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申请/专利权人：北京科技大学

摘要：本发明公开一种连铸机钢包至中间包钢水温度的稳定控制方法和系统，包括：构建三维钢包几何模型和中间包几何模型，进行网格划分为钢包网格模型和中间包网格模型，构建这两个网格模型的控制方程；根据初始条件、外部空气环境压力和温度边界条件，求解钢包网格模型的控制方程，得到钢包网格模型的出口边界物理量分布并作为中间包网格模型的入口边界条件；根据中间包网格模型的入口边界条件、出口边界条件和初始条件，设置不同的实验参数，求解中间包网格模型的控制方程，根据求解结果确定钢包至中间包钢水温度的稳定控制策略，根据所述稳定控制策略，对连铸机钢包至中间包钢水温度进行稳定控制。本发明可以对钢包至中间包钢水温度进行稳定控制。

主权项：1.一种连铸机钢包至中间包钢水温度的稳定控制方法，其特征在于，所述方法包括：S1、构建钢水从钢包内经钢包水口流出的三维钢包几何模型，和钢水由长水口流入中间包、以及中间包内的钢水从中间包水口流出的三维中间包几何模型，并进行网格划分为钢包网格模型和中间包网格模型，构建这两个网格模型的控制方程；S2、确定所述钢包网格模型的初始条件、外部空气环境压力和温度边界条件；S3、根据所述钢包网格模型的初始条件、外部空气环境压力和温度边界条件，求解所述钢包网格模型的控制方程，得到所述钢包网格模型的出口边界物理量分布；S4、确定所述中间包网格模型的入口边界条件：将所述钢包网格模型的出口边界物理量分布作为所述中间包网格模型的入口边界条件；S5、确定所述中间包网格模型的出口边界条件和初始条件；S6、根据所述中间包网格模型的入口边界条件、出口边界条件和初始条件，设置不同的实验参数，求解所述中间包网格模型的控制方程，根据求解结果确定钢包至中间包钢水温度的稳定控制策略，根据所述稳定控制策略，对连铸机钢包至中间包钢水温度进行稳定控制；构建的所述钢包网格模型和中间包网格模型的控制方程，如下：（1）基本方程流体连续性方程 （1）能量守恒方程 （2）动量守恒方程 （3） （4） （5）湍动能方程 （6）湍流耗散率方程 （7）其中，ρ为流体的密度，kgm3；u、v、w分别为x、y、z方向的分速度，ms；t为时间，s；T为温度，℃；u为速度矢量，ms；kt为流体的导热系数，Wm·K；cp为气体的定压比热容，Jkg·K；ST为热源项，μ为分子黏度，Pas；p为压力，Pa；Su、Sv、Sw分别为x、y、z方向动量的广义源项，k为湍流动能，m2s2；ε为k的耗散率，Gk为平均速度梯度产生的k生成率，Gb为浮力产生的k生成率，YM表示可压湍流中脉动扩张的贡献，Sk和Sε分别为k和ε的源项，ui为时均速度，ms；C1ε、C2ε、C3ε为经验常数；（2）传热方程整个过程的温降由以下几部分影响因素组成：一、钢水与空气之间的对流散热及热辐射；二、钢水与钢包包衬的热传导；三、钢水与中间包包衬的热传导；四、钢水与钢包滑动水口的热传导；结合所述影响因素，综合分析中间包水口流量的变化对钢水温降的影响规律，热传导方程由下式表述： （8）其中，H表示单位体积的热量变化；（3）VOF多相流模型VOF多相流模型用于跟踪两种及以上相互不渗透的流体之间的界面，对于每种相，在每个单元格内引入相应的体积分数，单元格内所有的属性和变量均由单元格内每种相的体积分数加权决定，其基本公式为： （9）其中，α是流体体积分数，表示某种相在单位体积内所占比例；方程（9）描述了流体体积分数随时间变化的守恒关系，各相体积分数的变化受到质量守恒定律的限制；（4）布辛涅斯克假设在空气中的自然对流换热中，考虑重力和浮力对流体的影响，随着空气密度因温度而变化，重力对密度的影响也在变化，因而引起由浮力驱动的自然对流，为了提高浮力驱动自然对流计算的收敛速度，采用Boussinesq模型专门处理动量方程中的浮力项： （10）其中ρ0为流体的密度常量，kgm3；T0为操作温度，℃；β为热膨胀系数，K-1。

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