計算出的保護渣消耗量仍不夠精確；因此，現有計算保護渣消耗量的方法并不 能準確預測保護渣的消耗量，仍有其不足之處。
【發明內容】
[0004] 針對現有技術的不足，本發明提出一種振動結晶器保護渣消耗量的預測方法，以 達到將渣道橫向壓力變化應用到保護渣消耗量預測方法中和提高精確度的目的。
[0005] 一種振動結晶器保護渣消耗量的預測方法，該方法采用振動結晶器模擬試驗裝置 和PC機，包括以下步驟：
[0006] 步驟1、根據振動結晶器工作的實際需求，設定試驗用保護渣在振動結晶器模擬試 驗裝置輸油槽中的高度，根據上述高度，將試驗用保護渣注入并充滿振動結晶器模擬試驗 裝置的保護渣渣道中；
[0007] 步驟2、根據振動結晶器工作的實際需求，設定振動結晶器模擬試驗裝置的振動參 數，所述振動參數包括振動振幅、振動頻率和非正弦振動因子，啟動振動結晶器模擬試驗裝 置根據所設定振動參數進行工作；
[0008] 步驟3、設定采集時間間隔，采用振動結晶器模擬試驗裝置的壓力傳感器，根據所 設定的采集時間間隔，采集振動結晶器模擬試驗裝置振動板板面上每個壓力測試孔的壓力 值，并發送到PC機；
[0009] 步驟4、采用PC機，在振動結晶器模擬試驗裝置的一個振動周期內，設定時間點的 個數，根據每個時間點所對應的振動板板面上所有壓力測試孔的壓力值，獲得每個時間點 所對應的振動板板面的渣道壓力；
[0010] 步驟5、根據振動結晶器模擬試驗裝置的振動參數和每個時間點所對應的振動板 板面的渣道壓力，預測振動結晶器模擬試驗裝置一個振動周期內的試驗用保護渣消耗量， 即獲得振動結晶器一個振動周期內的保護渣消耗量。
[0011] 步驟4所述的獲得每個時間點所對應的振動板板面的渣道壓力，采用牛頓插值 法。
[0012] 步驟5所述的預測振動結晶器模擬試驗裝置一個振動周期內的試驗用保護渣消 耗量，采用納維-斯托克斯方程。
[0013] 本發明的優點：
[0014] 本發明一種振動結晶器保護渣消耗量的預測方法，是數學計算在冶金領域的應 用，首次將渣道橫向壓力變化應用在保護渣消耗量的預測計算中，使獲得的保護渣消耗量 更加精確，并與實際生產中保護渣的消耗量吻合，對現場生產具有指導意義，為分析保護渣 的消耗量提供了新的思路。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發明一種實施例的一種振動結晶器保護渣消耗量的預測方法流程圖；
[0016] 圖2為本發明一種實施例的振動結晶器模擬試驗裝置在一個周期內進行正弦振 動的波形示意圖；
[0017] 圖3為本發明一種實施例的振動板壓力測試孔的坐標圖；
[0018] 圖4為本發明一種實施例的tA時間點振動板y ^亍壓力測試孔的壓力函數圖；
[0019] 圖5為本發明一種實施例的tA時間點所對應的振動板板面澄道的壓力分布圖。
【具體實施方式】
[0020] 下面結合附圖對本發明一種實施例做進一步說明。
[0021] 本發明實施例中，一種振動結晶器保護渣消耗量的預測方法，該方法采用振動結 晶器模擬試驗裝置和PC機，包括以下步驟：
[0022] 步驟1、根據振動結晶器工作的實際需求，設定試驗用保護渣在振動結晶器模擬試 驗裝置輸油槽中的高度，根據上述高度，將試驗用保護渣注入并充滿振動結晶器模擬試驗 裝置的保護渣渣道中；
[0023] 本發明實施例中，振動結晶器模擬試驗裝置采用專利號為201210245933. 8的連 鑄結晶器振動工藝過程模擬檢測試驗裝置，該裝置在專利中公開了結構，屬于公知常識，試 驗用保護渣采用試驗用油，設定試驗用保護渣在振動結晶器模擬試驗裝置輸油槽中的高度 為 5mm ;
[0024] 步驟2、根據振動結晶器工作的實際需求，設定振動結晶器模擬試驗裝置的振動參 數，所述振動參數包括振動振幅、振動頻率和非正弦振動因子，啟動振動結晶器模擬試驗裝 置根據所設定振動參數進行工作；
[0025] 本發明實施例中，設定振動參數具體為：振動振幅為6mm，振動頻率為I. 4Hz，非正 弦振動因子為0,根據上述設定的振動參數，得到振動結晶器模擬試驗裝置一個周期內的正 弦振動速度曲線圖如圖2所示，振動結晶器模擬試驗裝置按照波形曲線進行周期性振動；
[0026] 步驟3、設定采集時間間隔，采用振動結晶器模擬試驗裝置的壓力傳感器，根據所 設定的采集時間間隔，采集振動結晶器模擬試驗裝置振動板板面上每個壓力測試孔的壓力 值，并發送到PC機；
[0027] 本發明實施例中，設定采集時間間隔為0.0 ls ;
[0028] 步驟4、采用PC機，在振動結晶器模擬試驗裝置的一個振動周期內，設定時間點的 個數，根據每個時間點所對應的振動板板面上所有壓力測試孔的壓力值，獲得每個時間點 所對應的振動板板面的渣道壓力；
[0029] 本發明實施例中，獲得每個時間點所對應的振動板板面的渣道壓力，采用牛頓插 值法，具體步驟如下：
[0030] 步驟4. 1、采用PC機，在振動結晶器模擬試驗裝置的一個振動周期內，設定時間點 的個數為5個，如圖2所示，設定時間點tA、t B、t。、tD、tE作為采樣時間點；
[0031] 步驟4. 2、將振動板的平行拉坯方向設置為y軸，振動板水平方向設置為X軸，確定 振動板壓力測試孔的坐標圖如圖3所示，在振動過程中，將坐標為（ Xi，yj)的壓力測試孔測 得的壓力設定為Pij,并將渣膜厚度方向設置為z軸，在振動板板面上建立三維坐標系，獲得 tA時間點振動板板面上第y i行壓力測試孔的壓力函數，采用以下公式：
【主權項】
1. 一種振動結晶器保護渣消耗量的預測方法，該方法采用振動結晶器模擬試驗裝置和 PC機，其特征在于：包括以下步驟： 步驟1、根據振動結晶器工作的實際需求，設定試驗用保護渣在振動結晶器模擬試驗裝 置輸油槽中的高度，根據上述高度，將試驗用保護渣注入并充滿振動結晶器模擬試驗裝置 的保護渣渣道中； 步驟2、根據振動結晶器工作的實際需求，設定振動結晶器模擬試驗裝置的振動參數， 所述振動參數包括振動振幅、振動頻率和非正弦振動因子，啟動振動結晶器模擬試驗裝置 根據所設定振動參數進行工作； 步驟3、設定采集時間間隔，采用振動結晶器模擬試驗裝置的壓力傳感器，根據所設定 的采集時間間隔，采集振動結晶器模擬試驗裝置振動板板面上每個壓力測試孔的壓力值， 并發送到PC機； 步驟4、采用PC機，在振動結晶器模擬試驗裝置的一個振動周期內，設定時間點的個 數，根據每個時間點所對應的振動板板面上所有壓力測試孔的壓力值，獲得每個時間點所 對應的振動板板面的渣道壓力； 步驟5、根據振動結晶器模擬試驗裝置的振動參數和每個時間點所對應的振動板板面 的渣道壓力，預測振動結晶器模擬試驗裝置一個振動周期內的試驗用保護渣消耗量，即獲 得振動結晶器一個振動周期內的保護渣消耗量。
2. 根據權利要求1所述的振動結晶器保護渣消耗量的預測方法，其特征在于：步驟4 所述的獲得每個時間點所對應的振動板板面的渣道壓力，采用牛頓插值法。
3. 根據權利要求1所述的振動結晶器保護渣消耗量的預測方法，其特征在于：步驟 5所述的預測振動結晶器模擬試驗裝置一個振動周期內的試驗用保護渣消耗量，采用納 維-斯托克斯方程。
【專利摘要】本發明一種振動結晶器保護渣消耗量的預測方法，屬于鋼鐵冶金連鑄過程計算領域；該方法首先將試驗用保護渣注入并充滿振動結晶器模擬試驗裝置的保護渣渣道中，啟動振動結晶器模擬試驗裝置根據所設定振動參數進行工作，然后采集振動結晶器模擬試驗裝置振動板板面上每個壓力測試孔的壓力值，獲得每個時間點所對應的振動板板面的渣道壓力，最后預測振動結晶器一個振動周期內的保護渣消耗量；本發明首次將渣道橫向壓力變化應用在保護渣消耗量的預測計算中，使獲得的保護渣消耗量更加精確，并與實際生產中保護渣的消耗量吻合，對現場生產具有指導意義，為分析保護渣的消耗量提供了新的思路。
【IPC分類】B22D11-18, B22D11-111
【公開號】CN104785738
【申請號】CN201510213601
【發明人】孟祥寧, 朱苗勇, 汪寧, 楊杰, 左曉靜, 林仁敢
【申請人】東北大學
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年4月30日