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1、(10)申请公布号 CN 102221447 A (43)申请公布日 2011.10.19 CN 102221447 A *CN102221447A* (21)申请号 201110079677.5 (22)申请日 2011.03.31 G01M 10/00(2006.01) (71)申请人 北京科技大学 地址 100083 北京市海淀区学院路 30 号 (72)发明人 成泽伟 王永胜 程树森 (74)专利代理机构 北京东方汇众知识产权代理 事务所 ( 普通合伙 ) 11296 代理人 刘淑芬 (54) 发明名称 一种多功能连铸水模型试验装置 (57) 摘要 本发明一种多功能连铸水模型试验装置，。
2、 该 装置包括支架、 及安装在支架上的水箱， 水箱由 A 水箱、 B 水箱和 C 水箱组成 ； A 水箱、 B 水箱和 C 水 箱之间通过三通相互联通， 三通上 AC 水箱控制阀 和 BC 水箱控制阀， C 水箱通过底部出水口与下端 设置模拟容器联通， 模拟容器底部设有出水口通 过管路与集流管连接， 集流管和水泵相接 ； 水泵 通过进水管分别与A水箱和B水箱相连， 进水管分 别设置有A水箱进水控制阀和B水箱进水控制阀。 本发明的优点在于 ： 该装置满足钢包内钢水流场 模拟研究的需要， 又可以实现中间包内钢水流场 模拟研究和实现结晶器内钢水流场模拟研究， 特 别是模拟研究连铸中钢包换包过程及不同。
3、钢包间 的钢水差异性， 实现水箱系统用途多功能化。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 CN 102221458 A1/1 页 2 1. 一种多功能连铸水模型试验装置， 该装置包括支架 （1） 、 及安装在所述支架 （1） 的水 箱 （2） ， 其特征在于， 所述水箱 （2） 由 A 水箱 （3） 、 B 水箱 （4） 和 C 水箱 （5） 组成， 所述 A 水箱 （3） 、 B 水箱 （4） 和 C 水箱 （5） 通过三通 （6） 相互联通， 所述三通 （6） 上分别设有用于控制所 述 A 水箱。
4、 （3） 和所述 C 水箱 （5） 之间联通的 AC 控制阀 （7） 和分别设有用于控制所述 B 水箱 （4） 和所述 C 水箱 （5） 之间联通的 BC 水箱控制阀 （8） ； 所述 C 水箱 （5） 的设有底部 C 水箱出 水口 （15） ， 所述 C 水箱出水口 （15） 通过管路与模拟容器 （9） 连接， 所述模拟容器 （9） 的底部 设有模拟容器出水口 （16） ， 所述模拟容器出水口 （16） 通过管路与集流管 （10） 和水泵 （11） 连接 ； 所述水泵 （11） 通过进水管 （12） 分别与所述 A 水箱 （3） 和所述 B 水箱 （4） 连接， 所述 进水管 （12） 分别。
5、设置有 A 水箱进水控制阀 （13） 和 B 水箱进水控制阀 （14） 。 2. 根据权利要求 1 所述多功能连铸水模型试验装置， 其特征在于， 所述 A 水箱 （3） 的容 积等于所述 B 水箱 （4） 的容积。 3.3. 根据权利要求 1 所述多功能连铸水模型试验装置， 其特征在于， 所述 C 水箱出水 口 （15） 和所述模拟容器出水口 （16） 均安装有用于控制流量的流量控制装置 （17） ， 所述流 量控制装置 （17） 为塞棒或滑板。 4.4. 根据权利要求 1 所述多功能连铸水模型试验装置， 其特征在于， 所述 C 水箱 （5） 内 设置有用于控制偏流的挡流板 （18） 。 5.。
6、5.根据权利要求1或3所述多功能连铸水模型试验装置， 其特征在于， 该装置还包括 加热系统， 所述加热系统包括热水器 （19） ， 所述热水器 （19） 安装在所述 A 水箱 （3） 和 B 水 箱 （4） 的侧壁上。 权 利 要 求 书 CN 102221447 A CN 102221458 A1/3 页 3 一种多功能连铸水模型试验装置 技术领域 0001 本发明应用于连铸过程中钢包、 中间包、 结晶器水模型研究， 主要用于冶金科学研 究领域相关科研单位、 大专院校及生产企业的科研部门连铸钢包、 中间包、 结晶器流场水模 拟研究过程的一种多功能连铸水模型试验装置。 背景技术 0002 冶金。
7、连铸过程是高温流态钢水转变为固态钢坯的过程， 连铸过程钢包、 中间包、 结 晶器内钢水流场、 温度场对钢的质量和生产连续性具有至关重要的作用。钢包、 中间包、 结 晶器内钢水流场和温度场通过计算机数值模拟和冷态水模型研究可获得更深入的认识， 并 不断被优化。水模型研究永远不能反映真实过程， 只能通过相似理论依靠细节的相似无限 接近真实过程， 因此水模型研究过程完全仿真实际是关键因素。然而由于资金与技术的限 制， 目前科研院所模拟研究过程与实际还有一定差异。 发明内容 0003 为了解决上述问题， 本发明的目的是提供一种不但满足连铸过程钢包水模型研究 和结晶器水模型研究用装置的单一功能， 更主要。
8、通过系统组合和流量控制系统， 能够实现 钢包更换过程中间包流场的动态水模型研究和不同钢包内温度或成分差异钢水的中间包 流场水模型研究的多功能连铸水模型试验装置。 0004 本发明的技术方案是 ： 一种多功能连铸水模型试验装置， 该装置包括支架、 及安装 在所述支架上的水箱 ； 其中， 所述水箱由 A 水箱、 B 水箱和 C 水箱组成， 所述 A 水箱、 B 水箱 和 C 水箱通过三通相互联通， 所述三通上分别设有用于控制所述 A 水箱和所述 C 水箱之间 联通的 AC 水箱控制阀和分别设有用于控制所述 B 水箱和所述 C 水箱之间联通的 BC 水箱控 制阀 ； 所述C水箱的底部设有C水箱出水口。
9、， 所述C水箱出水口通过管路与所述模拟容器连 接， 所述模拟容器的底部设有模拟容器出水口， 所述模拟容器出水口通过管路与通过集流 管和水泵相接 ； 所述水泵通过进水管分别与所述A水箱和所述B水箱相连， 所述进水管分别 设置有 A 水箱进水控制阀和 B 水箱进水控制阀。 0005 进一步， 所述 A 水箱的容积等于所述 B 水箱的容积。 0006 进一步， 所述 C 水箱出水口和所述模拟容器出水口均安装有用于控制流量的流量 控制装置， 流量控制装置为塞棒或滑板。 0007 进一步， 所述 C 水箱内设置有用于控制偏流的挡流板。 0008 进一步， 该装置还包括加热系统， 所述加热系统包括热水器，。
10、 所述热水器安装在所 述 A 水箱和 B 水箱的侧壁上。 0009 其工作方式这样的 ： 1利用本发明模拟研究钢包内钢水流场， 将模拟容器更换为钢包模型， 钢包出水口由 滑板控制钢水流量。实验开始前将钢包出水口的滑板关闭， A、 B、 C 水箱间三通上的 AC 水 箱控制阀和 BC 水箱控制阀全部打开， 使 A、 B、 C 水箱等同于一个连通的大水箱， 水通过 C 水 说 明 书 CN 102221447 A CN 102221458 A2/3 页 4 箱底部的出水口进入钢包， 塞棒或滑板控制流量， 当钢包内达到一定水量后， 停止向钢包供 水。 实验开始时开启钢包出水口上的滑板， 控制水流量，。
11、 水由钢包流出， 经过集流管， 由水泵 抽回流入 A 水箱和 B 水箱。钢包内水位不断下降， 模拟研究钢包内钢水流场。通过改变水 的各种参数模拟研究不同情况下钢包内钢水流场。模拟钢包水口由滑板控制水流量， 2. 利用本发明模拟研究中间包内钢水流场， 将模拟容器更换为中间包模型， 中间包底 部的出水口由滑板控制水流量， A、 B 水箱分别模拟代表一个钢包， BC 水箱控制阀和 A 水箱 进水阀同步控制， 三通AC水箱控制阀和B水箱进水阀同步控制， 一组开启同时另一组关闭。 当A水箱注满， BC水箱控制阀和A水箱进水阀关闭， 而AC水箱控制阀和B水箱进水阀开启， 模拟钢包的出水口由滑板控制水流量。。
12、水由 A 水箱流入 C 水箱， 经钢包的出水口流入中间 包， 由滑板控制水流量， 再由中间包水口经过集流管， 由水泵抽回流入B水箱， 将B水箱逐渐 注满。当 A 水箱水位下降到一定水位后， AC 水箱控制阀和 B 水箱进水阀关闭。间隔一定时 间， BC 水箱控制阀和 A 水箱进水阀开启。水由 B 水箱流入 C 水箱， 经钢包水口流入中间包， 再由中间包水口经过集流管， 由水泵抽回流入A水箱， 将A水箱逐渐注满。 水连续往复流动， 模拟研究稳定注流和钢包换包过程中中间包内钢水流场。 通过改变水的各种参数模拟研究 不同情况下中间包内钢水流场。如果在 A、 B 水箱上安装热水器， 分别对水箱中水加热。
13、至不 同温度， 即模拟不同包号钢水连续浇注过程。 0010 3. 利用本发明模拟研究结晶器内钢水流场， 将模拟容器更换为结晶器模型， 此时 C 水箱的出水口模拟中间包水口， 利用塞棒控制中间包水口流量。A、 B、 C 水箱间的 AC 水箱 控制阀和 BC 水箱控制阀全部打开， 使 A、 B、 C 水箱等同于一个连通的大水箱， 水通过 C 水箱 的塞棒控制流量进入结晶器， 再通过结晶器出口流出， 经过集流管， 由水泵抽回流入 A 水箱 和 B 水箱。水连续往复流动， 模拟研究结晶器内钢水流场。通过改变水的各种参数模拟研 究不同情况下结晶器内钢水流场。 0011 本发明的优点在于 ： 由于采用上述。
14、技术方案， 本发明将钢包、 中间包与结晶器水模 型研究试验装置系统、 有机组合， 实现一套试验装置既可以满足钢包内钢水流场模拟研究 的需要， 又可以实现中间包内钢水流场模拟研究， 而且也可以实现结晶器内钢水流场模拟 研究， 特别是模拟研究连铸中钢包换包过程及不同钢包间的钢水差异性， 实现水箱系统用 途多功能化。另外， 在水模型研究过程实行循环供水， 最大限度地节约各种资源。 0012 已知模型和实型设备中相应变量的比例， 就能够通过水模型研究实际设备内的钢 水流场， 使研究结果与实际情况相似， 且成本低廉。 附图说明 0013 图 1 为本发明最佳实施例的结构示意图。 0014 说 明 书 C。
15、N 102221447 A CN 102221458 A3/3 页 5 1. 支架11. 水泵 2水箱12进水管 3A 水箱13.A 水箱进水控制阀 4B 水箱14.B 水箱进水控制阀 5C 水箱15C 水箱出水口 6三通16模拟容器出水口 7AC 水箱控制阀17流量控制装置 8.BC 水箱控制阀18挡流板 9模拟容器19. 热水器 10集流管 具体实施方式 ： 下面结合附图对本发明的技术方案做进一步说明。 0015 图 1 为本发明一种多功能连铸水模型试验装置的结构示意图。如图 1 所示， 一种 多功能连铸水模型试验装置， 该装置包括支架 1、 水箱 2、 三通 6、 AC 水箱控制阀 7、。
16、 BC 水箱控 制阀 8、 模拟容器 9、 集流管 10、 水泵 11、 进水管 12、 A 水箱进水管控制阀 13、 B 水箱进水管控 制阀 14、 流量控制装置 17、 挡流板 18 和热水器 19 构成。 0016 水箱 2 由 A 水箱 3、 B 水箱 4 和 C 水箱 5 组成 ； A 水箱 3、 B 水箱 4 和 C 水箱 5 安装 在支架 1 上， A 水箱 3 和 B 水箱 4 的侧壁上安装有热水器 19 ； C 水箱 5 的进水口前端挡流板 18 ； A 水箱 3、 B 水箱 4 和 C 水箱 5 之间通过三通 6 联通， 三通 6 上分别设有用于控制 A 水箱 3 和 C 。
17、水箱 5 之间联通的 AC 水箱控制阀 7 和分别设有用于控制 B 水箱 4 和 C 水箱 5 之间联 通的 BC 水箱控制阀 8， C 水箱 5 的底部设有 C 水箱出水口 15， C 水箱出水口 15 上设有用于 控制流量的流量控制装置 17， C 水箱出水口 15 通过管路与模拟容器 9 连接， 模拟容器 9 的 底部设有模拟容器出水口16， 模拟容器出水口16上安装有流量控制装置17， 模拟容器出水 口 16 通过管路与集流管 10 连接， 集流管 10 与水泵 11 连接 ； 水泵 11 通过进水管 12 分别于 A 水箱 3 和 B 水箱 4 连接， 与 A 水箱 3 联通的管路上。
18、设有 A 水箱进水控制阀 13， 与 B 水箱 4 联通的管路上设有 B 水箱进水控制阀 15。 0017 本发明的原理是 ： 根据冶金连铸过程水模型研究需要， 设计用于连铸钢包、 中间包、 结晶器水模型研究的多功能试验装置。 连铸水模型研究连铸过程钢水由钢包经滑板控制流量 进入中间包， 再由中间包经塞棒控制流量进入结晶器的流动过程。 在此过程中， 钢包通过换包 间歇地向中间包注入钢水， 中间包作为钢水中间储存容器连续地向结晶器提供钢水。本发明 连铸水模型研究多功能试验装置可以实现利用一套设备模拟研究连铸过程中钢包水模型研 究和结晶器水模型研究， 更主要通过系统组合和流量控制系统， 实现钢包更。
19、换过程中间包流 场的动态水模型研究和不同钢包内温度或成分差异钢水的中间包流场水模型研究。 0018 在钢铁生产过程， 钢水按照工艺和盛钢容器不同， 分别依靠滑板和塞棒控制流量。 塞棒是靠升降位移控制水口开闭及钢水流量的耐火材料棒。棒芯通常由直径为 30 60mm 的普碳钢圆钢加工而成， 上端靠螺栓与升降机构的横臂联结， 下端靠螺纹或销钉与塞头砖 连接， 中间套袖砖。滑板又称滑动水口 （Sliding Nozzle） 是冶金过程中钢水的控制装置之 一， 能够精确地调节从钢包到连铸中间包的水流量， 使流入和流出的钢水达到平衡。 钢包滑 动水口一般由驱动装置、 机械部分和耐火材料上下滑板、 下水口组成。 滑动水口的工作原理 是通过滑动机构使上下滑板砖滑动， 从而带动流钢孔的开闭来调节钢水流量大小的。本设 计水箱既考虑滑板控制流量工艺又考虑塞棒控制流量结构。 说 明 书 CN 102221447 A CN 102221458 A1/1 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 102221447 A 。