[发明专利]一种倒角型连铸结晶器的物理模拟实验方法及实验系统

说明书

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种倒角型连铸结晶器的物理模拟实验方法及实验系统。

背景技术

结晶器是一个强制水冷的无底钢锭模，通常由矩形底面以及相邻设置的宽面和窄面围成，高温钢液连续注入结晶器内，通过结晶器冷却壁强制冷却，使钢液凝固成特定的断面形状和一定厚度的凝固坯壳，并使铸坯不断地从结晶器下口拉出，进入二冷区。在一些方坯和异型坯连铸中结晶器角部一般都存在一个较小的倒角。它是两个铜板面间的过渡，来减少角部收缩过大产生的气隙。

现有技术中，对于有倒角的结晶器的研究主要采用在数值模拟实验方法，数值模拟实验方法对于计算机等硬件设备的性能要求较高。结晶器的倒角结构改变后，结晶器内尤其是窄面和角部区域钢液的流动会发生变化，从而对铸坯角部的传热和应力产生很大的影响，而现有技术中，有倒角的结晶器，其倒角与结晶器都是一体的。但是目前仍然缺乏倒角结构对于钢液流动影响的物理模拟研究。如果采用倒角与结晶器一体式设计，则需要多个结晶器，制造成本较高。在实际生产中，连铸结晶器内，钢液会沿拉坯方向形成一层厚度不断增加的凝固坯壳，使得沿结晶器高度方向参与流动的钢液不断减少，而沿结晶器高度方向钢水静压力也在不断增大，同时考虑这两个因素可以使实验结果与实际情况更接近。

因此，本发明提出了一种倒角型连铸结晶器的物理模拟实验方法及实验系统，用以研究不同的倒角结构对结晶器内的钢液的流动的影响，由于采用了物理模拟实验方法，与数值模拟实验方法相比对于硬件的要求更低，且采用了可更换的倒角，因此只需要一个结晶器即可完成研究，降低了结晶器的制造成本。并且还考虑了钢液会沿拉坯方向形成一层厚度不断增加的凝固坯壳这一因素，与现有的模拟实验相比，结果更加精准。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明提出了一种倒角型连铸结晶器的物理模拟实验方法及实验系统，用以研究不同的倒角结构对结晶器内的钢液的流动的影响，由于采用了物理模拟实验方法，与数值模拟实验方法相比对于硬件的要求更低，且采用了可更换的倒角，因此只需要一个结晶器即可完成研究，降低了结晶器的制造成本。并且还考虑了钢液会沿拉坯方向形成一层厚度不断增加的凝固坯壳这一因素，与现有的模拟实验相比，结果更加精准。

本发明采用了如下的技术方案：

一种倒角型连铸结晶器的物理模拟实验方法，包括如下步骤：

步骤A：采用透明材料制造直角结晶器、浸入式水口、内壳及多种结构及形状参数不同的倒角棱柱；

步骤B：将一种所述倒角棱柱粘接在所述直角结晶器的直角位置构成倒角结晶器；

步骤C：沿所述倒角结晶器的侧壁竖向设置所述内壳，所述内壳表面为曲面且与所述倒角结晶器的侧壁的距离由上至下逐渐增大，所述内壳背向所述倒角结晶器的侧壁的一面与所述倒角结晶器的侧壁的距离为d，所述内壳上密布有由下至上逐渐增大的孔，所述倒角结晶器的侧壁下端设置有排水口，所述排水口的排水量满足Q=[(A+B+C)×D-(4/3)D²]×V，其中，A为所述倒角结晶器的宽面的长度，B为所述倒角结晶器的窄面的长度，C为所述倒角结晶器的倒角面的长度，D为排水口处所述内壳背向所述倒角结晶器的侧壁的一面与所述倒角结晶器的侧壁的距离，V为拉坯速度；

步骤D：通过所述浸入式水口向所述倒角结晶器内注水，并使用塞棒向水中加入有色流体；

步骤E：拍摄所述倒角结晶器的注水过程并记录所述倒角结晶器内的上回流区及下回流区的形状、位置以及冲击深度，采用波动测量装置测量所述倒角结晶器内水面的波高;

步骤F：向所述倒角结晶器内添加混合油，待液面稳定预设时间之后记录所述倒角结晶器内液面一分钟内的卷渣次数，基于拍摄的画面记录同一时刻时所述倒角结晶器内混合油膜的最大厚度与最小之差、裸露距离及渣层分布状况；

步骤G：清洗所述倒角结晶器后更换另一种倒角棱柱并重复步骤B至步骤F直到需要进行实验的倒角棱柱均被使用过为止。

优选地，所述倒角棱柱的结构包括圆角倒角结构、单棱边倒角结构以及多棱边倒角。

优选地，所述倒角棱柱的形状参数包括与所述直角结晶器的窄面的接触长度a及夹角α，与所述直角结晶器的宽面的接触长度b及夹角β。

优选地，所述采用波动测量装置测量所述倒角结晶器内水面的波高包括：

分别测量所述倒角结晶器的倒角处、窄面处、浸入式水口处及沿宽面方向距离窄面四分之一个宽面长度处的波高。

优选地，所述混合油的粘度为0.1~0.2 Pa·s。