一种中间包连浇安全液位的测定方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及冶金【技术领域】，公开了一种中间包连浇安全液位的测定方法及系统。该方法包括：用中间包水力学模型模拟实际中间包；设定中间包水力学模型的试验参数，以模拟实际中间包的连浇作业；用示踪剂标识尾钢加入中间包水力学模型；监测中间包水力学模型的出口处的液体的电导率的变化情况；当监测到中间包水力学模型的出口处的液体的电导率的变化情况超出预定阈值范围时，记录中间包水力学模型内液体的当前液位，根据当前液位确定中间包连浇安全液位。本发明有效防止了实际生产中的大包尾钢进入结晶器，从而满足洁净钢的生产要求。
【专利说明】一种中间包连浇安全液位的测定方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及冶金【技术领域】，主要适用于中间包连浇安全液位的测定方法及系统。【背景技术】
[0002]随着用户对钢材质量要求的不断提高，冶炼含夹杂物尺寸较小、分布均匀且对钢材性能没有危害的洁净钢已经成为炼钢科学技术研究的重点。连铸中间包是钢包和结晶器之间的过渡容器，具有稳定钢流，促进钢中非金属夹杂物上浮和实现多炉连浇的作用。
[0003]中间包连浇是前一罐钢水浇完，更换大罐后连续浇铸的过程，期间中间包向结晶器提供钢水。在连浇期间，铸机的拉速不变，中间包液位不断降低直到后一罐钢水开浇进入中间包。中间包连浇安全液位，是指在后一罐钢水开浇前，能够保证连浇操作顺利进行和铸坯质量的中间包连浇最低液位。
[0004]目前，关于中间包连浇安全液位并无统一的判定方法。在生产中，为了保证铸坯质量，通常有以下两种操作方法:
[0005](I)高于中间包“涡流”产生液位。“涡流”产生液位可以通过水力学模型试验测得。在常规生产中，要实现多炉连浇，只要保证中间包连浇安全液位不低于“涡流”产生液位(不发生渣卷的中间包连浇最低液位)即可。
[0006](2)中间包连浇安全液位越高越好。在连浇过程中，前一炉钢水浇完关闭滑板时，大包顶渣会随着大包尾期的钢水(大包尾钢)进入中间包。由于顶渣的氧化性很强，因此大包尾钢二次氧化严重，夹杂物含量高。为了防止大包尾钢流入结晶器，并保证尾钢中的夹杂物能有充足的时间上浮排除，根据现场生产要求，将中间包连浇安全液位控制的越高越好，具体的安全液位主要依据工人经验设定，并无统一标准。
[0007]现有方法存在以下问题:
[0008]首先，在连浇过程的后一炉钢水未开浇前，随着中间包液位的不断降低，钢水在中间包内停留的时间逐渐缩短，即使在不产生“涡流”的情况下，含夹杂物较多的大包尾钢也会随钢流进入结晶器，该方法显然无法满足洁净钢的生产要求。
[0009]其次，由于对连浇安全液位的控制缺少科学的判定依据，因此不一定能够满足防止大包尾钢进入结晶器的要求，准确性不高。
【发明内容】
[0010]本发明所要解决的技术问题是提供一种中间包连浇安全液位的测定方法及系统，它能够有效防止尾钢进入结晶器，从而满足洁净钢的生产要求。
[0011]为解决上述技术问题，本发明提供了一种中间包连浇安全液位的测定方法，包括:
[0012]用中间包水力学模型模拟实际中间包；
[0013]设定所述中间包水力学模型的试验参数，以模拟所述实际中间包的连浇作业；
[0014]用示踪剂标识尾钢加入所述中间包水力学模型；[0015]监测所述中间包水力学模型的出口处的液体的电导率的变化情况；
[0016]当监测到所述中间包水力学模型的出口处的液体的电导率的变化情况超出预定阈值范围时，记录中间包水力学模型内液体的当前液位，根据所述当前液位确定中间包连烧安全液位。
[0017]进一步地，所述中间包水力学模型包括:模型本体、入口滑板及出口阀门；所述入口滑板设置在所述模型本体的上部；所述出口阀门设置在所述模型本体的底部；
[0018]所述试验参数包括:初始液位、模型入口流量和模型出口流量；
[0019]所述设定所述中间包水力学模型的试验参数，以模拟所述实际中间包的连浇作业包括:设定所述模型本体的初始液位、所述入口滑板和所述出口阀门的开口度，以模拟所述实际中间包的连浇作业。
[0020]进一步地，所述监测中间包水力学模型的出口处的液体的电导率的变化情况包括:通过电导率监测元件监测所述中间包水力学模型的出口处的液体的电导率，所述电导率监测元件将监测到的电导率传输到处理器，所述处理器根据接收到的电导率确定所述中间包水力学模型的出口处的液体的电导率的变化情况。
[0021]进一步地，所述电导率监测元件包括:电导率测量仪或者电导率传感器。
[0022]进一步地，所述当监测到中间包水力学模型的出口处的液体的电导率的变化情况超出预定阈值范围时，记录中间包水力学模型内液体的当前液位包括:当所述处理器确定所述中间包水力学模型的出口处的液体的电导率的变化情况超出预定阈值范围时，基于液位监测元件记录所述中间包水力学模型内液体的液位。
[0023]进一步地,所述液位监测元件包括:液位传感器或者标尺；
[0024]当所述液位监测元件是液位传感器时，所述基于液位监测元件记录所述中间包水力学模型内液体的液位包括:所述处理器向所述液位传感器发送液位采集开关信号，所述液位传感器接收所述液位采集开关信号进行液位采集，并将采集到的液位数据传输到所述处理器，所述处理器根据接收到的液位数据记录所述中间包水力学模型内液体的液位；
[0025]当所述液位监测元件是标尺时，所述基于液位监测元件记录所述中间包水力学模型内液体的液位包括:所述处理器输出查看标尺的提示信息，以便于通过观测所述标尺数据记录所述中间包水力学模型内液体的液位。
[0026]进一步地，所述根据所述当前液位确定中间包连浇安全液位包括:根据所述中间包水力学模型与实际中间包的比例关系，将所述当前液位换算得到实际中间包连浇安全液位。
[0027]进一步地，所述示踪剂包括:氯化钾、甲基蓝生物染色剂和蒸馏水。
[0028]本发明还提供了一种中间包连浇安全液位的测定系统，包括:包括:中间包水力学模型、电导率监测元件、液位监测元件、示踪剂及处理器；所述中间包水力学模型包括:模型本体、入口滑板及出口阀门；所述入口滑板设置在所述模型本体的上部；所述出口阀门设置在所述模型本体的底部；所述电导率监测元件设置在所述模型本体的底部；所述液位监测元件设置在所述模型本体上；用于标识尾钢的所述示踪剂被加入到所述模型本体内；所述电导率监测元件与所述处理器信号连接；所述电导率监测元件采集所述中间包水力学模型的出口处的液体的电导率采集信息，并将所述电导率采集信息提供给所述处理器；所述处理器根据接收到的电导率采集信息监测所述中间包水力学模型的出口处的液体的电导率的变化情况；当所述处理器监测到所述中间包水力学模型的出口处的液体的电导率的变化情况超出预定阈值范围时，基于所述液位监测元件记录所述中间包水力学模型内液体的当前液位。
[0029]进一步地，所述电导率监测元件包括:电导率测量仪或者电导率传感器；所述液位监测元件包括:液位传感器或者标尺；所述液位传感器与所述处理器信号连接；所述示踪剂包括:氯化钾、甲基蓝生物染色剂和蒸馏水。
[0030]本发明的有益效果在于:
[0031]本发明提供的中间包连浇安全液位的测定方法及系统，先用中间包水力学模型模拟实际中间包，并设定试验参数；再用示踪剂标识大包尾钢加入中间包水力学模型，并通过监测中间包水力学模型的出口处的液体的电导率的变化情况判断示踪剂是否到达模型的出口，即大包尾钢是否到达实际中间包的出口，从而确定中间包连浇安全液位，有效防止了实际生产中的大包尾钢进入结晶器，从而满足洁净钢的生产要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1为本发明实施例提供的中间包连浇安全液位的测定方法的流程图。
【具体实施方式】
[0033]为进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的中间包连浇安全液位的测定方法及系统的【具体实施方式】及工作原理进行详细说明。
[0034]参见图1，本发明实施例提供的中间包连浇安全液位的测定方法，包括:
[0035]步骤SllO:用中间包水力学模型模拟实际中间包；在本实施例中，中间包水力学模型包括:模型本体、入口滑板及出口阀门；入口滑板设置在模型本体的上部；出口阀门设置在模型本体的底部。
[0036]步骤S120:设定中间包水力学模型的试验参数，以模拟实际中间包的连浇作业；其中，试验参数包括:模型入口流量、模型出口流量和初始液位；在本实施例中，本步骤具体包括:设定模型本体的初始液位、入口滑板和出口阀门的开口度，以模拟实际中间包的连浇作业。
[0037]步骤S130:用示踪剂标识大包尾钢加入中间包水力学模型；其中，示踪剂包括:氯化钾、甲基蓝生物染色剂和蒸馏水。需要说明的是，氯化钾、甲基蓝生物染色剂和蒸馏水的配比由具体需求决定。
[0038]步骤S140:关闭中间包水力学模型的入口，控制中间包水力学模型的出口阀门的开口度，保持中间包水力学模型出口处的液体的流量不变，即模拟浇铸过程中铸机的拉速不变。这里需要说明的是，也可以根据其他实际需求实时对中间包水力学模型出口阀门的开口度进行控制。
[0039]步骤S150:监测中间包水力学模型的出口处的液体的电导率的变化情况；在本实施例中，可以通过电导率监测元器件来监测中间包水力学模型的出口处的液体的电导率，电导率监测元器件将监测到的电导率传输到处理器，处理器根据接收到的电导率确定中间包水力学模型的出口处的液体的电导率在一段预定时间内的变化情况；预定时间由实际的试验需求决定。其中，电导率监测元器件包括:电导率测量仪、电导率传感器等。
[0040]当监测到中间包水力学模型的出口处的液体的电导率的变化情况超出预定阈值范围时，说明示踪剂正好流动到中间包水力学模型的出口处，即大包尾钢正好流动到实际中间包的出口处，记录中间包水力学模型内液体的当前液位，根据当前液位确定中间包连浇安全液位。其中，预定阈值范围由实际的试验需求决定。本步骤具体包括:当处理器确定中间包水力学模型的出口处的液体的电导率在预定时间内的变化情况超出预定阈值范围时，基于液位监测元件记录中间包水力学模型内液体的液位。其中，液位监测元件包括:液位传感器、标尺等。
[0041]当液位监测元件是液位传感器时，基于液位监测元件记录中间包水力学模型内液体的液位，具体包括:处理器向液位传感器发送液位采集开关信号；液位传感器接收液位采集开关信号进行液位采集，并将采集到的液位数据传输到处理器，处理器根据接收到的液位数据记录中间包水力学模型内液体的液位；
[0042]当液位监测元件是标尺时，基于液位监测元件记录中间包水力学模型内液体的液位，具体包括:处理器输出查看标尺的提示信息，以便于通过人工观测标尺数据记录中间包水力学模型内液体的液位。
[0043]此外，根据当前液位确定中间包连浇安全液位的具体步骤包括:根据中间包水力学模型与实际中间包的比例关系，将当前液位换算得到实际中间包连浇安全液位。其中，当中间包水力学模型与实际中间包完全一致时，记录的当前液位就是实际中间包连浇安全液位。
[0044]当监测到中间包水力学模型的出口处的液体的电导率的变化情况没有超出预定阈值范围时，说明示踪剂还未流动到中间包水力学模型的出口处，即大包尾钢还未流动到实际中间包的出口处，等待示踪剂流动到中间包水力学模型的出口处，准备记录数据。
[0045]本发明实施例提供的中间包连浇安全液位的测定系统，包括:中间包水力学模型、电导率监测元件、液位监测元件、示踪剂及处理器；中间包水力学模型包括:模型本体、入口滑板及出口阀门；入口滑板设置在模型本体的上部；出口阀门设置在模型本体的底部；电导率监测元件设置在模型本体的底部出口处；液位监测元件设置在模型本体上；用于标识尾钢的示踪剂被加入模型本体内；电导率监测元件与处理器信号连接。电导率监测元件采集中间包水力学模型的出口处的液体的电导率采集信息，并将电导率采集信息提供给处理器；处理器根据接收到的电导率采集信息监测中间包水力学模型的出口处的液体的电导率的变化情况；当处理器监测到中间包水力学模型的出口处的液体的电导率的变化情况超出预定阈值范围时，基于液位监测元件记录中间包水力学模型内液体的当前液位。其中，电导率监测元件，包括:电导率测量仪、电导率传感器等；液位监测元件包括:液位传感器、标尺等。当液位监测元件是液位传感器时，液位传感器与处理器信号连接；示踪剂包括:氯化钾、甲基蓝生物染色剂和蒸馏水。需要说明的是，氯化钾、甲基蓝生物染色剂和蒸馏水的配比由具体需求决定。
[0046]通过本发明实施例测定连铸中间包连浇安全液位，首先根据现场中间包的内腔尺寸制作材质为有机玻璃的中间包水力学模型，并根据实际情况确定模型流量、初始液位等参数。再用示踪剂标识大包浇铸末期的尾钢加入有机玻璃模型中，并关闭模型入口滑板，控制模型出口阀门的开口度。接着监测模型出口处的液体的电导率，确定中间包连浇安全液位。
[0047]需要说明的是，在本实施例中，还可以通过数值模拟计算的方法对本发明实施例的测定结果进行验证，具体的方法如下:
[0048]在本实施例的水力学试验中，监测中间包水力学模型的出口处的液体的流出情况，绘制出模型内示踪剂停留时间分布的RTD曲线。根据RTD曲线得出示踪剂在模型内的最短停留时间Tmin和对应的液体液位Lmin。
[0049]此外，还根据现场中间包的内腔尺寸建立等比例的3D数学模型，然后对3D数学模型进行网格划分，确定计算域、进出口流量、传热系数、黏度等边界条件，进行模拟计算。计算收敛后，引入示踪剂扩散方程，模拟加入示踪剂在中间包内流动的计算，同时监测模型的出口。随着计算域液面的逐渐降低，当在模型出口处检测到示踪剂时，停止计算，反馈此时3D数学模型液位L，min,并记录过程时间T，
[0050]将水力学物理试验和数值模拟计算的结果进行比对，可以对Lmin进行验证。这里需要说明的是，由于边界条件的设定可能存在误差，因此数值模拟计算的结果可能并不准确，只能用于参考。
[0051]本发明实施例提供的中间包连浇安全液位的测定方法及系统，先用中间包水力学模型模拟实际中间包，并设定试验参数；再用示踪剂标识大包尾钢加入中间包水力学模型，并通过监测中间包水力学模型的出口处的液体的电导率的变化情况判断示踪剂是否到达模型的出口，即大包尾钢是否到达实际中间包的出口，从而确定中间包连浇安全液位，有效防止了实际生产中的大包尾钢进入结晶器，从而满足洁净钢的生产要求。本发明实施例以水力学物理试验为技术手段进行中间包连浇安全液位的测定，在保证洁净钢的洁净度的同时，还避免了在生产中一味地强调连浇中间包高液位，有效避免了因工艺标准过剩而造成的连浇操作难度高和现场生产组织难度高的情况的发生，保证了生产的正常进行。本发明实施例准确性高、可操作性强、效果显著。
[0052]最后所应说明的是，以上【具体实施方式】仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种中间包连浇安全液位的测定方法，其特征在于，包括: 用中间包水力学模型模拟实际中间包； 设定所述中间包水力学模型的试验参数，以模拟所述实际中间包的连浇作业； 用示踪剂标识尾钢加入所述中间包水力学模型； 监测所述中间包水力学模型的出口处的液体的电导率的变化情况； 当监测到所述中间包水力学模型的出口处的液体的电导率的变化情况超出预定阈值范围时，记录中间包水力学模型内液体的当前液位，根据所述当前液位确定中间包连浇安全液位。
2.如权利要求1所述的中间包连浇安全液位的测定方法，其特征在于，所述中间包水力学模型包括:模型本体、入口滑板及出口阀门；所述入口滑板设置在所述模型本体的上部；所述出口阀门设置在所述模型本体的底部； 所述试验参数包括:初始液位、模型入口流量和模型出口流量； 所述设定所述中间包水力学模型的试验参数，以模拟所述实际中间包的连浇作业包括:设定所述模型本体的初始液位、所述入口滑板和所述出口阀门的开口度，以模拟所述实际中间包的连浇作业。
3.如权利要求1所述的中间包连浇安全液位的测定方法，其特征在于，所述监测中间包水力学模型的出口处的液体的电导率的变化情况包括:通过电导率监测元件监测所述中间包水力学模型的出口处的液体的电导率，所述电导率监测元件将监测到的电导率传输到处理器，所述处理器根据接收到的电导率确定所述中间包水力学模型的出口处的液体的电导率的变化情况。
4.如权利要求3所述的中间包连浇安全液位的测定方法，其特征在于，所述电导率监测元件包括:电导率测量仪或者电导率传感器。
5.如权利要求3所述的中间包连浇安全液位的测定方法，其特征在于，所述当监测到中间包水力学模型的出口处的液体的电导率的变化情况超出预定阈值范围时，记录中间包水力学模型内液体的当前液位包括:当所述处理器确定所述中间包水力学模型的出口处的液体的电导率的变化情况超出预定阈值范围时，基于液位监测元件记录所述中间包水力学模型内液体的液位。
6.如权利要求5所述的中间包连浇安全液位的测定方法，其特征在于，所述液位监测元件包括:液位传感器或者标尺； 当所述液位监测元件是液位传感器时，所述基于液位监测元件记录所述中间包水力学模型内液体的液位包括:所述处理器向所述液位传感器发送液位采集开关信号，所述液位传感器接收所述液位采集开关信号进行液位采集，并将采集到的液位数据传输到所述处理器，所述处理器根据接收到的液位数据记录所述中间包水力学模型内液体的液位； 当所述液位监测元件是标尺时，所述基于液位监测元件记录所述中间包水力学模型内液体的液位包括:所述处理器输出查看标尺的提示信息，以便于通过观测所述标尺数据记录所述中间包水力学模型内液体的液位。
7.如权利要求1-6中任一项所述的中间包连浇安全液位的测定方法，其特征在于，所述根据所述当前液位确定中间包连浇安全液位包括:根据所述中间包水力学模型与实际中间包的比例关系，将所述当前液位换算得到实际中间包连浇安全液位。
8.如权利要求1-6中任一项所述的中间包连浇安全液位的测定方法，其特征在于，所述示踪剂包括:氯化钾、甲基蓝生物染色剂和蒸馏水。
9.一种中间包连浇安全液位的测定系统，其特征在于，包括:中间包水力学模型、电导率监测元件、液位监测元件、示踪剂及处理器；所述中间包水力学模型包括:模型本体、入口滑板及出口阀门；所述入口滑板设置在所述模型本体的上部；所述出口阀门设置在所述模型本体的底部；所述电导率监测元件设置在所述模型本体的底部；所述液位监测元件设置在所述模型本体上；用于标识尾钢的所述示踪剂被加入到所述模型本体内；所述电导率监测元件与所述处理器信号连接；所述电导率监测元件采集所述中间包水力学模型的出口处的液体的电导率采集信息，并将所述电导率采集信息提供给所述处理器；所述处理器根据接收到的电导率采集信息监测所述中间包水力学模型的出口处的液体的电导率的变化情况；当所述处理器监测到所述中间包水力学模型的出口处的液体的电导率的变化情况超出预定阈值范围时，基于所述液位监测元件记录所述中间包水力学模型内液体的当前液位。
10.如权利要求9所述的中间包连浇安全液位的测定系统，其特征在于，所述电导率监测元件包括:电导率测量仪或者电导率传感器；所述液位监测元件包括:液位传感器或者标尺；所述液位传感器与所述处理器信号连接；所述示踪剂包括:氯化钾、甲基蓝生物染色剂和蒸馏水。
【文档编号】G06F19/00GK103914627SQ201410160068
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年4月21日 优先权日:2014年4月21日
【发明者】张剑君, 曹同友, 高文芳, 彭著刚, 陈俊孚, 孙伟, 杨成威, 朱万军, 齐江华 申请人:武汉钢铁(集团)公司