CN114528787B - 长水口出口和中间包冲击区流动均匀性的评价方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种长水口出口和中间包冲击区流动均匀性的评价方法及装置，涉及金属铸造工艺和耐火材料设计技术领域。包括：获取待评估流动均匀性的数据；根据数据构建长水口‑中间包多相流数学模型；根据数据以及构建好的长水口‑中间包多相流数学模型进行仿真模拟，得到长水口出口截面速度云图以及中间包冲击区自由液面速度云图；根据长水口出口截面速度云图以及中间包冲击区自由液面速度云图，得到流动均匀性结果。本发明解决现有技术中缺少对长水口出口和中间包冲击区流动性进行有效评价的问题，实现准确的流动均匀性和流动风险评价，为后续的冶金作业提供充分的参考依据。

Description

长水口出口和中间包冲击区流动均匀性的评价方法及装置
技术领域
本发明涉及金属铸造工艺和耐火材料设计技术领域，特别是指一种长水口出口和中间包冲击区流动均匀性的评价方法及装置。
背景技术
在钢液连铸过程中，长水口-中间包是重要的冶金耐火材料。长水口出口处和中间包受冲击区的钢液流动不是完全均匀的，均匀性差时存在耐材局部冲刷侵蚀严重、卷渣、钢液裸露等风险，从而会严重影响钢液的洁净度和连铸过程中铸坯的质量。
长水口-中间包流动不均匀的原因之一是几何结构本身的不对称性，实际生产中，钢包、回转台和中间包等都属于重型机械，对其绝对的水平定位控制有一定难度，下水口的频繁更换和水平移动以及长水口碗部的损耗等因素都容易导致长水口的偏斜；据统计，长水口偏斜程度会因工况而不同，但偏斜发生的比例较高，可达90%以上；中间包本身的结构也通常是不对称的，而其冲击区局部速度过大时，会导致冲刷侵蚀严重、卷渣、钢液裸露等风险加剧。另一个不均匀的原因在于其内部流动模式的多样性，其流速通常随着在不同连铸时期而变化，从湍流本身的尺度来讲，其涡流运动也是不均性的流动。
这种不均匀性有时是对耐材和钢液保护浇注无害的，有时则会给铸坯质量带来严重后果。然而，已有文献资料和现有技术中还缺少相应的评价方法，无法判断长水口的结构设计是否合理
Figure 422507DEST_PATH_IMAGE001
长水口的倾斜程度多大是可接受的，多大是不可接受的
Figure 322854DEST_PATH_IMAGE001
中间包局部流速超过多少是会影响产品质量的
Figure 394715DEST_PATH_IMAGE001
这些问题都缺乏科学的判断标准。
发明内容
本发明针对实际生产中缺少对长水口出口和中间包冲击区流动不均匀进行科学评价的问题，提出了本发明。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一方面，本发明提供了一种长水口出口和中间包冲击区流动均匀性的评价方法，该方法由电子设备实现，该方法包括：
S1、获取待评估流动均匀性的数据；其中，数据包括结构参数和连铸工艺参数。
S2、根据数据构建长水口-中间包多相流数学模型。
S3、根据数据以及构建好的长水口-中间包多相流数学模型进行仿真模拟，得到长水口出口截面速度云图以及中间包冲击区自由液面速度云图。
S4、根据长水口出口截面速度云图以及中间包冲击区自由液面速度云图，得到流动均匀性结果；其中，流动均匀性结果包括根据长水口出口截面速度云图得到的长水口出口流动均匀性评价以及根据中间包冲击区自由液面速度云图得到的中间包冲击区流动均匀性评价。
可选地，S1中的结构参数包括长水口的几何尺寸结构、中间包的几何尺寸结构、长水口偏斜角度、钢包上水口结构、滑板结构、下水口结构以及滑板开度。
连铸工艺参数包括流体流量、流体密度、流体黏度以及是否吹氩和吹氩流量。
可选地，S2中的根据数据构建长水口-中间包多相流数学模型包括：
S21、根据结构参数和连铸工艺参数，构建长水口-中间包多相流数学模型。
S22、验证长水口-中间包多相流数学模型的准确性，得到构建好的长水口-中间包多相流数学模型。
可选地，S22中的验证长水口-中间包多相流数学模型的准确性，得到构建好的长水口-中间包多相流数学模型包括：
S221、构建长水口-中间包物理模型，并获取长水口-中间包物理模型的局部点、线或截面。
S222、对局部点、线或截面进行测速，得出速度V1。
S223、获取长水口-中间包多相流数学模型与长水口-中间包物理模型的相同位置的局部点、线或截面的速度V2。
S224、将速度V1与V2进行对比；若速度V1与V2在时均化后的相对误差小于或等于5%，则判定长水口-中间包多相流数学模型准确；若速度V1与V2在时均化后的相对误差大于5%，则判定长水口-中间包多相流数学模型不准确，重新建立长水口-中间包多相流数学模型或调整长水口-中间包多相流数学模型的参数，并再次验证重新建立或调整后的长水口-中间包多相流数学模型的准确性，直至判定长水口-中间包多相流数学模型准确，得到构建好的长水口-中间包多相流数学模型。
可选地，S4中的根据长水口出口截面速度云图，得到长水口出口流动均匀性评价包括：
S411、根据长水口出口截面速度云图确定长水口出口半径
Figure 179132DEST_PATH_IMAGE002
以及长水口出口截面中心。
S412、以长水口出口截面中心为基准，分别获取四个圆；其中，四个圆的半径分别为
Figure 966828DEST_PATH_IMAGE003
以及
Figure 351542DEST_PATH_IMAGE004
。
S413、在四个圆中的每个圆上均匀取
Figure 227094DEST_PATH_IMAGE005
个点，四个圆共取
Figure 909092DEST_PATH_IMAGE006
个点；对每个点的速度进行统计，根据统计结果求出每个圆上速度的样本标准差
Figure 87264DEST_PATH_IMAGE007
。
S414、根据每个圆上速度的样本标准差
Figure 490432DEST_PATH_IMAGE007
，计算四个样本标准差的均值
Figure 45042DEST_PATH_IMAGE008
，若均值
Figure 194263DEST_PATH_IMAGE008
小于或等于0.05，则判定长水口出口流动均匀性为较为均匀；若均值
Figure 58183DEST_PATH_IMAGE008
处于大于0.05且小于0.09，则判定长水口出口流动均匀性为较不均匀；若均值
Figure 355172DEST_PATH_IMAGE008
大于或等于0.09，则判定长水口出口流动均匀性为很不均匀。
可选地，S4中的根据中间包冲击区自由液面速度云图，得到中间包冲击区流动均匀性评价包括：
S421、根据中间包冲击区自由液面速度云图中的流速将整个区域划分为低流速区域
Figure 27986DEST_PATH_IMAGE009
、中流速区域
Figure 766135DEST_PATH_IMAGE010
以及高流速区域
Figure 286109DEST_PATH_IMAGE011
。
S422、分别计算
Figure 742498DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 153757DEST_PATH_IMAGE010
以及
Figure 152937DEST_PATH_IMAGE011
的面积占总面积
Figure 624239DEST_PATH_IMAGE012
的百分比，并根据百分比判断中间包冲击区流动均匀性。
可选地，S422中的分别计算
Figure 708869DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 655310DEST_PATH_IMAGE010
以及
Figure 368051DEST_PATH_IMAGE011
的面积占总面积
Figure 229828DEST_PATH_IMAGE012
的百分比，并根据百分比判断中间包冲击区流动均匀性包括：
S4221、计算
Figure 660809DEST_PATH_IMAGE009
面积占总面积的百分比
Figure 882712DEST_PATH_IMAGE013
面积占总面积的百分比
Figure 449959DEST_PATH_IMAGE014
以及
Figure 482638DEST_PATH_IMAGE011
面积占总面积的百分比
Figure 135336DEST_PATH_IMAGE015
。
S4222、根据百分比判断中间包冲击区流动均匀性，若
Figure 426509DEST_PATH_IMAGE014
大于或等于60%且
Figure 989208DEST_PATH_IMAGE016
大于或等于80%，则判定中间包冲击区流动均匀性为较为均匀；若
Figure 583001DEST_PATH_IMAGE014
小于60%且大于40%，则判定中间包冲击区流动均匀性为较不均匀；若
Figure 847629DEST_PATH_IMAGE014
小于或等于40%，则判定中间包冲击区流动均匀性为很不均匀。
可选地，还包括根据流动均匀性结果进行流动风险评估。
根据流动均匀性结果进行流动风险评估包括：
若长水口出口以及中间包冲击区的流动均匀性为较为均匀，则判定长水口-中间包的流动模式合理，风险较低。
若长水口出口以及中间包冲击区的流动均匀性其中之一为较不均匀，则判定长水口-中间包的流动模式存在风险，进行结构设计的调整或工艺参数的调整。
若长水口出口以及中间包冲击区的流动均匀性其中之一为很不均匀，则判定长水口-中间包的流动模式风险较大，重新设计长水口以及中间包的结构参数和连铸工艺参数。
可选地，流动风险评估包括对长水口耐材冲刷磨损、中间包耐材冲刷磨损、中间包钢液裸露以及中间包覆盖剂卷渣进行评估。
另一方面，本发明提供了一种长水口出口和中间包冲击区流动均匀性的评价装置，该装置应用于实现长水口出口和中间包冲击区流动均匀性的评价方法，该装置包括：
获取模块，用于获取待评估流动均匀性的数据；其中，数据包括结构参数和连铸工艺参数。
构建模块，用于根据数据构建长水口-中间包多相流数学模型。
仿真模块，用于根据数据以及构建好的长水口-中间包多相流数学模型进行仿真模拟，得到长水口出口截面速度云图以及中间包冲击区自由液面速度云图。
输出模块，用于根据长水口出口截面速度云图以及中间包冲击区自由液面速度云图，得到流动均匀性结果；其中，流动均匀性结果包括根据长水口出口截面速度云图得到的长水口出口流动均匀性评价以及根据中间包冲击区自由液面速度云图得到的中间包冲击区流动均匀性评价。
可选地，结构参数包括长水口的几何尺寸结构、中间包的几何尺寸结构、长水口偏斜角度、钢包上水口结构、滑板结构、下水口结构以及滑板开度。
连铸工艺参数包括流体流量、流体密度、流体黏度以及是否吹氩和吹氩流量。
可选地，构建模块，进一步用于：
S21、根据结构参数和连铸工艺参数，构建长水口-中间包多相流数学模型。
S22、验证长水口-中间包多相流数学模型的准确性，得到构建好的长水口-中间包多相流数学模型。
可选地，构建模块，进一步用于：
S221、构建长水口-中间包物理模型，并获取长水口-中间包物理模型的局部点、线或截面。
S222、对局部点、线或截面进行测速，得出速度V1。
S223、获取长水口-中间包多相流数学模型与长水口-中间包物理模型的相同位置的局部点、线或截面的速度V2。
S224、将速度V1与V2进行对比；若速度V1与V2在时均化后的相对误差小于或等于5%，则判定长水口-中间包多相流数学模型准确；若速度V1与V2在时均化后的相对误差大于5%，则判定长水口-中间包多相流数学模型不准确，重新建立长水口-中间包多相流数学模型或调整长水口-中间包多相流数学模型的参数，并再次验证重新建立或调整后的长水口-中间包多相流数学模型的准确性，直至判定长水口-中间包多相流数学模型准确，得到构建好的长水口-中间包多相流数学模型。
可选地，输出模块，进一步用于：
S411、根据长水口出口截面速度云图确定长水口出口半径
Figure 286700DEST_PATH_IMAGE002
以及长水口出口截面中心。
S412、以长水口出口截面中心为基准，分别获取四个圆；其中，四个圆的半径分别为
Figure 703906DEST_PATH_IMAGE003
以及
Figure 937441DEST_PATH_IMAGE004
。
S413、在四个圆中的每个圆上均匀取
Figure 957875DEST_PATH_IMAGE005
个点，四个圆共取
Figure 200637DEST_PATH_IMAGE006
个点；对每个点的速度进行统计，根据统计结果求出每个圆上速度的样本标准差
Figure 737929DEST_PATH_IMAGE007
。
S414、根据每个圆上速度的样本标准差
Figure 142365DEST_PATH_IMAGE007
，计算四个样本标准差的均值
Figure 116006DEST_PATH_IMAGE008
，若均值
Figure 162460DEST_PATH_IMAGE008
小于或等于0.05，则判定长水口出口流动均匀性为较为均匀；若均值
Figure 554258DEST_PATH_IMAGE008
处于大于0.05且小于0.09，则判定长水口出口流动均匀性为较不均匀；若均值
Figure 395175DEST_PATH_IMAGE008
大于或等于0.09，则判定长水口出口流动均匀性为很不均匀。
可选地，输出模块，进一步用于：
S421、根据中间包冲击区自由液面速度云图中的流速将整个区域划分为低流速区域
Figure 856112DEST_PATH_IMAGE009
、中流速区域
Figure 440677DEST_PATH_IMAGE010
以及高流速区域
Figure 686982DEST_PATH_IMAGE011
。
S422、分别计算
Figure 698800DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 912613DEST_PATH_IMAGE010
以及
Figure 769711DEST_PATH_IMAGE011
的面积占总面积
Figure 260735DEST_PATH_IMAGE012
的百分比，并根据百分比判断中间包冲击区流动均匀性。
可选地，输出模块，进一步用于：
S4221、计算
Figure 584400DEST_PATH_IMAGE009
面积占总面积的百分比
Figure 629716DEST_PATH_IMAGE013
面积占总面积的百分比
Figure 677788DEST_PATH_IMAGE014
以及
Figure 23319DEST_PATH_IMAGE011
面积占总面积的百分比
Figure 252306DEST_PATH_IMAGE015
。
S4222、根据百分比判断中间包冲击区流动均匀性，若
Figure 50498DEST_PATH_IMAGE014
大于或等于60%且
Figure 905190DEST_PATH_IMAGE016
大于或等于80%，则
Figure 839648DEST_PATH_IMAGE012
中间包冲击区流动均匀性为较为均匀；若
Figure 505116DEST_PATH_IMAGE014
小于60%且大于40%，则
Figure 525024DEST_PATH_IMAGE012
中间包冲击区流动均匀性为较不均匀；若
Figure 183408DEST_PATH_IMAGE014
小于或等于40%，则
Figure 237951DEST_PATH_IMAGE012
中间包冲击区流动均匀性为很不均匀。
可选地，还包括根据流动均匀性结果进行流动风险评估。
根据流动均匀性结果进行流动风险评估包括：
若长水口出口以及中间包冲击区的流动均匀性为较为均匀，则判定长水口-中间包的流动模式合理，风险较低。
若长水口出口以及中间包冲击区的流动均匀性其中之一为较不均匀，则判定长水口-中间包的流动模式存在风险，进行结构设计的调整或工艺参数的调整。
若长水口出口以及中间包冲击区的流动均匀性其中之一为很不均匀，则判定长水口-中间包的流动模式风险较大，重新设计长水口以及中间包的结构参数和连铸工艺参数。
可选地，流动风险评估包括对长水口耐材冲刷磨损、中间包耐材冲刷磨损、中间包钢液裸露以及中间包覆盖剂卷渣进行评估。
一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由所述处理器加载并执行以实现上述长水口出口和中间包冲击区流动均匀性的评价方法。
一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现上述长水口出口和中间包冲击区流动均匀性的评价方法。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
上述方案中，基于以往多个案例的计算和分析建立了此评价方法，这对指导中间包冶金过程和提高钢液洁净程度具有重要意义。
本发明解决了现有技术手段中没有对长水口出口流动均匀性和冲击区流动均匀性有效评价的问题，实现准确的流动均匀性评价，为后续的冶金作业提供充分的参考依据。
本发明通过先获取长水口-中间包的结构参数和工艺参数，再建立对长水口-中间包多相流数学模型、最后进行验证的技术手段、保证了评价参数的准确性和可靠性。
本发明利用长水口出口速度分布和中间包冲击区自由液面速度分布两种数据对其各自的流动均匀性进行评价，从实际应用的角度来看，充分利用现有资源、降低数据获取难度、提高了评价方法的可实施性。
本发明给出了评价长水口出口流动均匀性参数和评价中间包冲击区流动均匀性参数的计算方法，方法是通过多个案例的计算拟合获得的，可用性强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的长水口出口和中间包冲击区流动均匀性的评价方法流程示意图；
图2是本发明实施例提供的长水口出口截面速度云图；
图3是本发明实施例提供的中间包冲击区自由液面速度云图；
图4是本发明实施例提供的长水口出口和中间包冲击区流动均匀性的评价装置框图；
图5是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1所示，本发明实施例提供了一种长水口出口和中间包冲击区流动均匀性的评价方法，该方法可以由电子设备实现。如图1所示的长水口出口和中间包冲击区流动均匀性的评价方法流程图，该方法的处理流程可以包括如下的步骤：
S1、获取待评估流动均匀性的数据。
其中，数据包括结构参数和连铸工艺参数。
可选地，S1中的结构参数包括长水口的几何尺寸结构、中间包的几何尺寸结构、长水口偏斜角度、钢包上水口结构、滑板结构、下水口结构以及滑板开度。
连铸工艺参数包括流体流量、流体密度、流体黏度以及是否吹氩和吹氩流量。
S2、根据数据构建长水口-中间包多相流数学模型。
可选地，S2中的根据数据构建长水口-中间包多相流数学模型包括：
S21、根据结构参数和连铸工艺参数，构建长水口-中间包多相流数学模型。
S22、验证长水口-中间包多相流数学模型的准确性，得到构建好的长水口-中间包多相流数学模型。
可选地，S22中的验证长水口-中间包多相流数学模型的准确性，得到构建好的长水口-中间包多相流数学模型包括：
S221、构建长水口-中间包物理模型，并获取长水口-中间包物理模型的局部点、线或截面。
举例来说，在实际工业生产中通常是做如下设定：中包水平液面作为自由滑移的边界来处理；截取的中间截面作为出口的边界条件，中间包和水口壁面的边界条件为无滑移型边界条件；近壁面区采用 Werner-Wengle 近壁面函数来计算，考虑稳定浇注过程中的流动形态，根据实际结构和生产状况，设定长水口入口流速应在2-3m/s，进行计算后，长水口入口附近速度应降至2m/s左右，涡量可达到 1000 s-1，长水口喇叭口阶段出口速度降至1m/s左右。
S222、对局部点、线或截面进行测速，得出速度V1。
S223、获取长水口-中间包多相流数学模型与长水口-中间包物理模型的相同位置的局部点、线或截面的速度V2。
S224、将速度V1与V2进行对比；若速度V1与V2在时均化后的相对误差小于或等于5%，则判定长水口-中间包多相流数学模型准确；若速度V1与V2在时均化后的相对误差大于5%，则判定长水口-中间包多相流数学模型不准确，重新建立长水口-中间包多相流数学模型或调整长水口-中间包多相流数学模型的参数，并再次验证重新建立或调整后的长水口-中间包多相流数学模型的准确性，直至判定长水口-中间包多相流数学模型准确，得到构建好的长水口-中间包多相流数学模型。
举例来说，建立相同流动条件的长水口-中间包流动水模型并进行对比验证，在长水口-中间包物理模型的长水口出口向下10 mm处进行局部点的测速得出V1，进而与数值模拟相同位置的速度V2进行对比，计算发现V1和V2在时均化后的相对误差约为3%，认为模型准确，并进行仿真模拟。
S3、根据数据以及构建好的长水口-中间包多相流数学模型进行仿真模拟，得到长水口出口截面速度云图以及中间包冲击区自由液面速度云图。
一种可行的实施方式中，仿真结果如图2-3所示。
S4、根据长水口出口截面速度云图以及中间包冲击区自由液面速度云图，得到流动均匀性结果。
其中，流动均匀性结果包括根据长水口出口截面速度云图得到长水口出口流动均匀性评价以及根据中间包冲击区自由液面速度云图得到中间包冲击区流动均匀性评价。
可选地，S4中的根据长水口出口截面速度云图，得到长水口出口流动均匀性评价包括：
S411、根据长水口出口截面速度云图确定长水口出口半径
Figure 808741DEST_PATH_IMAGE002
以及长水口出口截面中心。
S412、以长水口出口截面中心为基准，分别获取四个圆；其中，四个圆的半径分别为
Figure 581525DEST_PATH_IMAGE003
以及
Figure 43599DEST_PATH_IMAGE004
。
S413、在四个圆中的每个圆上均匀取
Figure 93595DEST_PATH_IMAGE005
个点，四个圆共取
Figure 959920DEST_PATH_IMAGE006
个点；对每个点的速度进行统计，根据统计结果求出每个圆上速度的样本标准差
Figure 954420DEST_PATH_IMAGE007
。
S414、根据每个圆上速度的样本标准差
Figure 957536DEST_PATH_IMAGE007
，计算四个样本标准差的均值
Figure 721093DEST_PATH_IMAGE008
，若均值
Figure 899264DEST_PATH_IMAGE008
小于或等于0.05，则判定长水口出口流动均匀性为较为均匀；若均值
Figure 381061DEST_PATH_IMAGE008
处于大于0.05且小于0.09，则判定长水口出口流动均匀性为较不均匀；若均值
Figure 919359DEST_PATH_IMAGE008
大于或等于0.09，则判定长水口出口流动均匀性为很不均匀。
举例来说，以图2为例，获取长水口出口半径
Figure 803001DEST_PATH_IMAGE002
，以长水口出口截面中心为原点，分别在以
Figure 152074DEST_PATH_IMAGE003
以及
Figure 121167DEST_PATH_IMAGE004
为半径的圆上均匀取20个点，共取点80个。
图2样例中出口截面半径
Figure 463156DEST_PATH_IMAGE017
，既以0.01m，0.02m，0.03m，0.036m为半径做圆，每个圆上均匀取20个点。
一种可行的实施方式中，求每个圆上速度的样本标准差，其计算公式为：
Figure 201304DEST_PATH_IMAGE018
式中：
Figure 721279DEST_PATH_IMAGE007
为单个圆上速度样本标准差；
Figure 177668DEST_PATH_IMAGE019
为每个点处的速度大小；
Figure 57768DEST_PATH_IMAGE019
为圆上20个点的速度均值。
求出四个圆上速度大小的样本标准差，S1=0.04589，S2=0.07727，S3=0.07917，S4=0.1039。
求平均值
Figure 916002DEST_PATH_IMAGE008
，其计算公式为：
Figure 341299DEST_PATH_IMAGE020
经过计算有
Figure 284984DEST_PATH_IMAGE021
。
根据评价标准进行评价：
Figure 989283DEST_PATH_IMAGE022
，即认定图2中长水口出口流动较不均匀。
可选地，S4中的根据中间包冲击区自由液面速度云图，得到中间包冲击区流动均匀性评价包括：
S421、根据中间包冲击区自由液面速度云图中的流速将整个区域划分为低流速区域
Figure 702024DEST_PATH_IMAGE009
、中流速区域
Figure 563801DEST_PATH_IMAGE010
以及高流速区域
Figure 463624DEST_PATH_IMAGE011
。
S422、分别计算
Figure 685526DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 518353DEST_PATH_IMAGE010
以及
Figure 816610DEST_PATH_IMAGE011
的面积占总面积
Figure 469309DEST_PATH_IMAGE023
的百分比，并根据百分比判断中间包冲击区流动均匀性。
可选地，S422中的分别计算
Figure 760482DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 182236DEST_PATH_IMAGE010
以及
Figure 385815DEST_PATH_IMAGE011
的面积占总面积
Figure 916022DEST_PATH_IMAGE023
的百分比，并根据百分比判断中间包冲击区流动均匀性包括：
S4221、计算
Figure 355094DEST_PATH_IMAGE009
面积占总面积的百分比
Figure 772300DEST_PATH_IMAGE013
面积占总面积的百分比
Figure 271414DEST_PATH_IMAGE014
以及
Figure 26268DEST_PATH_IMAGE011
面积占总面积的百分比
Figure 269031DEST_PATH_IMAGE015
。
S4222、根据百分比判断中间包冲击区流动均匀性，若
Figure 540743DEST_PATH_IMAGE014
大于或等于60%且
Figure 210759DEST_PATH_IMAGE016
大于或等于80%，则判定中间包冲击区流动均匀性为较为均匀；若
Figure 449979DEST_PATH_IMAGE014
小于60%且大于40%，则判定中间包冲击区流动均匀性为较不均匀；若
Figure 230854DEST_PATH_IMAGE014
小于或等于40%，则判定中间包冲击区流动均匀性为很不均匀。
其中，总面积
Figure 622652DEST_PATH_IMAGE023
即为整个区域的总面积。
举例来说，根据长水口-中间包多相流数学模型，设定长水口偏斜程度为3°、5°、7°，进行仿真模拟，得到中间包冲击区自由液面速度云图，具体倾斜角度可结合实际工况进行模拟，图3所示为未倾斜情况下计算结果，仅展示计算过程供参考。
根据各个流速区域，对图3所示的速度区域进行划分，采用的划分规则如下：
流速在0-0.03m/s的区域为低流速区域
Figure 463569DEST_PATH_IMAGE009
。
流速在0.03-0.1m/s的区域为中流速区域
Figure 190085DEST_PATH_IMAGE010
。
流速大于0.1m/s的区域为高流速区域
Figure 509071DEST_PATH_IMAGE011
。
一种可行的实施方式中，求得各个流速区域面积占总面积的百分比，其计算公式为：
Figure 880010DEST_PATH_IMAGE024
计算得
Figure 767194DEST_PATH_IMAGE025
。
根据评价标准进行评价：
Figure 856373DEST_PATH_IMAGE026
占比小于60%且大于40%，认为图3所示的中间包冲击区域流动较不均匀。
可选地，还包括根据流动均匀性结果进行流动风险评估。
根据流动均匀性结果进行流动风险评估包括：
若长水口出口以及中间包冲击区的流动均匀性为较为均匀，则判定长水口-中间包的流动模式合理，风险较低。
若长水口出口以及中间包冲击区的流动均匀性其中之一为较不均匀，则判定长水口-中间包的流动模式存在风险，进行结构设计的调整或工艺参数的调整。
若长水口出口以及中间包冲击区的流动均匀性其中之一为很不均匀，则判定长水口-中间包的流动模式风险较大，重新设计长水口以及中间包的结构参数和连铸工艺参数。
举例来说，根据已经获得的流动均匀性评价参数，长水口出口、中间包冲击区的流动其中之一较不均匀，认为长水口-中间包的流动模式存在一定风险，应适当调节结构设计或工艺参数。
可选地，流动风险评估包括对长水口耐材冲刷磨损、中间包耐材冲刷磨损、中间包钢液裸露以及中间包覆盖剂卷渣进行评估。
本发明实施例中，基于以往多个案例的计算和分析建立了此评价方法，这对指导中间包冶金过程和提高钢液洁净程度具有重要意义。
本发明解决了现有技术手段中没有对长水口出口流动均匀性和冲击区流动均匀性有效评价的问题，实现准确的流动均匀性评价，为后续的冶金作业提供充分的参考依据。
本发明通过先获取长水口-中间包的结构参数和工艺参数，再建立对长水口-中间包多相流数学模型、最后进行验证的技术手段、保证了评价参数的准确性和可靠性。
本发明利用长水口出口速度分布和中间包冲击区自由液面速度分布两种数据对其各自的流动均匀性进行评价，从实际应用的角度来看，充分利用现有资源、降低数据获取难度、提高了评价方法的可实施性。
本发明给出了评价长水口出口流动均匀性参数和评价中间包冲击区流动均匀性参数的计算方法，方法是通过多个案例的计算拟合获得的，可用性强。
如图4所示，本发明实施例提供了一种长水口出口和中间包冲击区流动均匀性的评价装置400，该装置400应用于实现长水口出口和中间包冲击区流动均匀性的评价方法，该装置400包括：
获取模块410，用于获取待评估流动均匀性的数据；其中，数据包括结构参数和连铸工艺参数。
构建模块420，用于根据数据构建长水口-中间包多相流数学模型。
仿真模块430，用于根据数据以及构建好的长水口-中间包多相流数学模型进行仿真模拟，得到长水口出口截面速度云图以及中间包冲击区自由液面速度云图。
输出模块440，用于根据长水口出口截面速度云图以及中间包冲击区自由液面速度云图，得到流动均匀性结果；其中，流动均匀性结果包括根据长水口出口截面速度云图得到的长水口出口流动均匀性评价以及根据中间包冲击区自由液面速度云图得到的中间包冲击区流动均匀性评价。
可选地，结构参数包括长水口的几何尺寸结构、中间包的几何尺寸结构、长水口偏斜角度、钢包上水口结构、滑板结构、下水口结构以及滑板开度。
连铸工艺参数包括流体流量、流体密度、流体黏度以及是否吹氩和吹氩流量。
可选地，构建模块420，进一步用于：
S21、根据结构参数和连铸工艺参数，构建长水口-中间包多相流数学模型。
S22、验证长水口-中间包多相流数学模型的准确性，得到构建好的长水口-中间包多相流数学模型。
可选地，构建模块420，进一步用于：
S221、构建长水口-中间包物理模型，并获取长水口-中间包物理模型的局部点、线或截面。
S222、对局部点、线或截面进行测速，得出速度V1。
S223、获取长水口-中间包多相流数学模型与长水口-中间包物理模型的相同位置的局部点、线或截面的速度V2。
S224、将速度V1与V2进行对比；若速度V1与V2在时均化后的相对误差小于或等于5%，则判定长水口-中间包多相流数学模型准确；若速度V1与V2在时均化后的相对误差大于5%，则判定长水口-中间包多相流数学模型不准确，重新建立长水口-中间包多相流数学模型或调整长水口-中间包多相流数学模型的参数，并再次验证重新建立或调整后的长水口-中间包多相流数学模型的准确性，直至判定长水口-中间包多相流数学模型准确，得到构建好的长水口-中间包多相流数学模型。
可选地，输出模块440，进一步用于：
S411、根据长水口出口截面速度云图确定长水口出口半径
Figure 103683DEST_PATH_IMAGE002
以及长水口出口截面中心。
S412、以长水口出口截面中心为基准，分别获取四个圆；其中，四个圆的半径分别为
Figure 329128DEST_PATH_IMAGE003
以及
Figure 652794DEST_PATH_IMAGE004
。
S413、在四个圆中的每个圆上均匀取
Figure 698110DEST_PATH_IMAGE005
个点，四个圆共取
Figure 11761DEST_PATH_IMAGE006
个点；对每个点的速度进行统计，根据统计结果求出每个圆上速度的样本标准差
Figure 91712DEST_PATH_IMAGE007
。
S414、根据每个圆上速度的样本标准差
Figure 320700DEST_PATH_IMAGE007
，计算四个样本标准差的均值
Figure 118891DEST_PATH_IMAGE008
，若均值
Figure 973584DEST_PATH_IMAGE008
小于或等于0.05，则判定长水口出口流动均匀性为较为均匀；若均值
Figure 173621DEST_PATH_IMAGE008
处于大于0.05且小于0.09，则判定长水口出口流动均匀性为较不均匀；若均值
Figure 573509DEST_PATH_IMAGE008
大于或等于0.09，则判定长水口出口流动均匀性为很不均匀。
可选地，输出模块440，进一步用于：
S421、根据中间包冲击区自由液面速度云图中的流速将整个区域划分为低流速区域
Figure 858997DEST_PATH_IMAGE009
、中流速区域
Figure 251801DEST_PATH_IMAGE010
以及高流速区域
Figure 40766DEST_PATH_IMAGE011
。
S422、分别计算
Figure 673872DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 571290DEST_PATH_IMAGE010
以及
Figure 377572DEST_PATH_IMAGE011
的面积占总面积
Figure 427568DEST_PATH_IMAGE012
的百分比，并根据百分比判断中间包冲击区流动均匀性。
可选地，输出模块440，进一步用于：
S4221、计算
Figure 293893DEST_PATH_IMAGE009
面积占总面积的百分比
Figure 947115DEST_PATH_IMAGE013
面积占总面积的百分比
Figure 557088DEST_PATH_IMAGE014
以及
Figure 727169DEST_PATH_IMAGE011
面积占总面积的百分比
Figure 420188DEST_PATH_IMAGE015
。
S4222、根据百分比判断中间包冲击区流动均匀性，若
Figure 42930DEST_PATH_IMAGE014
大于或等于60%且
Figure 456594DEST_PATH_IMAGE016
大于或等于80%，则判定中间包冲击区流动均匀性为较为均匀；若
Figure 730449DEST_PATH_IMAGE014
小于60%且大于40%，则判定中间包冲击区流动均匀性为较不均匀；若
Figure 204156DEST_PATH_IMAGE014
小于或等于40%，则判定中间包冲击区流动均匀性为很不均匀。
可选地，还包括根据流动均匀性结果进行流动风险评估。
根据流动均匀性结果进行流动风险评估包括：
若长水口出口以及中间包冲击区的流动均匀性为较为均匀，则判定长水口-中间包的流动模式合理，风险较低。
若长水口出口以及中间包冲击区的流动均匀性其中之一为较不均匀，则判定长水口-中间包的流动模式存在风险，进行结构设计的调整或工艺参数的调整。
若长水口出口以及中间包冲击区的流动均匀性其中之一为很不均匀，则长水口-中间包的流动模式风险较大，重新设计长水口以及中间包的结构参数和连铸工艺参数。
可选地，流动风险评估包括对长水口耐材冲刷磨损、中间包耐材冲刷磨损、中间包钢液裸露以及中间包覆盖剂卷渣进行评估。
本发明实施例中，基于以往多个案例的计算和分析建立了此评价方法，这对指导中间包冶金过程和提高钢液洁净程度具有重要意义。
本发明解决了现有技术手段中没有对长水口出口流动均匀性和冲击区流动均匀性有效评价的问题，实现准确的流动均匀性评价，为后续的冶金作业提供充分的参考依据。
本发明通过先获取长水口-中间包的结构参数和工艺参数，再建立对长水口-中间包多相流数学模型、最后进行验证的技术手段、保证了评价参数的准确性和可靠性。
本发明利用长水口出口速度分布和中间包冲击区自由液面速度分布两种数据对其各自的流动均匀性进行评价，从实际应用的角度来看，充分利用现有资源、降低数据获取难度、提高了评价方法的可实施性。
本发明给出了评价长水口出口流动均匀性参数和评价中间包冲击区流动均匀性参数的计算方法，方法是通过多个案例的计算拟合获得的，可用性强。
图5是本发明实施例提供的一种电子设备500的结构示意图，该电子设备500可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上处理器（centralprocessing units，CPU）501和一个或一个以上的存储器502，其中，存储器502中存储有至少一条指令，至少一条指令由处理器501加载并执行以实现下述长水口出口和中间包冲击区流动均匀性的评价方法：
S1、获取待评估流动均匀性的数据；其中，数据包括结构参数和连铸工艺参数。
S2、根据数据构建长水口-中间包多相流数学模型。
S3、根据数据以及构建好的长水口-中间包多相流数学模型进行仿真模拟，得到长水口出口截面速度云图以及中间包冲击区自由液面速度云图。
S4、根据长水口出口截面速度云图以及中间包冲击区自由液面速度云图，得到流动均匀性结果；其中，流动均匀性结果包括根据长水口出口截面速度云图得到的长水口出口流动均匀性评价以及根据中间包冲击区自由液面速度云图得到的中间包冲击区流动均匀性评价。
在示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，例如包括指令的存储器，上述指令可由终端中的处理器执行以完成上述长水口出口和中间包冲击区流动均匀性的评价。例如，计算机可读存储介质可以是ROM、随机存取存储器（RAM）、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种长水口出口和中间包冲击区流动均匀性的评价方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、获取待评估流动均匀性的数据；其中，所述数据包括结构参数和连铸工艺参数；
S2、根据所述数据构建长水口-中间包多相流数学模型；
S3、根据所述数据以及构建好的长水口-中间包多相流数学模型进行仿真模拟，得到长水口出口截面速度云图以及中间包冲击区自由液面速度云图；
S4、根据所述长水口出口截面速度云图以及中间包冲击区自由液面速度云图，得到流动均匀性结果；其中，所述流动均匀性结果包括根据所述长水口出口截面速度云图得到的长水口出口流动均匀性评价以及根据所述中间包冲击区自由液面速度云图得到的中间包冲击区流动均匀性评价；
所述S1中的结构参数包括长水口的几何尺寸结构、中间包的几何尺寸结构、长水口偏斜角度、钢包上水口结构、滑板结构、下水口结构以及滑板开度；
所述连铸工艺参数包括流体流量、流体密度、流体黏度以及是否吹氩和吹氩流量；
所述S2中的根据所述数据构建长水口-中间包多相流数学模型包括：
S21、根据结构参数和连铸工艺参数，构建长水口-中间包多相流数学模型；
S22、验证所述长水口-中间包多相流数学模型的准确性，得到构建好的长水口-中间包多相流数学模型；
所述S22中的验证所述长水口-中间包多相流数学模型的准确性，得到构建好的长水口-中间包多相流数学模型包括：
S221、构建长水口-中间包物理模型，并获取所述长水口-中间包物理模型的局部点、线或截面；
S222、对所述局部点、线或截面进行测速，得出速度V1；
S223、获取所述长水口-中间包多相流数学模型与所述长水口-中间包物理模型的相同位置的局部点、线或截面的速度V2；
S224、将所述速度V1与V2进行对比；若速度V1与V2在时均化后的相对误差小于或等于5%，则判定长水口-中间包多相流数学模型准确；若速度V1与V2在时均化后的相对误差大于5%，则判定长水口-中间包多相流数学模型不准确，重新建立长水口-中间包多相流数学模型或调整长水口-中间包多相流数学模型的参数，并再次验证重新建立或调整后的长水口-中间包多相流数学模型的准确性，直至判定长水口-中间包多相流数学模型准确，得到构建好的长水口-中间包多相流数学模型。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S4中的根据所述长水口出口截面速度云图，得到长水口出口流动均匀性评价包括：
S411、根据所述长水口出口截面速度云图确定长水口出口半径
Figure DEST_PATH_IMAGE001
以及长水口出口截面中心；
S412、以所述长水口出口截面中心为基准，分别获取四个圆；其中，所述四个圆的半径分别为
Figure 832363DEST_PATH_IMAGE002
；
S413、在所述四个圆中的每个圆上均匀取
Figure DEST_PATH_IMAGE003
个点，四个圆共取
Figure 218345DEST_PATH_IMAGE004
个点；对每个点的速度进行统计，根据统计结果求出每个圆上速度的样本标准差
Figure DEST_PATH_IMAGE005
；
S414、根据所述每个圆上速度的样本标准差
Figure 794820DEST_PATH_IMAGE005
，计算四个样本标准差的均值
Figure 455609DEST_PATH_IMAGE006
，若均值
Figure 345680DEST_PATH_IMAGE006
小于或等于0.05，则判定长水口出口流动均匀性为较为均匀；若均值
Figure 433721DEST_PATH_IMAGE006
处于大于0.05且小于0.09，则判定长水口出口流动均匀性为较不均匀；若均值
Figure 372859DEST_PATH_IMAGE006
大于或等于0.09，则判定长水口出口流动均匀性为很不均匀。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S4中的根据所述中间包冲击区自由液面速度云图，得到中间包冲击区流动均匀性评价包括：
S421、根据所述中间包冲击区自由液面速度云图中的流速将整个区域划分为低流速区域
Figure DEST_PATH_IMAGE007
、中流速区域
Figure 40600DEST_PATH_IMAGE008
以及高流速区域
Figure DEST_PATH_IMAGE009
；
S422、分别计算
Figure 319266DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 515892DEST_PATH_IMAGE008
以及
Figure 535801DEST_PATH_IMAGE009
的面积占总面积
Figure 600709DEST_PATH_IMAGE010
的百分比，并根据所述百分比判断中间包冲击区流动均匀性。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述S422中的分别计算
Figure 389673DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 22780DEST_PATH_IMAGE008
以及
Figure 529985DEST_PATH_IMAGE009
的面积占总面积
Figure 149316DEST_PATH_IMAGE010
的百分比，并根据所述百分比判断中间包冲击区流动均匀性包括：
S4221、计算
Figure 996049DEST_PATH_IMAGE007
面积占总面积的百分比
Figure DEST_PATH_IMAGE011
面积占总面积的百分比
Figure 924691DEST_PATH_IMAGE012
以及
Figure 919192DEST_PATH_IMAGE009
面积占总面积的百分比
Figure DEST_PATH_IMAGE013
；
S4222、根据所述百分比判断中间包冲击区流动均匀性，若所述
Figure 466848DEST_PATH_IMAGE012
大于或等于60%且
Figure 58102DEST_PATH_IMAGE014
大于或等于80%，则判定中间包冲击区流动均匀性为较为均匀；若所述
Figure 95328DEST_PATH_IMAGE012
小于60%且大于40%，则判定中间包冲击区流动均匀性为较不均匀；若所
Figure 514808DEST_PATH_IMAGE012
小于或等于40%，则判定中间包冲击区流动均匀性为很不均匀。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括根据所述流动均匀性结果进行流动风险评估；
所述根据所述流动均匀性结果进行流动风险评估包括：
若长水口出口以及中间包冲击区的流动均匀性为较为均匀，则判定长水口-中间包的流动模式合理，风险较低；
若长水口出口以及中间包冲击区的流动均匀性其中之一为较不均匀，则判定长水口-中间包的流动模式存在风险，进行结构设计的调整或工艺参数的调整；
若长水口出口以及中间包冲击区的流动均匀性其中之一为很不均匀，则判定长水口-中间包的流动模式风险较大，重新设计长水口以及中间包的结构参数和连铸工艺参数。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述流动风险评估包括对长水口耐材冲刷磨损、中间包耐材冲刷磨损、中间包钢液裸露以及中间包覆盖剂卷渣进行评估。
7.一种长水口出口和中间包冲击区流动均匀性的评价装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于获取待评估流动均匀性的数据；其中，所述数据包括结构参数和连铸工艺参数；
构建模块，用于根据所述数据构建长水口-中间包多相流数学模型；
仿真模块，用于根据所述数据以及构建好的长水口-中间包多相流数学模型进行仿真模拟，得到长水口出口截面速度云图以及中间包冲击区自由液面速度云图；
输出模块，用于根据所述长水口出口截面速度云图以及中间包冲击区自由液面速度云图，得到流动均匀性结果；其中，所述流动均匀性结果包括根据所述长水口出口截面速度云图得到长水口出口流动均匀性评价以及根据所述中间包冲击区自由液面速度云图得到中间包冲击区流动均匀性评价；
所述结构参数包括长水口的几何尺寸结构、中间包的几何尺寸结构、长水口偏斜角度、钢包上水口结构、滑板结构、下水口结构以及滑板开度；
所述连铸工艺参数包括流体流量、流体密度、流体黏度以及是否吹氩和吹氩流量；
所述根据所述数据构建长水口-中间包多相流数学模型包括：
S21、根据结构参数和连铸工艺参数，构建长水口-中间包多相流数学模型；
S22、验证所述长水口-中间包多相流数学模型的准确性，得到构建好的长水口-中间包多相流数学模型；
所述S22中的验证所述长水口-中间包多相流数学模型的准确性，得到构建好的长水口-中间包多相流数学模型包括：
S221、构建长水口-中间包物理模型，并获取所述长水口-中间包物理模型的局部点、线或截面；
S222、对所述局部点、线或截面进行测速，得出速度V1；
S223、获取所述长水口-中间包多相流数学模型与所述长水口-中间包物理模型的相同位置的局部点、线或截面的速度V2；
S224、将所述速度V1与V2进行对比；若速度V1与V2在时均化后的相对误差小于或等于5%，则判定长水口-中间包多相流数学模型准确；若速度V1与V2在时均化后的相对误差大于5%，则判定长水口-中间包多相流数学模型不准确，重新建立长水口-中间包多相流数学模型或调整长水口-中间包多相流数学模型的参数，并再次验证重新建立或调整后的长水口-中间包多相流数学模型的准确性，直至判定长水口-中间包多相流数学模型准确，得到构建好的长水口-中间包多相流数学模型。
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