一種大型鋼錠多爐合澆的水力學(xué)模擬裝置的制作方法

本發(fā)明屬于鑄錠和冶金領(lǐng)域，涉及大型鋼錠多爐合澆，具體涉及一種大型鋼錠多爐合澆的水力學(xué)模擬裝置。

背景技術(shù)：

大鋼錠鍛造的大型鍛件是國(guó)家重大技術(shù)設(shè)備和重大工程建設(shè)所必需的重要基礎(chǔ)部件，核電、造船、石油化工等大型工業(yè)設(shè)備生產(chǎn)都離不開(kāi)大鍛件。隨著工業(yè)的發(fā)展，大型鍛件的單個(gè)重量越來(lái)越大，對(duì)質(zhì)量的要求越來(lái)越高。因此，研發(fā)出科學(xué)的鑄造技術(shù)和設(shè)備，提高鋼水的純凈度，保證大鋼錠的質(zhì)量的大型鋼錠則是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)大型鍛件的根本保證。

水力學(xué)模型對(duì)于研究中間包內(nèi)流體的物理模擬具有普遍意義，它是研究中間包中各種傳遞過(guò)程的有效手段，可以定性和半定量地研究，水模型預(yù)測(cè)結(jié)果可以很好地應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。對(duì)于中間包內(nèi)鋼液的流動(dòng)行為，主要集中在流動(dòng)模式、夾雜物運(yùn)動(dòng)及流場(chǎng)的研究；物理模擬研究一般采用水作為模擬鋼液的介質(zhì)，這是由于20℃的水和1600℃的鋼水的動(dòng)力粘度很接近。物理模擬采用的理論依據(jù)是相似原理，只需要原型和模型的幾何相似和動(dòng)力相似。又由于中間包內(nèi)鋼液流動(dòng)與模型中水的流動(dòng)處于同一自?；瘏^(qū)，所以只要保證模型和原型的弗洛德準(zhǔn)數(shù)相等。就可以滿(mǎn)足模型和原型的相似。據(jù)此可計(jì)算得到水模實(shí)驗(yàn)中對(duì)應(yīng)于原型鋼液流量的水流量，模擬實(shí)驗(yàn)相應(yīng)的流量相似比。

建立了合理的物理模擬后，還必須有合適的實(shí)驗(yàn)室技術(shù)才能得到良好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，流場(chǎng)顯示及流速測(cè)量技術(shù)是研究各種復(fù)雜流動(dòng)的既可靠又有效的方法。中間包內(nèi)大包注流的沖擊、卷渣、夾雜物上浮等現(xiàn)象，都可以在物理模擬中直接觀察或用照相、攝像的方法記錄下來(lái)以供定性分析之用。一般流場(chǎng)的觀察采用示蹤劑、高速攝像法、激光多普勒測(cè)速和熱線流速儀等方法。大型鋼錠澆注過(guò)程主要涉及鋼包、圓柱型中間包、鋼錠模三個(gè)部件。鋼包中的鋼液經(jīng)過(guò)中間包混勻不斷的澆注到鋼錠模內(nèi)。模鑄車(chē)間環(huán)境比較惡劣，屬于高溫、高危行業(yè)，冶金反應(yīng)器大多處于高溫狀態(tài)，進(jìn)行直接測(cè)量、觀察所存在各種困難，風(fēng)險(xiǎn)大且成本高。因此采用水模擬裝置來(lái)模擬鋼液在耐火容器中的流動(dòng)狀態(tài)。

目前的水模裝置，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容比較單一，操作較為復(fù)雜，自動(dòng)化較低。而該裝置具有在線性在線流動(dòng)特性，操作方便，控制自動(dòng)化，數(shù)據(jù)智能化，能夠更好為工業(yè)生產(chǎn)提供依據(jù)，所以建立該裝置具有非常重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種大型鋼錠多爐合澆的水力學(xué)模擬裝置，該裝置操作方便，智能化高，避免人工操作帶來(lái)的實(shí)驗(yàn)誤差，提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種大型鋼錠多爐合澆的水力學(xué)模擬裝置，包括鋼包、圓形中間包和鋼錠模，還包括帶有進(jìn)水管的儲(chǔ)水包，所述的進(jìn)水管上設(shè)置有第一閥門(mén)，所述的儲(chǔ)水包與進(jìn)水泵相連，進(jìn)水泵連接有第一水管的一端，第一水管的另一端設(shè)置在鋼包開(kāi)放的頂面的上方；

所述的鋼包的底端連接有帶有第四閥門(mén)的第二水管的一端，第二水管的另一端設(shè)置在圓形中間包開(kāi)放的頂面的上方；所述的圓形中間包的底端連接有帶有第五閥門(mén)的第三水管的一端，第三水管的另一端設(shè)置在鋼錠模開(kāi)放的頂面的上方；

所述的鋼錠?？拷_(kāi)放的頂面的側(cè)壁上連通有溢流管的一端，鋼錠模的底部還連通有出水泵的一端，溢流管的另一端和出水泵的另一端均與出水管連通；

所述的第四閥門(mén)和圓形中間包之間的第二水管上連通有加藥管的一端，加藥管的另一端上連通有加藥漏斗，加藥管上還設(shè)置有電磁閥；

所述的鋼包、圓形中間包或鋼錠模中安放有電導(dǎo)電極，電導(dǎo)電極與數(shù)據(jù)采集控制單元相連。

本發(fā)明還具有如下區(qū)別技術(shù)特征：

所述的電導(dǎo)電極為一個(gè)以上。

所述的電導(dǎo)率電極為兩個(gè)。

所述的數(shù)據(jù)采集控制單元包括電源，電源上連接有總開(kāi)關(guān)和電源指示燈，電源與模塊電源開(kāi)關(guān)、進(jìn)水泵開(kāi)關(guān)、出水泵開(kāi)關(guān)和電磁閥開(kāi)關(guān)分別相連，模塊電源開(kāi)關(guān)與模塊電源相連，模塊電源分別與數(shù)據(jù)采集儀和電導(dǎo)率儀相連供電，數(shù)據(jù)采集儀的輸入端與電導(dǎo)電極相連，數(shù)據(jù)采集儀的輸出端與電導(dǎo)率儀相連，電導(dǎo)率儀上設(shè)置有電導(dǎo)率儀開(kāi)關(guān)。

所述的數(shù)據(jù)采集儀的輸出端上還連接有數(shù)字轉(zhuǎn)換接頭，數(shù)字轉(zhuǎn)換接頭與電腦相連。

所示的進(jìn)水泵和鋼包之間的第一水管上依次設(shè)置有第二閥門(mén)、流量計(jì)和第三閥門(mén)

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益的技術(shù)效果是：

本發(fā)明的模擬裝置，方便簡(jiǎn)潔，減少了因人工操作而導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)誤差，提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性；能夠?yàn)楹笃诘闹悄芑幚韺?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提供精準(zhǔn)的原始數(shù)據(jù)采集，實(shí)時(shí)觀看流場(chǎng)的動(dòng)態(tài)以及工況。該模擬裝置能夠準(zhǔn)確模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況，如鋼液停留時(shí)間、流體流動(dòng)狀態(tài)、混勻時(shí)間等，能夠?yàn)閷?shí)際澆注過(guò)程提供可靠地理論依據(jù)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的模擬裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的電導(dǎo)率采集單元的連接關(guān)系示意圖。

圖3為停留時(shí)間分布曲線圖。

圖4-1至圖4-6為圓形中間包流場(chǎng)的變化圖。

圖5-1至圖5-6為鋼錠模流場(chǎng)的變化圖。

圖中各個(gè)標(biāo)號(hào)的含義為：1-鋼包，2-圓形中間包，3-鋼錠模，4-進(jìn)水管，5-儲(chǔ)水包，6-第一閥門(mén)，7-進(jìn)水泵，8-第一水管，9-第二閥門(mén)，10-流量計(jì)，11-第三閥門(mén)，12-第四閥門(mén)，13-第二水管，14-第五閥門(mén)，15-第三水管，16-溢流管，17-出水泵，18-出水管，19-加藥管，20-加藥漏斗，21-電磁閥，22-電導(dǎo)電極，23-數(shù)據(jù)采集控制單元，24-電腦；

(23-1)-電源，(23-2)-總開(kāi)關(guān)，(23-3)-電源指示燈，(23-4)-模塊電源開(kāi)關(guān)，(23-5)-進(jìn)水泵開(kāi)關(guān)，(23-6)-出水泵開(kāi)關(guān)，(23-7)-電磁閥開(kāi)關(guān)，(23-8)-模塊電源，(23-9)-數(shù)據(jù)采集儀，(23-10)-電導(dǎo)率儀，(23-11)-電導(dǎo)率儀開(kāi)關(guān)，(23-12)-數(shù)字轉(zhuǎn)換接頭。

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明。

具體實(shí)施方式

遵從上述技術(shù)方案，以下給出本發(fā)明的具體實(shí)施例，需要說(shuō)明的是本發(fā)明并不局限于以下具體實(shí)施例，凡在本申請(qǐng)技術(shù)方案基礎(chǔ)上做的等同變換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例1：

遵從上述技術(shù)方案，如圖1和圖2所示，本實(shí)施例給出一種大型鋼錠多爐合澆的水力學(xué)模擬裝置，包括鋼包1、圓形中間包2和鋼錠模3，其特征在于：還包括帶有進(jìn)水管4的儲(chǔ)水包5，所述的進(jìn)水管4上設(shè)置有第一閥門(mén)6，所述的儲(chǔ)水包5與進(jìn)水泵7相連，進(jìn)水泵7連接有第一水管8的一端，第一水管8的另一端設(shè)置在鋼包1開(kāi)放的頂面的上方；

所述的鋼包1的底端連接有帶有第四閥門(mén)12的第二水管13的一端，第二水管13的另一端設(shè)置在圓形中間包2開(kāi)放的頂面的上方；所述的圓形中間包2的底端連接有帶有第五閥門(mén)14的第三水管15的一端，第三水管15的另一端設(shè)置在鋼錠模3開(kāi)放的頂面的上方；

所述的鋼錠模3靠近開(kāi)放的頂面的側(cè)壁上連通有溢流管16的一端，鋼錠模3的底部還連通有出水泵17的一端，溢流管16的另一端和出水泵17的另一端均與出水管18連通；

所述的第四閥門(mén)12和圓形中間包2之間的第二水管13上連通有加藥管19的一端，加藥管19的另一端上連通有加藥漏斗20，加藥管19上還設(shè)置有電磁閥21；

所述的鋼包1、圓形中間包2或鋼錠模3中安放有電導(dǎo)電極22，電導(dǎo)電極22與數(shù)據(jù)采集控制單元23相連。

電導(dǎo)電極22為一個(gè)以上，優(yōu)選兩個(gè)。

數(shù)據(jù)采集控制單元23包括電源23-1，電源23-1上連接有總開(kāi)關(guān)23-2和電源指示燈23-3，電源23-1與模塊電源開(kāi)關(guān)23-4、進(jìn)水泵開(kāi)關(guān)23-5、出水泵開(kāi)關(guān)23-6和電磁閥開(kāi)關(guān)23-7分別相連，模塊電源開(kāi)關(guān)23-4與模塊電源23-8相連，模塊電源23-8分別與數(shù)據(jù)采集儀23-9和電導(dǎo)率儀23-10相連供電，數(shù)據(jù)采集儀23-9的輸入端與電導(dǎo)電極22相連，數(shù)據(jù)采集儀23-9的輸出端與電導(dǎo)率儀23-10相連，電導(dǎo)率儀23-10上設(shè)置有電導(dǎo)率儀開(kāi)關(guān)23-11。

數(shù)據(jù)采集儀23-9的輸出端上還連接有數(shù)字轉(zhuǎn)換接頭23-12，數(shù)字轉(zhuǎn)換接頭23-12與電腦24相連。

進(jìn)水泵7和鋼包1之間的第一水管8上依次設(shè)置有第二閥門(mén)9、流量計(jì)10和第三閥門(mén)11，便于觀測(cè)水的流量。

應(yīng)用實(shí)例一，測(cè)量停留時(shí)間分布曲線：

步驟一，用鑰匙打開(kāi)數(shù)據(jù)采集控制單元23的總開(kāi)關(guān)23-2，并啟動(dòng)電腦24，運(yùn)行多路采集系統(tǒng)。

步驟二，打開(kāi)進(jìn)水管4上的第一閥門(mén)6，然后打開(kāi)進(jìn)水泵開(kāi)關(guān)23-5，啟動(dòng)進(jìn)水泵7供水。

步驟三，調(diào)節(jié)鋼包1下方的第四閥門(mén)12和圓形中間包2下方的第五閥門(mén)14，保證圓形中間包2的液面在指定高度不變。

步驟四，啟動(dòng)工作站的電腦24中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件，該軟件為已知的軟件。

步驟五，選擇“采集”對(duì)各個(gè)選項(xiàng)卡進(jìn)行設(shè)置。

步驟六，將飽和KCl溶液的示蹤劑倒入加藥漏斗20中。

步驟七，打開(kāi)模塊電源開(kāi)關(guān)23-4，然后點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”界面的“開(kāi)始采集”按鈕，采集過(guò)程開(kāi)始，同時(shí)通過(guò)電磁閥開(kāi)關(guān)23-7打開(kāi)電磁閥21，KCl溶液的示蹤劑通過(guò)加藥管19進(jìn)入圓形中間包2中，注意示蹤劑流盡后，關(guān)閉電磁閥21防止吸氣。

步驟八，待電導(dǎo)率與初始純水的電導(dǎo)率穩(wěn)定不變時(shí)，采集結(jié)束。

步驟九，通過(guò)出水泵開(kāi)關(guān)23-6打開(kāi)出水泵17，直到溶液流盡。

步驟十，根據(jù)采集系統(tǒng)所得數(shù)據(jù)，以及繪制出的如圖3所示的停留時(shí)間分布曲線(RTD曲線)，可計(jì)算計(jì)算平均停留時(shí)間、死區(qū)、活塞區(qū)、全混區(qū)比例，分析出目前工況。

應(yīng)用實(shí)例二，測(cè)量流場(chǎng)：

步驟一至步驟三與應(yīng)用實(shí)例一中相同。

步驟四，打開(kāi)工作站的電腦24，進(jìn)行正常的示蹤操作。

步驟五，打開(kāi)高速攝像儀以及照相機(jī)，進(jìn)行圖像及影像采集，分析流場(chǎng)的變化。

應(yīng)用實(shí)例一和應(yīng)用實(shí)例二在中國(guó)二重集團(tuán)成都實(shí)驗(yàn)工程中心進(jìn)行操作，其模擬流程為供水系統(tǒng)→鋼包模擬→中間包模擬→鋼錠模模擬→排水系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中打開(kāi)智能操作系統(tǒng)，進(jìn)行鋼水混勻過(guò)程定量測(cè)量，自動(dòng)繪制RDT曲線，如圖3所示；其次進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的模擬，打開(kāi)照相機(jī)和攝像機(jī)，將其與工作站連接一起，采用人機(jī)結(jié)合，可以清晰地觀察流場(chǎng)的變化及分布。

實(shí)驗(yàn)中保持中間包液面在指定高度為600mm不變；照相時(shí)間設(shè)定為3s/張，直到混勻停止拍照。圖4為中間包流場(chǎng)的變化圖；圖5為鋼錠模流場(chǎng)的變化圖。