[发明专利]一种确定连铸钢包辐射热流的方法

摘要

本发明公开一种确定连铸钢包辐射热流的方法，包括如下步骤：步骤1：从钢包的初始设计入手，确定钢包的结构及各物性参数，建立钢包的简化物理模型；步骤2：建立钢包传热物理模型；步骤3：估算钢包整体热量损失；步骤4：对特定点辐射热通量的计算；本发明采用数学计算和数值模拟等研究方法获取热源温度和热流分布，并基于此开发连续铸钢流程辐射热量模型，既为连续铸钢余热回收利用提供新途径，也为开发钢铁制造全流程节能环保新技术和有效的“节能减排”实施奠定理论基础和储备方式方法。这不仅将会大幅降低企业制造成本，也会极大缓解工业节能减排压力，进而产生极大社会经济效益，相关研究具有重要的理论和现实意义。

主权项

1.一种确定连铸钢包辐射热流的方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：从钢包的初始设计入手，确定钢包的结构及各物性参数，建立钢包的简化物理模型；步骤1.1：确定钢水容量与钢内渣量；设钢包额定容量为P，过装余量为a，则钢水实际容量P₀为：P₀＝(1+a)P出钢时一般将炉内熔渣全部或绝大部分随钢水倾入钢包，渣量一般为金属量M的3～5.1％，设计时取5.1％；即渣量P₁为：P₁＝PMP₁＝P×5.1％＝0.051P步骤1.2：确定钢包容积与内径；根据钢包实际容纳钢液与熔渣量计算钢包容积；钢与渣的总体积V即钢包容积应为：V＝C₁P₀+C₂P₁其中，C₁钢液比容，C₂熔渣比容；设钢包内高H，内径D，采用D/H＝1，根据圆柱体积公式：得内高H，内径D值；步骤1.3：确定钢包其它物性参数；不考虑过装余量a，渣量P₁取金属量M的5％，则钢包净体积V₀：V₀＝C₁P+0.05C₂P渣层体积：V^*＝0.05C₂P设钢水高l，渣层厚度δ；步骤1.4：确定钢包浇注速度与浇注时间等参数；为获得拉坯速度，采用高速连铸机，此时结晶器长度取700mm，则结晶器有效长度L_m：取凝固系数K_m为：K_m＝24mm·min^‑1/2，最小坯壳厚度δ_min取小断面δ_min＝10mm则拉坯理论速度：实际速度v_c取：v_c＝0.9v_c，max＝3.1104(m/min)钢水浇注总时间t为：式中，A₀‑钢水表面面积，v_c‑实际速度，A₁‑坯断面积，δ‑渣层厚度；步骤2：建立钢包传热物理模型，分别计算钢包渣层、侧壁、包底的外层温度；根据连铸过程现场的条件，确定钢水温度、钢包周围环境温度，钢水与四周的对流换热系数；步骤2.1：渣层上表面温度与热通量预测；步骤2.2：侧壁外表面温度与热通量预测；步骤2.3：包底外表面温度与热通量预测；步骤3：估算钢包整体热量损失；步骤3.1：估算渣层热量损失；步骤3.2：估算侧壁热量损失；步骤3.3：估算包底热量损失；步骤4：对特定点辐射热通量的计算；步骤4.1：建立对侧壁外一点的辐射热模型；设空间有一点A，设它的体积为一半径为S₀的小球；小球对于钢包外壁某一点来说，所以计算这点对于钢包外壁某一点的立体角时，对应的面积可看为S₀＝πr₀²；其对应的立体角Ω＝S₀/L²；钢包外壳上某一微小区域dS，对点A的辐射热流为E_θΩdS；A点受到的辐射热流为钢包外壳上所对应的面积对此点辐射热流的叠加，即dS对外辐射的范围为一半球，即0＜θ＜90，所以：当A在钢包一侧，对应辐射面积为侧壁某一角度对应的圆柱壳；由于包底与渣层的热通量为常数，现取热通量随时间变化的侧壁外的一点进行计算；设A点位于钢包一侧，距离轴线L，高度距钢包上顶面为Δl，x是α角所对边，钢包口距渣层上表面垂直距离为h_l·；以此圆圆心为原点，建立柱坐标系(r，α，z)由三余弦定理可得：cosθ＝cosγcosβ则有：通过点A的辐射热通量为不接触钢水的上部分侧壁与接触钢水的下部分侧壁辐射之和，通过积分得：式中，H₁‑钢包外高；α₀为点A与圆心连线和点A与圆切线的夹角；L‑A点距钢包轴线距离；R₁‑钢包外半径；步骤4.2：由以上数据可绘制Φb‑t曲线，直观地反映出侧壁外一点热通量随时间变化的规律，式中，t为时间，Φb为通过点A的辐射热通量。