[發明專利]一種連鑄坯坯殼厚度的動態軟測量方法

在審

• 申請號: 202110869064.5
• 申請日: 2021-07-30
• 公開（公告）號: CN113591242A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 于洋;文師振;唐曉初;齊義文;王宇石;張慶新;喻勇濤;張鳳奇
• 申請（專利權）人: 沈陽航空航天大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F30/27;G06N3/00;G06F111/10;G06F119/08
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李在川

本發明提供一種連鑄坯坯殼厚度的動態軟測量方法，通過構建從結晶器到二冷區的生命周期模型求解凝固傳熱模型的偏微分方程得到鑄坯的溫度分布，利用生命周期模型方法得到鑄坯溫度場的分布，結合粒子群算法求解凝固傳熱模型中的待辨識參數，根據鑄坯溫度場的分布得到鑄坯坯殼的厚度值；本發明方法基于數值模擬的方法建立出鑄坯動態熱傳導模型，結合生命周期模型和粒子群算法得到鑄坯的溫度場分布，因此本發明為鋼廠鑄坯生產過程中坯殼厚度的動態測量提供一種新的方法，有助于連鑄機控制系統冷卻水量的合理分配，解決了坯殼厚度難測量且成本高的技術難題，具有實際應用價值。

技術領域

本發明屬于煉鋼及連鑄技術領域，具體涉及一種連鑄坯坯殼厚度的動態軟測量方法。

背景技術

鑄坯的生產主要是在連鑄機中完成的，其生產過程包括結晶器、二冷區、空冷區，連鑄機二冷區是鑄坯生產的重要環節。鑄坯的生產是液態的鋼水在結晶器先形成初始的坯殼，再經過二冷區進一步的冷卻、凝固。坯殼厚度不斷增加，最終完全凝固形成鑄坯。鑄坯的坯殼厚度是影響鑄坯質量的關鍵因素，凝固前沿的位置信息有助于連鑄二冷水量的調節和二冷的控制系統反饋控制方法的研究。因此鑄坯坯殼厚度軟測量方法的研究引起了鋼廠和廣大科研人員的關注。

目前國內外測定鑄坯厚度的方法主要分為兩種，一種是直接測量法，另一種則是基于凝固傳熱機理模型的軟測量方法。1)直接測量方法主要包括：刺穿坯殼法、同位素法、測定板坯鼓肚法、射釘法。直接測量方法成本較高，浪費鑄坯材料，嚴重影響鑄坯的生產和鋼廠的經濟效益。2)基于凝固傳熱機理模型的軟測量方法：由于連鑄過程是一個放熱的過程，因此可以使用熱傳導模型來描述，使用熱傳導模型可以計算鑄坯的溫度分布情況，可以預測鑄坯的坯殼厚度。但是目前研究的軟測量的方法都沒有考慮拉速變化的動態情況。

由于鑄坯在生產過程中，生產環境惡劣，很難使用物理方法進行在線檢測，因此只能對坯殼厚度進行預測。目前預測坯殼厚度的方法主要包括實驗測量法和數值模擬方法兩大類。實驗方法主要是射釘實驗方法。射釘實驗方法主要是采用含有FeS的鋼釘射入板坯，根據硫印中鋼釘的熔化情況及S的分布情況，確定坯殼的厚度；由于連鑄過程是一個放熱的過程，因此可以使用熱傳導模型來描述，使用熱傳導模型可以計算鑄坯的溫度分布情況，可以預測板坯的坯殼厚度；上述實驗方法只能在有限位置進行，從而得到坯殼厚度的數據有限，且浪費產品；數值模擬方法的精確比較低。

綜上所述，現在的坯殼厚度預測方法存在預測區域有限，數據精度比較低，浪費材料等問題。

發明內容

基于上述問題，本發明提出一種連鑄坯坯殼厚度的動態軟測量方法，包括：

步驟1：采集鑄坯在連鑄生產過程中生產信息，所述生產信息包括連鑄機設備的參數、液體鋼水的成分以及鑄坯的熱物性參數；

步驟2：根據液態鋼水的成分計算相關參數確定鑄坯在變拉速下的凝固傳熱模型，所述相關參數包括固相線的溫度、液相線的溫度、導熱系數、密度、比熱和凝固潛熱；

步驟3：建立生命周期模型，根據邊界條件和初始條件求解凝固傳熱模型的偏微分方程得到鑄坯的溫度分布；

步驟4：根據鑄坯溫度場的分布求解鑄坯坯殼的厚度值。

所述步驟1中所述連鑄機設備的參數包括連鑄機的冶金長度、鑄造速度、結晶器的幾何尺寸、連鑄機二冷區的分段數、每段的噴水量；所述鑄坯的熱物性參數包括鑄坯的寬度和厚度、過熱度、拉坯速度的變化率、冷卻水的溫度、鑄坯的溫度、環境溫度。

所述步驟2包括：

步驟2.1：根據鋼的成分計算鋼的液相線溫度T_l和固相線溫度T_s，所述鋼的成分包括碳C、硅Si、錳Mn、磷P、硫S、鎳Ni、鉻Ci和鋁Al：