[发明专利]一种炼钢过程中真空精炼物理模拟试验方法及装置

说明书

技术领域　

本发明涉及炼钢领域中的真空精炼物理模拟试验领域，尤其涉及炼钢过程中真空精炼物理模拟测量方法及装置。　 

背景技术　

目前，RH物理模拟循环流量测量的主要方法分为直接法和间接法，直接法主要有节流法和溢流法两种，间接法主要有皮托管、示踪法、流速仪测速法、超声波流量计等几种方法。节流法和溢流法可以很准确地测量RH的循环流量，但这两种方法的缺点是改变了钢包内钢液的流场，不适合同时考虑模型内流动情况又测量循环流量的试验。皮托管法是通过测量流体动压和静压的压力差来测量流速的，原理简单、成本较低，测量时对模型内流场影响很小，在RH物理模拟循环流量测量中使用较多。但是使用皮托管测量RH循环流量时，试验结果的稳定性不好、误差比较大。示踪法测量RH循环流量的误差较大些。流速仪测速法是将智能流速仪和流速旋浆传感器放到水中，因此也会对流场产生一定影响。超声波流量计是一种不改变模型流场的测量方法，但这种方法对测量小管径，特别是小流量时的误差较大。　 

粒子成像测速(Particle 　Image 　Velocimetry，简称PIV)是一种瞬态、多点、无接触式的激光流体力学测速方法。PIV超出了单点测速技术的局限性，能在同一瞬态记录下大量空间点上的速度分布信息，并可提供丰富的流场空间结构以及流动特性。PIV是通过测量示踪粒子在已知很短时间间隔内的位移来间接地测量流场的瞬态速度分布，所有测量装置并不介入流场，具有较高的测量精度。　 

PIV这一在上世纪七十年代发展起来的流动显示技术，如今已经成为人们对涉及流体力学的诸多学科的得力科研工具，如在水洞、风洞、发动机、管道、 河流等各种水和空气中已进行了大量试验研究。在炼钢领域的水模拟试验中也有了较多的应用，但目前研究主要集中在结晶器、中间包的流场测量，利用PIV测量RH的循环流量并无先例。　 

发明内容　

为了克服现有RH物理模拟循环流量测量方法测量精度差或对流场产生干扰的不足，本发明提供一种炼钢过程中真空精炼物理模拟测量方法及装置，具有不干扰被测流场、测量精度高的特点。　 

本发明提供一种炼钢过程中真空精炼物理模拟试验方法，所述方法包括：　 

根据待测RH真空精炼装置建立模拟装置；　 

运行模拟装置，并在模拟装置中添加示踪粒子；　 

在模拟装置的测量位置选取垂直截面，利用激光器照射所述垂直截面；　 

利用相机对激光器照射的垂直截面进行连续拍摄，生成测量图像；　 

识别测量图像中的示踪粒子，根据测量图像中示踪粒子的移动距离和示踪粒子的拍摄时间生成垂直截面的流体速度分布；　 

对不同垂直截面中心高度处的流体速度进行拟合和积分，得到RH的循环流量。 

优选的，所述根据待测RH真空精炼装置建立模拟装置，包括：　 

采用有机玻璃按照模型与原型1∶N的比例制作RH物理模型，其中2≤N≤10，并在真空室下降管外部及钢包外部加装水盒子；　 

所述运行模拟装置，并在模拟装置中添加示踪粒子，包括：　 

将适量PIV专用颗粒在水中搅拌、润湿后加入钢包，调节供气装置与真空泵以控制吹气量与抽气量，使RH物理模型循环达到稳定；　 

所述在模拟装置的测量位置选取垂直截面，利用激光器照射所述垂直截面，包括：　 

在钢包中加入预定量的水，调节真空泵使真空室内压强达到原型对应值，水盒子内充满水，启动PIV，待激光器电源预热完毕，调节片光源镜头组，使片状激光照射在RH下降管某一垂直截面，将标定板或直尺放置在该垂直面内， 即片状激光照射区域，开启摄像模式，调节CCD相机的焦距与光圈，使画面中标定板或直尺刻度显示达到最清晰，即使CCD相机对焦在片状激光所照射的垂直截面上；　 

所述利用相机对激光器照射的垂直截面进行连续拍摄，生成测量图像，包括；　 

由计算机内置的可编程时间控制器调控激光器电源与CCD相机，连续拍摄照片，　生成测量图像；　 

所述识别测量图像中的示踪粒子，根据测量图像中示踪粒子的移动距离和示踪粒子的拍摄时间生成垂直截面的流体速度分布，包括：　 

利用PIV图像数据处理系统，计算出所拍图像瞬时速度的平均值，即为该下降管垂直截面的流体速度分布；　 

所述对不同垂直截面中心高度处的流体速度进行拟合和积分，得到RH的循环流量，包括：