CN111998892A - 一种基于流场和浓度场数值模拟计算的混钢模型系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于流场和浓度场数值模拟计算的混钢模型系统，包括中央处理器和电源模块，所述中央处理器的输入端通过导线与数据采集单元的输出端电性连接，所述中央处理器的输出端通过导线与计算单元的输入端电性连接，且计算单元的输出端通过导线与判断模块的输入端电性连接，所述判断模块的输出端通过导线与中央处理器的输入端电性连接，本发明涉及混钢生产技术领域。该基于流场和浓度场数值模拟计算的混钢模型系统。通过根据数值模拟的结果可以准确实时地进行钢水成分的定量计算，可以精确地体现各流之间浓度的差异，不但可以准确给出混钢区域的长度，同时可以给出该区域铸坯中的化学成分分布情况，提高收得率。

Description

一种基于流场和浓度场数值模拟计算的混钢模型系统
技术领域
本发明涉及混钢生产技术领域，具体为一种基于流场和浓度场数值模拟计算的混钢模型系统。
背景技术
在现代连铸生产过程中，钢水从钢包注入中间罐，再注入结晶器内开始凝固成固态金属，在连续生产过程中，如果前后两个钢包内的钢水属于两个钢种，成分差异较大，则前后两包的钢水会在中间罐内混合，生成成分处于两者之间的钢液，称为混钢，而连铸即为连续铸钢，在钢铁厂生产各类钢铁产品过程中，使用钢水凝固成型有两种方法：传统的模铸法和连续铸钢法，其将装有精炼好钢水的钢包运至回转台，回转台转动到浇注位置后，将钢水注入中间包，中间包再由水口将钢水分配到各个结晶器中去，结晶器是连铸机的核心设备之一，它使铸件成形并迅速凝固结晶，拉矫机与结晶振动装置共同作用，将结晶器内的铸件拉出，经冷却、电磁搅拌后切割成一定长度的板坯。
目前对于混钢部分的钢水成分，基本上采用钢水一旦进入中间罐则完全扩散，成分均匀的假设进行成分计算，实际生产过程中，尤其在多流连铸过程中，中间罐各处的成分差异很大，这将导致实际的混钢区域长度与现有模型判断的差异较大。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于流场和浓度场数值模拟计算的混钢模型系统，解决了实际生产过程中，尤其在多流连铸过程中，中间罐各处的成分差异很大，导致实际的混钢区域长度与现有模型判断的差异较大的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于流场和浓度场数值模拟计算的混钢模型系统，包括中央处理器和电源模块，所述中央处理器的输入端通过导线与数据采集单元的输出端电性连接，所述中央处理器的输出端通过导线与计算单元的输入端电性连接，且计算单元的输出端通过导线与判断模块的输入端电性连接，所述判断模块的输出端通过导线与中央处理器的输入端电性连接，所述计算单元包括连接性计算模块、动量计算模块和浓度场计算模块。
优选的，所述数据采集单元包括钢水密度采集模块、X方向流速采集模块、y方向流速采集模块、粘度系数采集模块、时间采集模块、浓度采集模块和扩散系数采集模块。
优选的，所述中央处理器的输入端通过导线与电源模块的输出端电性连接，所述中央处理器的输入端通过导线与数据处理单元的输出端电性连接。
优选的，所述数据处理单元包括数据实时接收模块、统计模块和储存模块。
优选的，所述中央处理器通过无线与二级生产管理系统实现双向连接。
优选的，所述连接性计算模块的计算公式为：
Figure BDA0002598983490000021
优选的，所述动量计算模块的计算公式为：
Figure BDA0002598983490000022
优选的，所述浓度场计算模块的计算公式为：
Figure BDA0002598983490000023
其中ρ为密度，t为时间，ui为x方向速度，uj为y方向速度，μ为粘度系数，S为源项，C为浓度，D为扩散系数。
三有益效果
本发明提供了一种基于流场和浓度场数值模拟计算的混钢模型系统。与现有技术相比具备以下有益效果：
(1)、该基于流场和浓度场数值模拟计算的混钢模型系统，通过中央处理器的输入端通过导线与数据采集单元的输出端电性连接，中央处理器的输出端通过导线与计算单元的输入端电性连接，计算单元包括连接性计算模块、动量计算模块和浓度场计算模块，根据数值模拟的结果可以准确实时地进行钢水成分的定量计算，可以精确地体现各流之间浓度的差异，不但可以准确给出混钢区域的长度，同时可以给出该区域铸坯中的化学成分分布情况，提高收得率。
(2)、该基于流场和浓度场数值模拟计算的混钢模型系统，通过中央处理器的输入端通过导线与数据采集单元的输出端电性连接，中央处理器的输出端通过导线与计算单元的输入端电性连接，根据浓度场结果定量体现各流铸坯成分差异，且能够根据铸坯实际成分优化切割和铸坯计划管理。
附图说明
图1为本发明系统的结构原理框图；
图2为本发明数据采集单元的结构原理框图；
图3为本发明计算单元的结构原理框图；
图4为本发明数据处理单元的结构原理框图。
图中，1中央处理器、2电源模块、3数据采集单元、31钢水密度采集模块、32X方向流速采集模块、33y方向流速采集模块、34粘度系数采集模块、35时间采集模块、36浓度采集模块、37扩散系数采集模块、4计算单元、41连接性计算模块、42动量计算模块、43浓度场计算模块、5判断模块、6、数据处理单元、61数据实时接收模块、62统计模块、63储存模块、7二级生产管理系统。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-4，本发明实施例提供一种技术方案：一种基于流场和浓度场数值模拟计算的混钢模型系统，包括中央处理器1和电源模块2，中央处理器1的型号为ARM9，中央处理器1通过无线与二级生产管理系统7实现双向连接，其中判断模块5判断的结果返回给二级生产管理系统7作为生产管理的依据，中央处理器1的输入端通过导线与电源模块2的输出端电性连接，中央处理器1的输入端通过导线与数据处理单元6的输出端电性连接，数据处理单元6包括数据实时接收模块61、统计模块62和储存模块63，统计模块62将采集的数据进行统计分析，形成表格，然后通过储存模块63将统计后的数据进行保存，方便后续对数据进行查看追溯，中央处理器1的输入端通过导线与数据采集单元3的输出端电性连接，数据采集单元3包括钢水密度采集模块31、X方向流速采集模块32、y方向流速采集模块33、粘度系数采集模块34、时间采集模块35、浓度采集模块36和扩散系数采集模块37，数据采集单元3对计算单元4中所需的钢水数据进行采集，中央处理器1的输出端通过导线与计算单元4的输入端电性连接，通过计算单元4实时地定量计算当前各流进入结晶器的钢水的浓度场，根据浓度场结果判断当前生产的铸坯成分所属的钢种，不但可以准确给出混钢区域的长度，同时可以给出该区域铸坯中的化学成分分布情况，提高收得率，且计算单元4的输出端通过导线与判断模块5的输入端电性连接，判断模块5的输出端通过导线与中央处理器1的输入端电性连接，计算单元4包括连接性计算模块41、动量计算模块42和浓度场计算模块43，连接性计算模块41的计算公式为：
Figure BDA0002598983490000041
动量计算模块42的计算公式为：
Figure BDA0002598983490000051
浓度场计算模块43的计算公式为：
Figure BDA0002598983490000052
其中ρ为密度，t为时间，ui为x方向速度，uj为y方向速度，μ为粘度系数，S为源项，C为浓度，D为扩散系数。
工作时，电源模块2对中央处理器1进行通电，当钢水从钢包注入中间罐，在中间罐中完全扩散后，通过数据采集单元3对钢水的数据进行采集，钢水密度采集模块31对中间罐内的钢水密度数据进行实时采集，X方向流速采集模块32对X方向钢水速度数据进行采集，y方向流速采集模块33对y方向钢水速度数据进行采集，粘度系数采集模块34采集流体对流动所表现的阻力数据，时间采集模块35对时间数据进行采集，浓度采集模块36对钢水的浓度数据进行采集，扩散系数采集模块37对钢水在中间罐内的扩散程度数据进行采集，将数据采集完成后，上传至中央处理器1，中央处理器1将数据传输至数据处理单元6中，同时数据实时接收模块61进行接收，统计模块62将采集的数据进行统计分析，形成表格，然后通过储存模块63将统计后的数据进行保存，方便后续对数据进行查看追溯，同时中央处理器1将采集的数据传输至计算单元4中，通过连接性计算模块41、动量计算模块42和浓度场计算模块43实时地定量计算当前各流进结晶器内钢水的浓度场和流场，然后将计算的结果上传至判断模块5，根据浓度场结果判断当前生产的铸坯成分所属的钢种，根据浓度场结果定量体现各流铸坯成分差异，然后将判断结果传输至中央处理器1，中央处理器1将判断结果返回给二级生产管理系统7作为生产管理的依据。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种基于流场和浓度场数值模拟计算的混钢模型系统，包括中央处理器(1)和电源模块(2)，其特征在于：所述中央处理器(1)的输入端通过导线与数据采集单元(3)的输出端电性连接，所述中央处理器(1)的输出端通过导线与计算单元(4)的输入端电性连接，且计算单元(4)的输出端通过导线与判断模块(5)的输入端电性连接，所述判断模块(5)的输出端通过导线与中央处理器(1)的输入端电性连接，所述计算单元(4)包括连接性计算模块(41)、动量计算模块(42)和浓度场计算模块(43)。
2.根据权利要求1所述的一种基于流场和浓度场数值模拟计算的混钢模型系统，其特征在于：所述数据采集单元(3)包括钢水密度采集模块(31)、X方向流速采集模块(32)、y方向流速采集模块(33)、粘度系数采集模块(34)、时间采集模块(35)、浓度采集模块(36)和扩散系数采集模块(37)。
3.根据权利要求1所述的一种基于流场和浓度场数值模拟计算的混钢模型系统，其特征在于：所述中央处理器(1)的输入端通过导线与电源模块(2)的输出端电性连接，所述中央处理器(1)的输入端通过导线与数据处理单元(6)的输出端电性连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于流场和浓度场数值模拟计算的混钢模型系统，其特征在于：所述数据处理单元(6)包括数据实时接收模块(61)、统计模块(62)和储存模块(63)。
5.根据权利要求1所述的一种基于流场和浓度场数值模拟计算的混钢模型系统，其特征在于：所述中央处理器(1)通过无线与二级生产管理系统(7)实现双向连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于流场和浓度场数值模拟计算的混钢模型系统，其特征在于：所述连接性计算模块(41)的计算公式为：
Figure FDA0002598983480000021
7.根据权利要求1所述的一种基于流场和浓度场数值模拟计算的混钢模型系统，其特征在于：所述动量计算模块(42)的计算公式为：
Figure FDA0002598983480000022
8.根据权利要求1所述的一种基于流场和浓度场数值模拟计算的混钢模型系统，其特征在于：所述浓度场计算模块(43)的计算公式为：
Figure FDA0002598983480000023
Figure FDA0002598983480000024
其中ρ为密度，t为时间，ui为x方向速度，uj为y方向速度，μ为粘度系数，S为源项，C为浓度，D为扩散系数。
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