方坯连铸机和板坯连铸机的喷嘴布置方法及系统与流程

技术特征：

1.一种方坯连铸机和板坯连铸机喷嘴布置方法，其中，包括：

初步设定连铸机二冷段的各喷嘴的设置参数，所述设置参数包括喷嘴数量、喷嘴高度、喷嘴间距、喷嘴安装角度、喷嘴流量、喷射压力和喷嘴的喷射角度；

以每一个喷嘴安装位置为原点，以喷嘴喷射方向、喷嘴长轴方向和喷嘴短轴方向为坐标轴，建立每一个喷嘴的局部笛卡尔坐标系；

在连铸机坐标系中，采用网格技术模拟连铸生产中的铸坯，得到形成铸坯的多个网格；

以喷嘴在铸坯上形成的喷射表面为检测平面，以检测平面上每一个网格的中心点作为空间着水点，确定每一个喷嘴的每一个空间着水点在所述喷嘴的局部笛卡尔坐标系中的辐射向量；

确定每一个空间着水点的辐射向量在连铸机坐标系中相对于所在网格法向的欧拉角；

根据喷嘴的每一个空间着水点的水量分布和辐射向量确定每一个空间着水点的角密度χ，

$\mathrm{\χ}=\frac{Qf}{{\cos }^3\mathrm{\θ}}$

其中，Q为喷嘴的喷水量，f为空间着水点的水量分布密度值，θ为空间着水点的辐射向量与喷嘴喷射方向的夹角；

根据每一个空间着水点的角密度、辐射向量和欧拉角确定每一个空间着水点所在网格的水流面密度w，

$w=\frac{{\mathrm{\χcos\θ}}_1}{r^2}$

其中，θ₁为欧拉角，r为辐射向量；

根据每一个空间着水点所在网格的水流面密度和所述网格的铸坯传热系数，得到每一个空间着水点所对应的每一个网格的铸坯表面温度，获得铸坯表面温度变化曲线；

根据铸坯表面温度变化曲线按照使得铸坯表面纵向和横向温度分布均匀的趋势调整各喷嘴的设置参数。

2.根据权利要求1所述的喷嘴布置方法，其中，所述设置参数还包括二冷段长度，所述二冷段长度不小于从结晶器下口到铸坯凝固点的长度，根据铸坯水流面密度得到铸坯中心温度曲线，从而获得铸坯凝固点。

3.根据权利要求2所述的喷嘴布置方法，其中，所述铸坯表面温度变化曲线和铸坯中心温度曲线包括三维曲线和二维曲线中的一种或多种，其中所述三维曲线以网格坐标为面坐标，以温度为纵坐标；所述二维曲线包括沿拉坯方向各网格的温度变化曲线、沿铸坯宽度方向各网格的温度变化曲线以及以距离结晶器弯月面的距离为纵坐标，以铸坯宽度方向为横坐标，以不同颜色代表铸坯不同横纵坐标处铸坯的温度的二维铸坯温度模拟图。

4.根据权利要求1所述的喷嘴布置方法，其中，还包括：

生成铸坯水流面密度曲线或铸坯水流面密度模拟图，其中，所述水流面密度曲线为沿拉坯方向各网格的水流面密度变化曲线以及沿铸坯宽度方向各网格的水流面密度变化曲线，所述铸坯水流面密度模拟图横坐标为距离结晶器弯月面的长度，纵坐标为铸坯宽度，通过图形显示各喷嘴在铸坯上形成水斑，通过不同颜色及颜色深浅表示水流面密度大小。

5.根据权利要求1所述的喷嘴布置方法，其中，还包括：根据不同喷嘴在铸坯上的检测平面形状确定喷嘴的水量分布密度曲线，其中，对于检测平面呈椭圆形的喷嘴，

${\mathrm{\ρ}}^2=\frac{{\mathrm{\ξ}}^2}{a^2}+\frac{{\mathrm{\η}}^2}{b^2}={\tan }^2\mathrm{\θ}(\frac{{\cos }^2\mathrm{\φ}}{{\tan }^2\mathrm{\α}}+\frac{{\sin }^2\mathrm{\φ}}{{\tan }^2\mathrm{\β}})$

$f\left(\mathrm{\ρ}\right)=c_0+c_1{\mathrm{\ρ}}^2+c_2{\mathrm{\ρ}}^4+...+c_M{\mathrm{\ρ}}^{2M}=\underset{j=0}{\overset{M}{\Σ}}{c}_j{\mathrm{\ρ}}^{2j}$

c₀+c₁+c₂+...+c_M＝0

对于检测平面呈矩形的喷嘴，

$\begin{array}{c}\mathrm{\ρ}=\sqrt{1-(1-\frac{{\mathrm{\ξ}}^2}{a^2})(1-\frac{{\mathrm{\η}}^2}{b^2})}\\ =\sqrt{1-(1-\frac{{\tan }^2{\mathrm{\θcos}}^2\mathrm{\φ}}{{\tan }^2\mathrm{\α}})(1-\frac{{\tan }^2{\mathrm{\θsin}}^2\mathrm{\φ}}{{\tan }^2\mathrm{\β}})}\end{array}$

$f\left(\mathrm{\ρ}\right)=c_0+c_1{\mathrm{\ρ}}^2+c_2{\mathrm{\ρ}}^4+...+c_M{\mathrm{\ρ}}^{2M}=\underset{j=0}{\overset{M}{\Σ}}{c}_j{\mathrm{\ρ}}^{2j}$

c₀+c₁+c₂+...+c_M＝0

其中，f(ρ)为水量分布密度函数，ρ是检测平面上设定的等效半径，a为检测平面的长轴长度，b为检测平面的短轴长度，ξ为空间着水点在局部笛卡尔坐标系中长轴方向的坐标，η为空间着水点在局部笛卡尔坐标系中短轴方向的坐标，α为喷嘴长轴的喷射角度，β为喷嘴短轴的喷射角度，φ为空间着水点在局部坐标系中的辐射向量在检测平面的辐射角，c₀...c_M为根据喷嘴出厂设定的多个水量分布密度值进行曲线拟合得到多项式系数。

6.一种方坯连铸机和板坯连铸机的喷嘴布置系统，其中，包括：

输入单元，初步设定连铸机二冷段的各喷嘴的设置参数，所述设置参数包括喷嘴数量、喷嘴高度、喷嘴间距、喷嘴安装角度、喷嘴流量、喷射压力和喷嘴的喷射角度；

喷淋装置，设置在连铸机的二冷区，对铸坯喷淋冷却，包括总管、从总管分出的多个支管以及设置在支管上的多个喷嘴，所述总管上设置有进水口，所述进水口设置有阀门，通过阀门控制该喷淋装置的开断；

铸坯模拟单元，在连铸机坐标系中，采用网格技术模拟连铸生产中的铸坯，得到形成铸坯的多个网格；

喷嘴空间构建单元，以每一个喷嘴安装位置为原点，以喷嘴喷射方向、喷嘴长轴方向和喷嘴短轴方向建立每一个喷嘴的局部笛卡尔坐标系，以喷嘴在铸坯上形成的喷射表面为检测平面，以检测平面上每一个网格的中心点作为空间着水点，确定每一个喷嘴的每一个空间着水点在所述喷嘴的局部笛卡尔坐标系中的辐射向量；

角密度确定单元，根据喷嘴的每一个空间着水点的水量分布和辐射向量确定每一个空间着水点的角密度；

面密度确定单元，在连铸机坐标系中，确定每一个空间着水点的辐射向量相对于所在网格法向的欧拉角，根据每一个空间着水点的角密度、辐射向量和欧拉角确定每一个空间着水点所在网格的水流面密度；

铸坯温度模拟单元，根据每一个空间着水点所在网格的水流面密度确定所述网格的传热系数，从而得到每一个空间着水点所对应的每一个网格的铸坯表面温度，获得铸坯表面温度变化曲线；

喷嘴调整单元，根据铸坯表面温度变化曲线按照使得铸坯表面纵向和横向温度分布均匀的趋势调整各喷嘴的设置参数。

7.根据权利要求6所述的喷嘴布置系统，其中，所述喷淋装置分段设置，每一段喷淋装置均设置至少一个阀门，通过所述阀门的开关调整二冷段长度。

8.根据权利要求7所述的喷嘴布置系统，其中，所述每一段的喷淋装置的多个喷嘴由多个阀门控制形成多个冷却回路。

9.根据权利要求7所述的喷嘴布置系统，其中，所述每一段的喷淋装置的多个喷嘴按照连铸机的内弧曲线、外弧曲线、铸坯的左侧面和右侧面分成内冷却回路、外冷却回路、左冷却回路和右冷却回路，所述内冷却回路、外冷却回路、左冷却回路和右冷却回路由1～4个阀门控制。

10.根据权利要求6所述的喷嘴布置系统，其中，还包括：

水流面密度模拟单元，根据面密度确定单元确定的各网格的水流面密度生成铸坯水流面密度曲线或铸坯水流面密度模拟图。