CN117753955A - 一种真空铸锭所用中间包及其液面稳定性控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种真空铸锭所用中间包及其液面稳定性控制方法，涉及中间包铸锭技术领域，在中间包中的金属液通过出水口流出中间包时，获取当前时刻金属液液面处与出水口之间的高度差和压力差，根据当前时刻高度差和压力差计算当前时刻出水口的出口金属液流速，根据出口金属液流速调整下一时刻入水口的入口金属液流速，以使中间包中金属液的液面高度保持在设定高度。本发明基于上述方法可计算出中间包出水口金属液流速，通过使入水口和出水口的金属液流速相匹配，然后依靠出水口处的涡流控制器来减小金属液内部湍动程度，从而减缓金属液液面波动，可以保持金属液液面的稳定，从而确保铸件在真空浇注过程中获得均匀的填充。

Description

一种真空铸锭所用中间包及其液面稳定性控制方法

技术领域

本发明涉及中间包铸锭技术领域，特别是涉及一种真空铸锭所用中间包及其液面稳定性控制方法。

背景技术

早期铸造工艺并没有使用圆筒形中间包，而是直接将熔融金属倒入模具中进行凝固。然而，这种静态浇铸方法容易产生晶粒粗大和凝固缺陷。随着人们对凝固过程的深入研究，圆筒形中间包逐渐发展起来。最早的中间包形状可能是简单的圆筒形，用于控制金属的流动，并减缓凝固速率。随着时间的推移，圆筒形中间包的设计和制造不断改进，还出现了一些新的设计和技术创新。例如，倾转式圆筒形中间包，它可以根据需要调整倾斜角度，帮助控制金属的流动和温度分布。此外，随着自动化和计算机技术的进步，圆筒形中间包在铸造工艺中的应用变得更加精确和可控。现代的中间包常常与温度传感器、流动调节装置和控制系统相结合，实现对金属流动和温度的精确控制。

真空铸锭工艺中，中间包环节通常是在准备金属材料并将其输送到铸锭设备之前的关键步骤。中间包应用是用于在金属铸造过程中分离和净化金属的重要环节。一旦金属合金通过中间包准备好，它们将被输送到真空铸锭设备中。在这个设备中，金属会在真空环境下进行铸造和凝固，形成最终的零部件或产品。其具有以下作用：1)净化金属合金：中间包用于净化金属合金，去除其中的气体、杂质和不纯物质。这有助于提高最终产品的质量和性能。2)分离不稳定元素：中间包可以用于分离不稳定或反应性元素，以防止它们在铸造过程中引起不必要的化学反应或损害产品质量。3)维持金属温度：中间包可以在金属输送过程中维持金属的温度稳定。这对于确保合金具有正确的流动性和凝固行为至关重要。4)均匀分布金属：中间包有助于确保金属在进入铸锭设备之前均匀分布，从而避免在铸造过程中出现不均匀或过热的情况。5)防止污染：通过使用适当设计的中间包，可以避免外部污染物进入金属合金，从而提高产品的纯度。

总的来说，真空铸锭工艺之前的中间包环节在确保最终产品质量、成分和性能方面发挥着关键作用。它有助于满足高科技领域对高纯度、高性能金属产品的需求，并提高了生产效率和可控性，但是真空铸锭所用中间包不同于连铸中间包可以根据所需拉速来控制浇注速度，其在浇注过程中可能会出现由于入水口和出水口金属液速度不匹配而导致液面高度难以控制的问题，因此亟需一种真空铸锭所用中间包出口金属液流速计算方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种真空铸锭所用中间包及其液面稳定性控制方法，可计算出中间包出水口金属液流速，通过使入水口和出水口的金属液流速相匹配，再通过涡流控制器控制内部金属液湍动程度，避免液面波动过大，可以保持金属液液面的稳定，从而确保铸件在浇注过程中获得均匀的填充。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

第一方面，本发明提供了一种真空铸锭所用中间包，所述中间包包括外层金属骨架和内层镁碳砖内衬；所述外层金属骨架与所述内层镁碳砖内衬之间设置保温层，所述保温层用于填充浇注料；所述外层金属骨架两侧设置有吊耳；

所述中间包设置有入水口和出水口；所述出水口设置于所述中间包的底部；所述出水口下部通过导流管连接真空室；

所述出水口处设置有涡流控制器；

在工作过程中，控制所述出水口关闭，以使金属液通过所述入水口倒入所述中间包，并使所述中间包中的金属液液面上升；在所述金属液液面上升至设定高度时，控制所述出水口打开，以使所述中间包中的金属液通过所述出水口流出所述中间包，进行浇注。

第二方面，本发明提供一种基于第一方面所述的真空铸锭所用中间包的液面稳定性控制方法，包括：

在所述中间包中的金属液通过所述出水口流出所述中间包时，获取当前时刻金属液液面处与所述出水口之间的高度差和压力差；

根据当前时刻所述高度差和所述压力差计算当前时刻所述出水口的出口金属液流速；

根据所述出口金属液流速调整下一时刻所述入水口的入口金属液流速，以使所述中间包中金属液的液面高度保持在设定高度，并利用出水口处的涡流控制器缓冲金属液内部湍动程度，以减缓金属液液面波动程度，以保持所述中间包中金属液液面的稳定。

可选的，根据当前时刻所述高度差和所述压力差计算当前时刻所述出水口的出口金属液流速，具体包括：

基于出口金属液速度计算公式根据当前时刻所述高度差和所述压力差计算当前时刻所述出水口的出口金属液流速。

可选的，所述出口金属液速度计算公式如下：

其中，V为出口金属液速度；P为金属液液面处与出水口之间的压力差；ρ为金属液的密度；g表示重力加速度；H为金属液液面处与出水口之间的高度差；Q为金属液在中间包中流动时的能量损失。

可选的，所述金属液在中间包中流动时的能量损失包括摩擦流动能量损失和液面高度损失；所述摩擦流动能量损失为金属液在流动过程中金属液与挡板和挡坝之间的摩擦导致的能量损失；所述液面高度损失为金属液在流动过程中液面高度变化导致的能量损失；所述挡板和所述挡坝设置于所述中间包内层中间部位；所述挡板的底端距离所述中间包的底部有第一设定距离；所述挡坝的上端距离所述中间包的顶部有第二设定距离。

可选的，根据所述出口金属液流速调整下一时刻所述入水口的入口金属液流速，具体包括：

根据所述出口金属液流速输出流速调整指令；

根据所述流速调整指令，控制入口流量控制器调整下一时刻所述入水口的入口金属液流速。

可选的，在将金属液通过所述入水口倒入所述中间包之前，还包括：

利用真空泵通过真空泵抽气口对真空室进行抽气，控制所述真空室的压力与设定压力值的差值在设定压力阈值范围内。

可选的，所述设定高度为所述中间包的2/3高度。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供了一种真空铸锭所用中间包及其液面稳定性控制方法，在中间包中的金属液通过出水口流出中间包时，获取当前时刻金属液液面处与出水口之间的高度差和压力差；根据高度差和压力差计算当前时刻出水口的出口金属液流速；出口金属液流速用于调整下一时刻入水口的入口金属液流速，以保持所述中间包入水口与出水口金属液流量保持一致，从而使所述中间包中金属液的液面高度保持在设定高度。本发明基于上述方法可计算出中间包出水口金属液流速，通过使入水口和出水口的金属液流速相匹配，然后依靠出水口处的涡流控制器来缓冲金属液内部湍动程度，从而减缓金属液液面波动，因此可以保持金属液液面的稳定，而确保铸件在浇注过程中获得均匀的填充。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的中间包结构的正面示意图；

图2为本发明实施例1提供的中间包结构的俯视示意图；

图3为本发明实施例1提供的中间包和真空室整体结构示意图；

图4为本发明实施例2提供的液面稳定性控制方法流程示意图；

图5为本发明实施例2提供的中间包出口钢液流速计算方法流程示意图。

符号说明：

1-外层金属骨架；2-保温层；3-内层镁碳砖内衬；4-吊耳；5-挡板；6-挡坝；7-涡流控制器；8-出水口；9-入水口；10-导流管；11-真空室；12-真空泵抽气口；13-钢锭模。

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。

本发明的目的是提供一种真空铸锭所用中间包及其液面稳定性控制方法，可计算出中间包出水口金属液流速，通过使入水口和出水口的金属液流速相匹配，然后依靠出水口处的涡流控制器来缓冲金属液内部湍动程度，从而减缓金属液面波动，可以保持金属液液面的稳定，从而确保铸件在浇注过程中获得均匀的填充。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

需要说明的是，本发明实例的说明书附图仅为了说明所拟合的公式在真空铸锭工艺流程的应用方法，便于熟悉此工艺的专业人士进行直观了解与阅读。其比例、大小、尺寸仅为了配合进行公式讲解与说明，并不代表实际应用的中间包设备的尺寸大小设计需要局限于此，因为确定了中间包的内部结构和材质之后，金属液在其中流动所产生的能量损失的根源在于金属液液面与出水口7处高度差与压力差。说明书附图的中间包外观结构设计具有一定的代表性，实际的真空铸锭中间包可以按照此结构进行设计，任何结构、比例大小的修饰应在不影响本发明所产生能效的前提下进行改动。

实施例1

本实施例提供了一种真空铸锭所用中间包，所述中间包包括外层金属骨架1和内层镁碳砖内衬3；所述外层金属骨架1与所述内层镁碳砖内衬3之间设置保温层2，所述保温层2用于填充浇注料；所述外层金属骨架1两侧设置有吊耳4，中间包结构如图1和图2所示。

所述中间包设置有入水口9和出水口8；所述出水口8设置于所述中间包的底部；所述出水口8下部通过导流管10连接真空室11。所述出水口8处设置有涡流控制器7。

在工作过程中，控制所述出水口8关闭，金属液通过所述入水口9倒入所述中间包，所述中间包中的金属液液面上升，在所述金属液液面上升至设定高度时，控制所述出水口8打开，所述中间包中的金属液通过所述出水口8流出所述中间包，进行浇注。所述设定高度为所述中间包的2/3高度。

实施例2

如图4和图5所示，本实施例提供了一种基于实施例1所述的真空铸锭所用中间包的液面稳定性控制方法，包括：

S1：在所述中间包中的金属液通过所述出水口流出所述中间包时，获取当前时刻金属液液面处与所述出水口之间的高度差和压力差。

S2：根据当前时刻所述高度差和所述压力差计算当前时刻所述出水口的出口金属液流速。

S3：根据所述出口金属液流速调整下一时刻所述入水口的入口金属液流速，以使所述中间包中金属液的液面高度保持在设定高度，并利用出水口处的涡流控制器缓冲金属液内部湍动程度，以减缓金属液液面波动程度，以保持所述中间包中金属液液面的稳定。

具体地：在所述中间包中的金属液通过所述出水口8流出所述中间包时，根据设定高度获取当前时刻金属液液面处与所述出水口8之间的高度差，并通过在真空室内装备一个压力表来获取真空室内的压力值，然后利用计算机编写一套数字代码，基于测量的压力值计算出金属液液面处与所述出水口的压力差。电子系统代码根据高度差和压力差计算当前时刻出水口的出口金属液流速，并根据提前输入的中间包结构参数来计算出出口钢液流量；在中间包入水口装备流量控制器，通过数字代码计算出出口金属液流量时，计算数据会以电子信号形式自动同步输入进入水口的流量控制器中，并以此调整下一时刻入水口的入口金属液流量，以使所述中间包中金属液的液面高度保持在设定高度。这里的数字信息的电子系统均为需要计算机编写的代码程序。

S3中根据所述出口金属液流速调整下一时刻所述入水口的入口金属液流速，具体包括：

根据所述出口金属液流速输出流速调整指令；根据所述流速调整指令，控制入口流量控制器调整下一时刻所述入水口的入口金属液流速。所述入口流量控制器设置于所述中间包的入水口处。

本实施例以钢液为例对上述过程进行说明，如图5所示，包括如下步骤：

S501：中间包液面与出水口处的高度差设置：关闭中间包出水口，打开入水口，使钢液进入中间包至设定高度，设置为中间包液面高度初始值。

S502：中间包液面与出水口处压力差计算：打开出水口，真空室开始抽真空，真空室内装备压力表检测真空室内压力，编写程序代码，自动根据压力表检测出的压力值计算出中间包液面与出水口处压力差。

S503：出水口流量分析：程序代码基于设定的钢液高度差值和计算出的压力差值，通过应用计算公式计算出中间包出水口流量。

S504：入水口自动调节系统设置：随着抽真空的进行，程序代码计算出的出水口流量值与入水口自动调节系统匹配，从而实现液面高度精准控制，再在涡流控制器的控流作用下保障整个过程液面高度趋于稳定。

本实施例所用中间包如图1和图2所示，所述中间包外层为钢制外壳，内层为铺设镁碳砖作为内衬作为工作层，内层与外层之间的部分填注浇注料作为永久层(保温层)，来减少钢液的温度散失，填充保温材料用于中间包保温。镁碳砖具有抗侵蚀、抗剥落、均衡侵蚀、使用安全、沾钢沾渣少、拆包容易等优点，选用它作为中间包内衬既可提升产品质量又可延长应用周期，减少设备开支。中间包外层钢骨架两侧设置有吊耳4，用于生产勾吊。中间包内层中间部位设置有挡板5和挡坝6，两者之间有一定的高度差，用于引流和筛掉夹杂物；底部的中间包出水口8下部通过导流管10连接真空室11，如图3所示。

中间包内部中间部位设置挡板5和挡坝6，将中间包分割成为混匀区和浇注区，钢液由钢包进入中间包后先在混匀区进行成分混匀，后进入浇注区，在挡坝6的作用下向液面运动，在浇注区形成涡流，便于钢液内夹杂物上浮至液面，减少进入钢锭注模钢液中夹杂物含量，而中间包内部流场形态与涡流位置至关重要，通过改变真空室11内真空度可改变真空室11内外压差，进而改变真空中间包出水口8钢液速度，中间包流场与涡流位置也随之改变，但是钢液内部涡流的湍动程度过大会造成液面波动，从而出现卷渣问题，因此在出水口8处设置涡流控制器7来限制涡流的湍动程度，从而确保液面的平稳。

在确定中间包钢液液面高度之后，通过改变真空室11内真空压力可以控制中间包液面与出口钢液处压力差。在确定中间包材质与结构尺寸后，通过中间包液面高度、中间包液面与出口处压力差来计算中间包出水口8处钢液速度。通过公式可以计算出特定液面高度下中间包出水口8钢液的速度，从而使入水口9钢液速度与之保持相等，达到中间包入水口9与出水口8钢液流量稳定。

在将金属液通过所述入水口9倒入所述中间包之前，还包括：

利用真空泵通过真空泵抽气口12对真空室11进行抽气，控制所述真空室11的压力与设定压力值的差值在设定压力阈值范围内。

提前准备真空室11的安装工作，底盘、钢锭模13、保温帽，确保真空室11的真空密封良好，在钢水冶炼即将结束时，安装好导流管10和中间包，然后开始真空室11抽真空，利用真空泵通过图3的真空泵抽气口12(抽气孔)进行抽气，真空室11的压力接近所需设定压力值p，此时真空室11与外部大气压形成大小为P的压差，为下一步工艺流程做好准备。

冶炼结束后，将钢液通过中间包入水口9倒入中间包中，随着中间包内钢液液面的上涨，需要做到入水口9保持在钢液液面以下，其主要目的是防止中间包注流的二次氧化和钢水飞溅，然后在中间包内加保护渣覆盖高温的钢液表面，以减少中间包钢液面二次氧化为主要目的。其功能有：隔离钢水和空气，以减轻二次氧化；吸收从钢水中分离出来的非金属夹杂物；保持钢水的热量，减少温度损失以及在较长时间使用后，仍能保持性能稳定。当中间包内钢液液面达到中间包高度2/3左右时，温度符合要求后即可开始浇注工序，随即打开中间包的出水口8(滑动水口)开始浇注，钢液通过导流管10进入真空室11中进行真空脱气处理，钢液浇注到其中的钢锭模13中冷却成型后即可成为合格铸锭。但在浇注过程中要保证中间包液面的稳定，既可以稳定金属合金成分：中间包液面高度的稳定性可以确保金属合金的成分保持不变。金属合金的成分对最终产品的性能和质量具有重要影响。通过保持液面高度的稳定，可以避免因液面变动而引起的成分波动，确保铸件成分的一致性。又可以控制浇注速度：中间包液面高度的稳定性对于控制金属合金的浇注速度非常关键。稳定的液面高度可以提供恒定的压力和流动条件，确保金属合金以适当的速度进入铸型中，避免过快或过慢的浇注造成的缺陷和不均匀性。还可以维持金属温度：中间包液面高度的稳定性有助于维持金属合金的温度稳定。在铸造过程中，金属的温度对于获得理想的铸件性能非常重要。通过保持液面高度的稳定，可以减少温度梯度和温度变化，有利于控制金属的凝固行为和组织形成。

S1可以包括如下步骤：

本实施例综合考虑中间包液面高度、中间包液面处与真空室10内压力差、钢液在中间包内流动的能量损失来拟定中间包出口钢液速度。

设置中间包液面高度影响出水口8钢液速度步骤：设定中间包液面高度来确定重力势能差，拟合重力势能差对中间包出口钢液速度大小与钢液散失能量大小的影响。

设置压力差影响中间包出水口8钢液速度步骤：调整真空室11压力来控制中间包液面与出口钢液处压力差，进而确定两处位置的压力势能差，拟合压力势能差对中间包出口钢液速度大小和钢液散失能量大小的影响。

拟合高度差与压力差对钢液能量损失的影响公式步骤：确定钢液在中间包中流动时在钢液液面高度和压力差的影响下的能量损失规律，进而确定中间包出口钢液在三者综合影响下的速度关系。

首先考虑中间包钢液液面高度h₁对出水口8钢液速度的影响，真空浇注过程中中间包液面高度的控制对于保证铸件质量和生产效率非常重要。中间包液面高度的具体控制取决于多个因素，包括铸件的尺寸、形状、设计要求，以及具体的铸造工艺。在真空铸锭工艺中，中间包液面的高度通常根据以下因素来确定：溅射和喷溅控制：中间包液面的高度应该足够低，以最大程度地减少液体溅射和喷溅的风险。这有助于避免金属合金在进入真空环境之前与外部环境接触，从而减少污染和气体吸附的可能性。金属温度控制：中间包液面的高度也可以用来控制金属的温度。较高的液面高度可以提供更多的金属贮存量，从而有助于稳定金属的温度并减少温度变化。金属流动性和充填性：液面高度对于金属的流动性和充填性也有影响。较高的液面高度可以增加金属的压力，并促进更好的充填和流动，有助于确保铸造件的形状和完整性。液面稳定性：确保中间包液面的稳定性也是重要的。液面过高或过低都可能导致金属供给不稳定或产生其他问题。一般来说，中间包液面高度需要确保金属液能够充分填充铸型腔体，同时避免过高的液面高度导致金属液的喷溅或其他不良情况发生。在真空浇注过程中，通常会使用液面探测器或其他监测设备来实时监测中间包液面高度，并通过控制浇注速度和时间来维持适当的液面高度。具体的液面高度控制策略可能因不同的铸造工艺和设备而有所差异。

在真空浇注过程中通过控制浇注速度和时间来维持适当的液面高度，大多数中间包的基本液面控制在中间包高度的2/3处，当钢液从高处向低处流动时，在下落过程中会转化为动能。这可以通过液流的高度差来实现。根据液体的势能定律，液体的重力势能可以表示为：E_p＝mgh其中，E_p表示液体的重力势能，m表示液体的质量，g表示重力加速度，h表示液体的高度。当液体从高处下落到低处时，它会获得动能。液体的动能可以表示为：E_k＝(1/2)mv²其中，E_k表示液体的动能，m表示液体的质量，v表示液体的速度。根据能量守恒定律，重力势能的减少等于动能的增加。因此，我们可以将液体从高处到低处的能量转化关系表示为：mgh＝(1/2)mv²。需要注意的是，当钢液在中间包流动过程中，钢液的重力势能会转化为动能和一部分损失能量Q₁，即mgh＝(1/2)mv²+Q₁。

考虑中间包液面处压力与中间包出水口7处钢液压力之间的压力差对出水口7钢液速度的影响。在真空浇注过程中，通常会使用压力表来实时检测真空室内的压力。真空铸锭过程的重要变量就是真空室11内的真空压力，它可以通过真空泵对真空室11内的气体压力进行控制，从而改变真空室11内的真空度，它的变化会直接影响到钢液的状态。下面是真空度对钢液状态的影响：气体的排除：在真空度较高的条件下，钢液中的气体会被迅速排除，从而减少气体的含量。这有助于改善钢液的流动性和均匀性，减少气孔和夹杂的产生，提高铸件的质量。温度的控制：真空度还可以通过减少钢液与空气之间的热交换，来控制钢液的温度。在真空条件下，钢液的散热速度较慢，可以延缓钢液的凝固时间，从而使得钢液的温度得到更好的控制。总的来说，真空度的变化会直接影响钢液的状态，从而影响铸件的质量和性能。在真空铸造过程中，需要根据具体情况来控制真空度，以确保钢液的质量和性能达到要求。因此需要综合考虑真空度的设定对真空铸锭工艺的影响，而对真空铸锭工艺的中间包工序，真空度对其中钢液的影响就是压力差可以影响其出口流速，中间包液面与出水口8压力差影响出水口8钢液速度的原理与钢液高度差影响出水口8速度的原理一致，其本质也为势能转化为动能，即中间包液面与出水口8处压力的压降值为钢液流动的驱动力，使出水口8钢液速度增大。其原理公式为P＝(1/2)V²，钢液在压降的作用下流动时，压力势能并不会全部转化为动能，而是转化为动能和一部分其他能量。即P＝(1/2)V²+Q₂。

所述金属液在中间包中流动时的能量损失包括摩擦流动能量损失和液面高度损失；所述摩擦流动能量损失为金属液在流动过程中金属液与挡板5和挡坝6之间的摩擦导致的能量损失；所述液面高度损失为金属液在流动过程中液面高度变化导致的能量损失；所述挡板5和所述挡坝6设置于所述中间包内层中间部位；所述挡板5的底端距离所述中间包的底部有第一设定距离；所述挡坝6的上端距离所述中间包的顶部有第二设定距离。

考虑钢液在中间包流动时产生的能量损失，进而会影响钢液在中间包出口处的速度。真空浇铸中间包不同于连铸中间包结构的是连铸中间包形状为近似长方体，而真空浇铸中间包形状为圆筒状，因为圆筒形状的中间包能够更好地承受内外压力的均衡。在浇铸过程中，金属液会施加压力，而圆筒形状的中间包具有较好的结构稳定性。圆筒形状的设计能够提供均匀的支撑和抗压能力，减少变形和破裂的风险，确保中间包在浇铸过程中的稳定性，圆筒形状的中间包具有较好的热传导性能。在浇铸过程中，中间包需要承受高温的金属液，并将热量传导到模具中。圆筒形状的中间包能够提供更大的表面积，增加与金属液的接触面积，有利于更高效地传导热量，而且圆筒形状的中间包具有较好的流动性能。金属液需要从中间包流向模具，而圆筒形状的中间包提供了更顺畅的流动路径，减少了流动阻力，有利于保持金属液的稳定流动。为了能有效控制中间包内的钢液流场，在中间包的中间部位要设置挡板5和挡坝6装置，用于控制金属液的流动方向和速度。通过合理设置挡板5的位置和形状，可以有效地引导金属液的流动，使其在中间包内部形成合适的流动路径，减少金属液的湍流和气泡产生，有利于提高铸件的质量和减少缺陷。中间包被挡板5和挡坝6分成混合区和浇注区两部分，钢液从钢包进入中间包混合区，经过挡坝6绕流后从出水口8流出中间包，整个过程钢液由于摩擦等因素而产生的能量损耗为Q。由上述真空浇铸中间包液面与出口处重力势能、中间包液面与出水口8压降带来的压力势能转化为动能过程可知，两种势能转变过程中均会有能量损失，因此可把钢液在中间包中流动时的能量损失Q分为摩擦流动能量损失(包括摩擦、流动路径长度与形状损失)Q₂和液面高度损失Q₁。继续分析，能量损耗Q由液面高度损失Q₁和摩擦、流动路径长度与形状损失Q₂组成。

其中液面高度损失Q₁：钢液在流动过程中的液面高度变化也会导致能量损失。液面高度损失可以通过流体力学理论和实验数据进行。

摩擦流动能量损失Q₂：挡板5和挡坝6会引起钢液在流动过程中与它们之间的摩擦，从而导致能量损失。摩擦损失可以通过经验公式或实验数据进行估算，流动路径的长度和形状也会影响能量损失。较长或复杂的流动路径会增加能量损失。这方面的估算通常需要依赖于实验数据和数值模拟。

由于Q₁、Q₂是钢液在重力势能和压力势能转化为动能过程中产生的，因此能量损失与势能变化有关，因此有能量损失值Q＝K.P^a.H^b。其中，P为中间包液面与出水口8处的压力差值；H为中间包液面与出水口7处的高度差值；K、a、b为待确定值，通过进行真空浇铸大量实验统计实验数据进行推算可得出Q＝22.68+P/(H.ρ)。

伯努利方程在流体力学、空气动力学和液体动力学等领域有广泛应用，可以用于分析和计算流体流动的各种问题，如管道流动、飞行器气动性能、涡旋和水流等。它提供了一种基本的框架和工具，用于理解和预测流体行为，其原理为流体的机械能守恒，某处流体的动能、重力势能、压力势能之和为一个常数，即：动能+重力势能+压力势能＝常数。基础论证公式为P+1/2ρv²+ρgh＝constant。因此真空浇铸用中间包流场推算过程可以由伯努利方程进行推算，但还需要把损失的能量考虑在内，利用伯努利方程进行推算得到下式：

gh₁+1/2v₁+p₁＝gh₂+1/2v₂+p₂+Q；

其中，h₁为中间包液面处高度，h₂为中间包出水口8处的高度；v₁为中间包液面处的速度，v₂为中间包出水口8处的速度；p₁为中间包液面处的压力，p₂为中间包出水口8处的压力；Q为中间包内的钢液在流动过程中的能量损失。

由于v₁代表中间包钢液液面速度，而要保持中间包液面稳定，则中间包液面速度v₁＝0，根据上述公式可推算出中间包出水口8的出口钢液速度的计算公式如下：

其中，V为出口金属液速度；P为金属液液面处与出水口8之间的压力差；ρ为金属液的密度；g表示重力加速度；H为金属液液面处与出水口8之间的高度差；Q为金属液在中间包中流动时的能量损失。

在本实施例的一个具体示例中，S2根据当前时刻所述高度差和所述压力差计算当前时刻所述出水口8的出口金属液流速，具体包括：基于出口金属液速度计算公式根据当前时刻所述高度差和所述压力差计算当前时刻所述出水口8的出口金属液流速。

由钢液在中间包中流动产生的能量损失Q＝22.68+P/(H.ρ)，在本实施例中，其进行的是真空铸锭钢液的冶炼，因此钢液的密度ρ＝7020，将Q代入中间包的出口钢液速度计算公式中可推算得出：

在确定中间包尺寸，即确定了液面高度和真空室11压力之后，此公式可直接代入真空铸锭工艺流程中，用于计算中间包出水口7处的出口钢液流速。

通过上述出口钢液速度计算公式可以通过数字信息的电子系统计算出特定液面高度下中间包出水口8钢液的速度，并通过提前输入的中间包结构参数来计算出出口钢液流量。计算出的流量数字结果同步输入到中间包装备的流量控制系统中，从而控制入水口9钢液速度与之保持相等，达到中间包入水口9与出水口8钢液流量稳定，在浇注过程中，真空室内的压力会发生变化，在变化的同时，压力表测量的压力值的变化会引起数字信息的电子系统代码计算压力差变化，其计算的中间包出口钢液流量值也会同时发生改变，与出口钢液流量变化同步的中间包入口流量控制器也会改变入口钢液的流量控制，使中间包出入口流量始终保持一致，从而实现液面高度精准控制，再加上涡流控制器的控流作用，保障整个过程液面高度趋于稳定。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，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发明的限制。

Claims (8)

1.一种真空铸锭所用中间包，其特征在于，所述中间包包括外层金属骨架和内层镁碳砖内衬；所述外层金属骨架与所述内层镁碳砖内衬之间设置保温层，所述保温层用于填充浇注料；所述外层金属骨架两侧设置有吊耳；

所述中间包设置有入水口和出水口；所述出水口设置于所述中间包的底部；所述出水口下部通过导流管连接真空室；

所述出水口处设置有涡流控制器；

在工作过程中，控制所述出水口关闭，以使金属液通过所述入水口倒入所述中间包，并使所述中间包中的金属液液面上升；在所述金属液液面上升至设定高度时，控制所述出水口打开，以使所述中间包中的金属液通过所述出水口流出所述中间包，进行浇注。

2.一种基于权利要求1所述的一种真空铸锭所用中间包的液面稳定性控制方法，其特征在于，包括：

在中间包中的金属液通过出水口流出所述中间包时，获取当前时刻金属液液面处与所述出水口之间的高度差和压力差；

根据当前时刻所述高度差和所述压力差计算当前时刻所述出水口的出口金属液流速；

根据所述出口金属液流速调整下一时刻所述入水口的入口金属液流速，以使所述中间包中金属液的液面高度保持在设定高度，并利用出水口处的涡流控制器缓冲金属液内部湍动程度，以减缓金属液液面波动程度，以保持所述中间包中金属液液面的稳定。

3.根据权利要求2所述的一种真空铸锭所用中间包的液面稳定性控制方法，其特征在于，根据当前时刻所述高度差和所述压力差计算当前时刻所述出水口的出口金属液流速，具体包括：

基于出口金属液速度计算公式根据当前时刻所述高度差和所述压力差计算当前时刻所述出水口的出口金属液流速。

4.根据权利要求3所述的一种真空铸锭所用中间包的液面稳定性控制方法，其特征在于，所述出口金属液速度计算公式如下：

其中，V为出口金属液速度；P为金属液液面处与出水口之间的压力差；ρ为金属液的密度；g表示重力加速度；H为金属液液面处与出水口之间的高度差；Q为金属液在中间包中流动时的能量损失。

5.根据权利要求4所述的一种真空铸锭所用中间包的液面稳定性控制方法，其特征在于，所述金属液在中间包中流动时的能量损失包括摩擦流动能量损失和液面高度损失；所述摩擦流动能量损失为金属液在流动过程中金属液与挡板和挡坝之间的摩擦导致的能量损失；所述液面高度损失为金属液在流动过程中液面高度变化导致的能量损失；所述挡板和所述挡坝设置于所述中间包内层中间部位；所述挡板的底端距离所述中间包的底部有第一设定距离；所述挡坝的上端距离所述中间包的顶部有第二设定距离。

6.根据权利要求2所述的一种真空铸锭所用中间包的液面稳定性控制方法，其特征在于，根据所述出口金属液流速调整下一时刻所述入水口的入口金属液流速，具体包括：

根据所述出口金属液流速输出流速调整指令；

根据所述流速调整指令，控制入口流量控制器调整下一时刻所述入水口的入口金属液流速。

7.根据权利要求2所述的一种真空铸锭所用中间包的液面稳定性控制方法，其特征在于，在将金属液通过所述入水口倒入所述中间包之前，还包括：

利用真空泵通过真空泵抽气口对真空室进行抽气，控制所述真空室的压力与设定压力值的差值在设定压力阈值范围内。

8.根据权利要求2所述的一种真空铸锭所用中间包的液面稳定性控制方法，其特征在于，所述设定高度为所述中间包的2/3高度。