CN117236205A - 一种预测钢液精炼过程中夹杂物上浮时间的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高品质钢冶炼技术领域，涉及一种预测钢液精炼过程中夹杂物上浮时间的方法及系统。该方法具体包括步骤为：预测钢液精炼过程中的宏观多相流场；将夹杂物均匀随机地注入到精炼过程的多相流场；确定夹杂物的捕获条件；计算多相流场中夹杂物的运动轨迹；通过对比夹杂物运动轨迹和捕获条件，输出捕获的夹杂物信息；通过分析捕获夹杂物信息，得到平均上浮时间、去除率与上浮时间的关系以及完全上浮时间。该方法不仅考虑了夹杂物的自身物性和尺寸，而且还与精炼工艺以及精炼过程的流场密切相关，其计算结果可以为定量化评价和优化精炼工艺及其参数提供理论依据；也可以为现场生产提供科学指导，确定精炼时间，优化生产实践。
Description
技术领域
本发明属于高品质钢冶炼技术领域，更具体地说，涉及一种预测钢液精炼过程中夹杂物上浮时间的方法及系统。
背景技术
高品质钢铁材料是我国制造业的关键基础材料，对洁净度的要求尤为苛刻。由于洁净度不足而引起质量缺陷仍然是高品质钢铁材料生产需要解决的问题。夹杂物去除直接决定着钢液的洁净度，因此，对钢液精炼过程中夹杂物的去除行为进行研究具有重要的意义。
在钢液精炼过程中，精炼渣吸附溶解是去除钢中夹杂物的主要途径。通常认为精炼渣去除夹杂物主要包括三个步骤：1)夹杂物由钢液内部上浮至钢渣界面，2)夹杂物在钢渣界面分离，3)夹杂物在渣中溶解。目前对于钢液精炼过程中夹杂物去除的研究，主要是讨论不同精炼时间对应的夹杂物的去除率是多少，这是一个笼统的概念。而对于某一特定的精炼过程，不同夹杂物从钢液内部上浮至钢渣界面具体需要多少时间少有提及，即明确夹杂物从钢液内部上浮至钢渣界面所需时间是需要完善的。一般认为夹杂物在钢液中的上浮速度为斯托克斯上浮速度，进而可以用来估算夹杂物从钢液内部上浮至钢渣界面的时间，但是需要指出的是，斯托克斯上浮速度适用于静止状态或斯托克斯流动状态，而实际的钢液精炼过程多为强搅拌的湍流流动。因此，针对不同钢液精炼过程，明确不同种类和不同尺寸夹杂物从钢液内部上浮至钢渣界面所需的时间是有必要的。
发明内容
本发明公开了一种预测钢液精炼过程中夹杂物上浮时间的方法及系统，以解决现有技术中上述以及潜在的任一问题。
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：一种预测钢液精炼过程中夹杂物上浮时间的方法及系统，具体包括以下步骤：
S1)：预测钢液精炼过程中的宏观多相流场；
S2)：根据S1)计算得到多相流场，将夹杂物均匀随机地注入到钢液中；
S3)：确定S2)注入到多相流场中夹杂物的捕获条件；
S4)：计算S2)注入到多相流场中夹杂物的运动轨迹；
S5)：如果S4)计算的夹杂物运动轨迹满足S3)的夹杂物捕获条件，则输出捕获的夹杂物信息，同时移除该夹杂物；
S6)：对S5)输出的夹杂物信息进行分析，得到平均上浮时间、去除率与上浮时间的关系以及完全上浮时间。
进一步，所述S1)的具体步骤为：
S1.1)确定钢液精炼工艺：
S1.2)确定工艺参数和操作参数，如钢包结构尺寸、吹气流量等；
S1.3)确定钢液、精炼渣、空气和氩气等物相的物性参数；
S1.4)建立钢液精炼过程中的多相流模型，在该模型中至少应包含钢液相和精炼渣相；
S1.5)通过计算流体力学软件，求解多相流模型，从而计算获得钢液精炼过程中的宏观多相流场，流场数据至少应包含的速度、湍动能及其耗散率，以及钢液相和渣相的体积分数。
进一步，所述S1.1)中的钢液精炼工艺包括钢包吹氩、LF精炼、RH精炼和VD精炼。
进一步，所述S2)的具体步骤为：
S2.1)读取钢液精炼过程中的宏观多相流场中钢液相的具体区域；
S2.2)确定注入钢液相中的夹杂物的密度和直径；
S2.3)确定注入钢液相中的夹杂物数量N，要求104<N<105；
S2.4)通过编程，将夹杂物随机均匀注入到宏观多相流场中钢液相内，并将此时刻即为初始时刻，t0＝0。
进一步，所述S3)中确定夹杂物在多相流场中的捕获条件具体为：当夹杂物所在单元或者网格的渣相体积分数大于0.5时，认为夹杂物被精炼渣捕获。
进一步，所述S4)的具体步骤为：
S4.1)以S2.4)夹杂物在钢液相中的随机均匀分布为初始条件，计算夹杂物在钢液精炼多相流场中的运动轨迹；
S4.2)夹杂物运动轨迹采用离散相模型来进行计算，在离散相模型中，夹杂物的运动方程由牛顿第二定律来表述，通过夹杂物收到的重力、浮力、曳力、虚拟质量力和压力梯度力来求解其加速度，同时在夹杂物的运动方程中，钢液精炼过程湍流的影响由随机游走模型描述；
S4.3)通过对S4.2)求解的夹杂物加速度沿时间进行积分得到其速度；
S4.4)通过对S4.3)求解的夹杂物运动速度沿时间进行积分，得到夹杂物的位置，夹杂物在不同时刻的位置连线即为其运动轨迹。
进一步，所述S5)的具体步骤为：
S5.1)读取由S4.4)计算的夹杂物位置处渣相的体积分数；
S5.2)将S5.1)读取的渣相体积分数与S3)确定的渣相体积分数(0.5)进行比较；
S5.3)如果S5.1)读取的渣相体积分数小于等于0.5，夹杂物将进入下一时间步长；
S5.4)如果S5.1)读取的渣相体积分数大于0.5，则认为夹杂物被精炼渣捕获，该时刻即为该夹杂物的上浮时间，记为t；
S5.5)对于被精炼渣捕获的夹杂物，记录并输出其相关信息，包含夹杂物初始位置，夹杂物捕获位置，夹杂物上浮时间等；
S5.6)将被精炼渣捕获的夹杂物从计算域中移除。
进一步，所述S6)的具体步骤为：
S6.1)对注入的所有夹杂物的上浮时间进行算数平均，得到平均上浮时间tave，具体公式如下：
式中：N为注入钢液相中夹杂物的数量，ti为第i个夹杂物的上浮时间；
S6.2)当夹杂物的去除率为m％时，记M＝N×m％；
S6.3)将所有夹杂物上浮时间由小到大进行排列，得到序列Row；
S6.4)去除率为m％时所对应的上浮时间(tm％)为序列Row的第M个值，即：tm％＝Row[M]；
S6.5)由于计算过程湍流影响的随机性，规定完全上浮时间(tal)为去除率为99％时所对应的上浮时间，即：tal＝t99％。
本发明的另目的提供一种实现上述预测钢液精炼过程中夹杂物上浮时间的系统，该系统包括：
钢液精炼多相流模块，用于预测钢液精炼过程中的宏观多相流场；
夹杂物上浮运动模块，用于根据钢液精炼过程的宏观多相流场计算夹杂物的运动轨迹以及被精炼捕获过程，同时输出捕获的夹杂物信息；
数据分析模块：用于根据输出捕获的夹杂物信息，计算得到平均上浮时间、去除率与上浮时间的关系以及完全上浮时间。
一种计算机存储介质，所述介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行实现上述的预测钢液精炼过程中夹杂物上浮时间的方法。
本发明的有益效果是：由于采用上述技术方案，本发明通过求解钢液精炼过程中夹杂物的运动轨迹并且和夹杂物被钢渣界面捕获条件相比较，然后记录并输出被精炼渣捕获的夹杂物的相关信息，进而计算得到夹杂物在钢液内的平均上浮时间、去除率与上浮时间的关系以及完全上浮时间。在本发明中，夹杂物的上浮时间不仅与夹杂物的自身物性和尺寸相关，而且还与精炼工艺以及精炼过程的流场密切相关。本发明计算得到的夹杂物平均上浮时间和完全上浮时间可以为定量化评价和优化精炼工艺及其参数提供理论依据；此外，本发明计算得到的去除率与上浮时间的关系曲线可以作为现场生产的指导依据，进而确定钢液的精炼时间，优化生产实践。
附图说明
图1为本发明的一种预测钢液精炼过程中夹杂物上浮时间的方法的流程图
图2为本发明的一种预测钢液精炼过程中夹杂物上浮时间的系统的逻辑框图
图3为计算得到的吹氩流量为3.0m3/h时多相流速度场
图4为计算得到的吹氩流量为6.0m3/h时多相流速度场
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，本领域相关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。
如图1所示，本发明一种预测钢液精炼过程中夹杂物上浮时间的方法，具体包括以下步骤：
S1)：预测钢液精炼过程中的宏观多相流场；
S2)：根据S1)计算得到多相流场，将夹杂物均匀随机地注入到钢液中；
S3)：确定S2)注入到多相流场中夹杂物的捕获条件；
S4)：计算S2)注入到多相流场中夹杂物的运动轨迹；
S5)：如果S4)计算的夹杂物运动轨迹满足S3)的夹杂物捕获条件，则输出捕获的夹杂物信息，同时移除该夹杂物；
S6)：对S5)输出的夹杂物信息进行分析，得到平均上浮时间、去除率与上浮时间的关系以及完全上浮时间。
所述S1)的具体步骤为：
S1.1)确定钢液精炼工艺，可以是钢包吹氩、LF精炼、RH精炼、VD精炼等常见精炼工艺；
S1.2)确定工艺参数和操作参数，如钢包结构尺寸、吹气流量等；
S1.3)确定钢液、精炼渣、空气和氩气等物相的物性参数，如密度、粘度等；
S1.4)建立钢液精炼过程中的多相流模型，在该模型中至少应包含钢液相和精炼渣相；
S1.5)通过计算流体力学软件，求解多相流模型，从而计算获得钢液精炼过程中的宏观多相流场，流场数据至少应包含的速度、湍动能及其耗散率，以及钢液相和渣相的体积分数。
所述S2)的具体步骤为：
S2.1)读取钢液精炼过程中的宏观多相流场中钢液相的具体区域；
S2.2)确定注入钢液相中的夹杂物的密度和直径；
S2.3)确定注入钢液相中的夹杂物数量N，要求104<N<105；
S2.4)通过编程，将夹杂物随机均匀注入到宏观多相流场中钢液相内，并将此时刻即为初始时刻，t0＝0。
所述S3)中确定夹杂物在多相流场中的捕获条件具体为：当夹杂物所在单元或者网格的渣相体积分数大于0.5时，认为夹杂物被精炼渣捕获。
所述S4)的具体步骤为：
S4.1)以S2.4)夹杂物在钢液相中的随机均匀分布为初始条件，计算夹杂物在钢液精炼多相流场中的运动轨迹；
S4.2)夹杂物运动轨迹采用离散相模型来进行计算，在离散相模型中，夹杂物的运动方程由牛顿第二定律来表述，通过夹杂物收到的重力、浮力、曳力、虚拟质量力和压力梯度力来求解其加速度，同时在夹杂物的运动方程中，钢液精炼过程湍流的影响由随机游走模型描述；
S4.3)通过对S4.2)求解的夹杂物加速度沿时间进行积分得到其速度；
S4.4)通过对S4.3)求解的夹杂物运动速度沿时间进行积分，得到夹杂物的位置，夹杂物在不同时刻的位置连线即为其运动轨迹。
所述S5)的具体步骤为：
S5.1)读取由S4.4)计算的夹杂物位置处渣相的体积分数；
S5.2)将S5.1)读取的渣相体积分数与S3)确定的渣相体积分数(0.5)进行比较；
S5.3)如果S5.1)读取的渣相体积分数小于等于0.5，夹杂物将进入下一时间步长；
S5.4)如果S5.1)读取的渣相体积分数大于0.5，则认为夹杂物被精炼渣捕获，该时刻即为该夹杂物的上浮时间，记为t；
S5.5)对于被精炼渣捕获的夹杂物，记录并输出其相关信息，包含夹杂物初始位置，夹杂物捕获位置，夹杂物上浮时间等；
S5.6)将被精炼渣捕获的夹杂物从计算域中移除。
所述S6)的具体步骤为：
S6.1)对注入的所有夹杂物的上浮时间进行算数平均，得到平均上浮时间(tave)，即：
式中：N为注入钢液相中夹杂物的数量，ti为第i个夹杂物的上浮时间。
S6.2)当夹杂物的去除率为m％时，记M＝N×m％；
S6.3)将所有夹杂物上浮时间由小到大进行排列，得到序列Row；
S6.4)去除率为m％时所对应的上浮时间tm％为序列Row的第M个值，即：tm％＝Row[M]；
S6.5)由于计算过程湍流影响的随机性，规定完全上浮时间tal为去除率为99％时所对应的上浮时间，即：tal＝t99％。
如图2所示，本发明一种实现预测钢液精炼过程中夹杂物上浮时间的方法的系统，所述系统包括：
钢液精炼多相流模块，用于预测钢液精炼过程中的宏观多相流场；
夹杂物上浮运动分析模块，用于根据钢液精炼过程的宏观多相流场计算夹杂物的运动轨迹以及被精炼捕获过程，同时输出捕获的夹杂物信息；
数据分析模块，用于根据输出捕获的夹杂物信息，计算得到平均上浮时间、去除率与上浮时间的关系以及完全上浮时间。
一种计算机存储介质，所述介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行实现上述的预测钢液精炼过程中夹杂物上浮时间的方法。
实施例1
本实施例主要针对钢包吹氩精炼过程中小尺寸氧化铝夹杂物上浮时间的计算方法，具体包括以下步骤(如图1所示)：
S1)预测钢液精炼过程中的宏观多相流场：精炼工艺为钢包吹氩精炼，具体工艺参数为：钢包的上口直径为3.92m，下底直径为3.56m，钢包高度为4.17m，钢液高度为3.42m，精炼渣厚度为0.1m，吹氩位置坐标为(0.9,0.7)m和(0.3,-0.95)两孔吹氩，吹氩流量为每孔3.0m3/h，吹氩孔直径为0.1m。物性参数为：钢液密度、粘度和表面张力分别为7020kg/m3、0.0067Pa·s和1.606N/m，精炼渣密度、粘度和表面张力分别为2500kg/m3、0.2Pa·s和0.386N/m，钢-渣界面张力为1.336N/m，空气密度和粘度分别为1.784kg/m3和1.789×10- 5Pa·s，氩气密度为1.784kg/m3。采用相体积分数模型(VOF)预测钢液相、精炼渣相和空气相的流动，采用离散相模型(DPM)计算氩气泡的运动，通过计算流体力学软件FLUENT对钢液精炼过程中的宏观多相流场进行求解，计算得到的多相流速度场如图3所示，其中既包括了速度的方向和大小，还包含了相体积分数。
S2)将夹杂物均匀随机地注入到钢液中：读取钢液精炼过程中宏观多相流场中钢液相具体区域，即读取钢液相体积分数>0.5的区域；确定注入钢液相中的大尺寸氧化铝夹杂物的密度为3500kg/m3和直径为5μm；确定注入钢液相中的夹杂物数量22000个；通过编程，将夹杂物随机均匀注入到宏观多相流场中钢液相内，并将此时刻即为初始时刻，t0＝0。
S3)确定夹杂物在多相流场中的捕获条件具体为：当夹杂物所在单元或者网格的渣相体积分数>0.5时，认为夹杂物被精炼渣捕获。
S4)计算夹杂物在钢液精炼过程多相流场中的运动轨迹：夹杂物在钢液精炼多相流场中的运动轨迹通过计算流体力学软件FLUENT来计算，采用的模型为离散相模型，考虑夹杂物收到的重力、浮力、曳力、虚拟质量力和压力梯度力，通过牛顿第二定律建立夹杂物的运动方程，其中钢液精炼过程湍流的影响通过随机游走模型进行考虑，求解夹杂物的运动方程得到加速度，然后通过对加速度沿时间进行积分得到速度，对夹杂物运动速度沿时间进行积分，得到夹杂物的位置，夹杂物在不同时刻的位置连线即为夹杂物的运动轨迹。
S5)输出捕获的夹杂物信息：读取夹杂物位置处渣相的体积分数，如果渣相体积分数≤0.5，夹杂物将进入下一时间步长；如果渣相体积分数>0.5，则认为夹杂物被精炼渣捕获，该时刻即为该夹杂物的上浮时间，记为t，对于被精炼渣捕获的夹杂物，记录并输出其相关信息，包含夹杂物初始位置，夹杂物捕获位置，夹杂物上浮时间等，同时将被精炼渣捕获的夹杂物从计算域中移除。
S6)计算得到平均上浮时间、去除率与上浮时间的关系以及完全上浮时间：对注入的所有夹杂物的上浮时间进行算数平均，得到平均上浮时间tave，即：将所有夹杂物上浮时间由小到大进行排列，得到序列Row，则去除率为m％时所对应的上浮时间tm％如表1所示；规定完全上浮时间tal为去除率为99％时所对应的上浮时间，即：tal＝t99％＝873.8s
| 去除率m％ | 计数M | 上浮时间tm％(s) |
| 10％ | 2200 | 8.4 |
| 20％ | 4400 | 26.3 |
| 30％ | 6600 | 52.3 |
| 40％ | 8800 | 81.8 |
| 50％ | 11000 | 115.5 |
| 60％ | 13200 | 156.6 |
| 70％ | 15400 | 211.4 |
| 80％ | 17600 | 289.1 |
| 90％ | 19800 | 423.6 |
| 99％ | 21780 | 873.8 |
实施例2
本实施例主要针对钢包吹氩精炼过程中大尺寸氧化铝夹杂物上浮时间的计算方法，具体包括以下步骤(如图4所示)：
S1)预测钢液精炼过程中的宏观多相流场：精炼工艺为钢包吹氩精炼，具体工艺参数为：钢包的上口直径为3.92m，下底直径为3.56m，钢包高度为4.17m，钢液高度为3.42m，精炼渣厚度为0.1m，吹氩位置坐标为(0.9,0.7)m和(0.3,-0.95)两孔吹氩，吹氩流量为每孔6.0m3/h，吹氩孔直径为0.1m。物性参数为：钢液密度、粘度和表面张力分别为7020kg/m3、0.0067Pa·s和1.606N/m，精炼渣密度、粘度和表面张力分别为2500kg/m3、0.2Pa·s和0.386N/m，钢-渣界面张力为1.336N/m，空气密度和粘度分别为1.784kg/m3和1.789×10- 5Pa·s，氩气密度为1.784kg/m3。采用相体积分数模型(VOF)预测钢液相、精炼渣相和空气相的流动，采用离散相模型(DPM)计算氩气泡的运动，通过计算流体力学软件FLUENT对钢液精炼过程中的宏观多相流场进行求解，计算得到的多相流速度场如图3所示，其中既包括了速度的方向和大小，还包含了相体积分数。
S2)将夹杂物均匀随机地注入到钢液中：读取钢液精炼过程中宏观多相流场中钢液相具体区域，即读取钢液相体积分数>0.5的区域；确定注入钢液相中的大尺寸氧化铝夹杂物的密度为3500kg/m3和直径为200μm；确定注入钢液相中的夹杂物数量22000个；通过编程，将夹杂物随机均匀注入到宏观多相流场中钢液相内，并将此时刻即为初始时刻，t0＝0。
S3)确定夹杂物在多相流场中的捕获条件具体为：当夹杂物所在单元或者网格的渣相体积分数>0.5时，认为夹杂物被精炼渣捕获。
S4)计算夹杂物在钢液精炼过程多相流场中的运动轨迹：夹杂物在钢液精炼多相流场中的运动轨迹通过计算流体力学软件FLUENT来计算，采用的模型为离散相模型，考虑夹杂物收到的重力、浮力、曳力、虚拟质量力和压力梯度力，通过牛顿第二定律建立夹杂物的运动方程，其中钢液精炼过程湍流的影响通过随机游走模型进行考虑，求解夹杂物的运动方程得到加速度，然后通过对加速度沿时间进行积分得到速度，对夹杂物运动速度沿时间进行积分，得到夹杂物的位置，夹杂物在不同时刻的位置连线即为夹杂物的运动轨迹。
S5)输出捕获的夹杂物信息：读取夹杂物位置处渣相的体积分数，如果渣相体积分数≤0.5，夹杂物将进入下一时间步长；如果渣相体积分数>0.5，则认为夹杂物被精炼渣捕获，该时刻即为该夹杂物的上浮时间，记为t，对于被精炼渣捕获的夹杂物，记录并输出其相关信息，包含夹杂物初始位置，夹杂物捕获位置，夹杂物上浮时间等，同时将被精炼渣捕获的夹杂物从计算域中移除。
S6)计算得到平均上浮时间、去除率与上浮时间的关系以及完全上浮时间：对注入的所有夹杂物的上浮时间进行算数平均，得到平均上浮时间(tave)，即：将所有夹杂物上浮时间由小到大进行排列，得到序列Row，则去除率为m％时所对应的上浮时间(tm％)如表1所示；规定完全上浮时间(tal)为去除率为99％时所对应的上浮时间，即：tal＝t99％＝528.8s
| 去除率m％ | 计数M | 上浮时间tm％(s) |
| 10％ | 2200 | 6.3 |
| 20％ | 4400 | 17.2 |
| 30％ | 6600 | 32.7 |
| 40％ | 8800 | 52.5 |
| 50％ | 11000 | 74.9 |
| 60％ | 13200 | 102.0 |
| 70％ | 15400 | 136.3 |
| 80％ | 17600 | 183.5 |
| 90％ | 19800 | 258.8 |
| 99％ | 21780 | 528.8 |
本发明的一种实现预测钢液精炼过程中夹杂物上浮时间的方法的系统，能够在计算得到钢液精炼过程流场的基础上，明确地计算得到夹杂物在钢液中的平均上浮时间和完全上浮时间，以及去除率与上浮时间的关系曲线。采用本发明的方法可以计算得到夹杂物在不同精炼工艺和参数条件下的平均上浮时间和完全上浮时间，进而为定量化评价和优化精炼工艺及其参数提供理论依据；同时，可以计算得到夹杂物去除率与上浮时间的关系曲线，进而确定现场生产过程中钢液的精炼时间，为实际生产提供理论指导。
以上对实施例所提供的一种实现预测钢液精炼过程中夹杂物上浮时间的方法的系统，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。
还需要说明的是，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商品或者系统不仅包括那些要素，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商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。
Claims (10)
1.一种预测钢液精炼过程中夹杂物上浮时间的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1)：获取钢液精炼工艺参数，并预测钢液精炼过程中的宏观多相流场；
S2)：根据S1)计算得到多相流场，将夹杂物均匀随机地注入到钢液中；
S3)：确定S2)注入到多相流场中夹杂物的捕获条件；
S4)：计算S2)注入到多相流场中夹杂物的运动轨迹；
S5)：如果S4)计算的夹杂物运动轨迹满足S3)的夹杂物捕获条件，则输出捕获的夹杂物信息，同时移除该夹杂物；
S6)：对S5)输出的夹杂物信息进行分析，得到平均上浮时间、去除率与上浮时间的关系以及完全上浮时间。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1)的具体步骤为：
S1.1)确定钢液精炼工艺：
S1.2)获取工艺参数和操作参数；
S1.3)确定钢液、精炼渣、空气和氩气的物相的物性参数；
S1.4)建立钢液精炼过程中的多相流模型，且在所述多相流模型中至少应包含钢液相和精炼渣相；
S1.5)求解多相流模型，从而计算获得钢液精炼过程中的宏观多相流场，流场数据至少应包含的速度、湍动能及其耗散率，以及钢液相和渣相的体积分数。
3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述S1.1)中的钢液精炼工艺包括钢包吹氩、LF精炼、RH精炼或VD精炼。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述S2)的具体步骤为：
S2.1)读取钢液精炼过程中的宏观多相流场中钢液相的具体区域；
S2.2)确定注入钢液相中的夹杂物的密度和直径；
S2.3)确定注入钢液相中的夹杂物数量N，N的取值范围为：104<N<105；
S2.4)将夹杂物随机均匀注入到宏观多相流场中钢液相内，并将此时刻即为初始时刻，t0＝0。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述S3)中确定夹杂物在多相流场中的捕获条件具体为：当夹杂物所在单元或者网格的渣相体积分数大于0.5时，认为夹杂物被精炼渣捕获。
6.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述S4)的具体步骤为：
S4.1)以S2.4)夹杂物在钢液相中的随机均匀分布为初始条件，计算夹杂物在钢液精炼多相流场中的运动轨迹；
S4.2)夹杂物运动轨迹采用离散相模型来进行计算，在离散相模型中，夹杂物的运动方程由牛顿第二定律来表述，通过夹杂物收到的重力、浮力、曳力、虚拟质量力和压力梯度力来求解其加速度，同时在夹杂物的运动方程中，钢液精炼过程湍流的影响由随机游走模型描述；
S4.3)通过对S4.2)求解的夹杂物加速度沿时间进行积分得到其速度；
S4.4)通过对S4.3)求解的夹杂物运动速度沿时间进行积分，得到夹杂物的位置，夹杂物在不同时刻的位置连线即为其运动轨迹。
7.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述S5)的具体步骤为：
S5.1)读取由S4.4)计算的夹杂物位置处渣相的体积分数；
S5.2)将S5.1)读取的渣相体积分数与S3)确定的渣相体积分数进行比较；
S5.3)如果S5.1)读取的渣相体积分数≤0.5，则夹杂物将进入下一时间步长，如果读取的渣相体积分数＞0.5，则认为夹杂物被精炼渣捕获，该时刻即为该夹杂物的上浮时间，记为t；
S5.5)对于被精炼渣捕获的夹杂物，记录并输出其相关信息，包含夹杂物初始位置，夹杂物捕获位置，夹杂物上浮时间；
S5.6)将被精炼渣捕获的夹杂物从计算域中移除。
8.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述S6)的具体步骤为：
S6.1)对注入的所有夹杂物的上浮时间进行算数平均，得到平均上浮时间tave，具体公式如下：
式中：N为注入钢液相中夹杂物的数量，ti为第i个夹杂物的上浮时间；
S6.2)当夹杂物的去除率为m％时，记M＝N×m％；
S6.3)将所有夹杂物上浮时间由小到大进行排列，得到序列Row；
S6.4)去除率为m％时所对应的上浮时间tm％为序列Row的第M个值，即：tm％＝Row[M]；
S6.5)由于计算过程湍流影响的随机性，规定完全上浮时间tal为去除率为99％时所对应的上浮时间，即：tal＝t99％。
9.一种实现如权利要求1-8任意一项所述方法的预测钢液精炼过程中夹杂物上浮时间的系统，其特征在于，所述系统包括：
钢液精炼多相流模块，用于获取钢液精炼工艺参数，预测钢液精炼过程中的宏观多相流场；
夹杂物上浮运动分析模块，用于根据钢液精炼过程的宏观多相流场计算夹杂物的运动轨迹以及被精炼捕获过程，同时输出捕获的夹杂物信息；
数据分析模块：用于根据输出捕获的夹杂物信息，计算得到平均上浮时间、去除率与上浮时间的关系以及完全上浮时间。
10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行实现如权利要求1-8任意一项所述的预测钢液精炼过程中夹杂物上浮时间的方法。
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|---|---|---|---|
| CN202310955766.4A CN117236205B (zh) | 2023-07-31 | 2023-07-31 | 一种预测钢液精炼过程中夹杂物上浮时间的方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202310955766.4A CN117236205B (zh) | 2023-07-31 | 2023-07-31 | 一种预测钢液精炼过程中夹杂物上浮时间的方法及系统 |
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| CN117236205A true CN117236205A (zh) | 2023-12-15 |
| CN117236205B CN117236205B (zh) | 2024-07-05 |
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ID=89097454
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050050009A1 (en) * | 2003-08-18 | 2005-03-03 | Martha Gardner | Method and system for assessing and optimizing crude selection |
| CN113579546A (zh) * | 2021-08-23 | 2021-11-02 | 天津大学 | 一种增强相的临界上浮时间的预测方法及系统 |
| CN115345085A (zh) * | 2022-08-16 | 2022-11-15 | 中国科学院金属研究所 | 一种模拟钢包精炼过程的方法、装置及存储介质 |
| CN115392146A (zh) * | 2022-07-08 | 2022-11-25 | 北京科技大学 | 计算夹杂物在钢渣界面去除有效边界层厚度的方法及系统 |
-
2023
- 2023-07-31 CN CN202310955766.4A patent/CN117236205B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050050009A1 (en) * | 2003-08-18 | 2005-03-03 | Martha Gardner | Method and system for assessing and optimizing crude selection |
| CN113579546A (zh) * | 2021-08-23 | 2021-11-02 | 天津大学 | 一种增强相的临界上浮时间的预测方法及系统 |
| CN115392146A (zh) * | 2022-07-08 | 2022-11-25 | 北京科技大学 | 计算夹杂物在钢渣界面去除有效边界层厚度的方法及系统 |
| CN115345085A (zh) * | 2022-08-16 | 2022-11-15 | 中国科学院金属研究所 | 一种模拟钢包精炼过程的方法、装置及存储介质 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 彭笑萱等: "浸入式水口对板坯结晶器卷入渣滴影响的物理模拟", 《中国冶金》, vol. 33, no. 6, 30 June 2023 (2023-06-30), pages 43 - 53 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117236205B (zh) | 2024-07-05 |
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