[发明专利]一种在线监测结晶器弯月面附近固液渣膜厚度的方法

权利要求书

1.一种在线监测结晶器弯月面附近固液渣膜厚度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：基于连铸工艺参数、浇注钢种与保护渣的物性参数，利用有限元软件ANSYS建立等比例的有限元模型，模拟连铸结晶器弯月面附近初始凝固与渣渗入行为，其中初始弯月面为钢液形成初始凝固坯壳的区域；

步骤2：根据铸机尺寸建立几何模型，使用ANSYS ICEM划分结构性网格；

步骤3：根据步骤2划分的结构性网格转为非结构网格后导入ANSYS Fluent，采用多相流模型(VOF)求解单组分连续性、动量和能量方程，预测流体域钢-渣-气三相的界面分布；

步骤4：在步骤3基础上输入所需的物性参数与边界条件后，选择求解器进行求解；

步骤5：待有限元模型计算稳定后，根据步骤4对有限元模型设置监测点、监测时间与监测时间步长，实时捕捉结晶器壁面温度、热流密度、坯壳表面温度以及固液渣膜厚度等物理量的瞬态变化；其中，有限元模型中设置的监测点相当于温度传感器；

步骤6：根据步骤5监测得到的监测结果，使用制图软件绘制弯月面到至下100mm的结晶器壁面温度、热流密度、坯壳表面温度以及固/液渣膜厚度的变化情况，并验证有限元模型的准确性；通过正算对模型中的固液渣膜厚度进行预测，验证该方法的可能性；

步骤7：在步骤6的基础上，根据模型中结晶器壁面温度波动状况指导温度传感器的排布密度，并在结晶器周向弯月面附近位置排布温度传感器，用于在线采集弯月面附近结晶器铜板的温度数据；

步骤8：将步骤7温度传感器获取的铜板温度数据，输入到热流密度反算模块中，得到沿拉坯方向，结晶器弯月面至下100mm铜板的热流密度数据；

步骤9：将步骤8得到的热流密度数据导入到连铸坯凝固计算模型，得到坯壳表面温度，最后导入在线固液渣膜厚度计算模块，进而实现在线监测固液渣膜厚度。

2.根据权利要求1所述的一种在线监测结晶器弯月面附近固液渣膜厚度的方法，其特征在于，包括以下步骤，所述的步骤7中，增加的温度传感器的安装位置为：垂直于拉坯方向上，水平间距为150～300mm；沿着拉坯方向上，温度传感器安装在结晶器初始弯月面到至下100mm，平均间距为25～50mm；结晶器厚度方向上，在垂直拉坯方向的温度传感器对应点安装1个或2个温度传感器，第一个温度传感器距结晶器热面距离8～13mm，第二个温度传感器距第一个温度传感器为5～7mm。

3.根据权利要求1所述的一种在线监测结晶器弯月面附近固液渣膜厚度的方法，其特征在于，包括以下步骤，所述的步骤5中，所述的监测时间步长为0.0001s；所述的监测时间为1s；所述的监测点设置范围为从初始弯月面开始至下100mm，沿着拉坯方向监测点的距离为5～20mm，结晶器壁面厚度方向共设置1列或2列，最远温度传感器距离结晶器热面10～14mm。

4.根据权利要求1所述的一种在线监测结晶器弯月面附近固液渣膜厚度的方法，其特征在于，所述的步骤8中，热流密度反算模块中的反算步骤为输入初始计算条件与监测铜板温度；开始计算结晶器传热，然后判断传热计算是否结束；结束后将计算温度与测量铜板温度进行对比，判断均方根是否小于3K，如果不符合将调整热流重新计算，直至均方根小于3K；最后将铜板的热流结果带入连铸坯凝固计算模型。

5.根据权利要求1～5任一所述的一种在线监测结晶器弯月面附近固液渣膜厚度的方法，其特征在于：所述监测方法适用于所有连铸生产。