一种金属型材智能化超声连铸方法及测控装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种金属型材智能化超声连铸方法及测控装置，方法包括获取金属材料、目标型材性能控制指标、凝固条件的核心能场参量、形状控制参数、工艺参数、工况环境参数、第一量化关系、合金空化阈值和施振实验数据；根据所述目标型材性能控制指标和所述凝固条件的核心能场参量对所述金属材料进行优化，得到金属材料参数；根据所述形状控制参数、所述工艺参数和所述工况环境参数对连铸模具进行优化；根据所述第一量化关系和所述合金空化阈值进行连铸工艺参数优化；根据所述施振实验数据对超声施振系统进行优化，根据所有优化结果确定超声连铸控制参数；根据所述超声连铸控制参数进行超声连铸得到金属型材。本发明专利技术能够实现质量、效率和成本的兼顾。效率和成本的兼顾。效率和成本的兼顾。

【技术实现步骤摘要】
一种金属型材智能化超声连铸方法及测控装置


[0001]本专利技术涉及先进材料制造领域，特别是涉及一种金属型材智能化超声连铸方法及测控装置。

技术介绍

[0002]随着国防军工、航空航天、桥梁船舶、能源交通等重要
对钢铁材料的性能、精度、成本和周期的要求日益提高，国家对能源效率和生态环境方面的要求也越发严格，占比最大的钢铁铸造成型技术——连铸领域的共性难题亟待解决。
[0003]连铸技术是金属棒、板、管或型材工业化生产的主要手段，是在重力作用下中间包中的液态钢水流入由引锭杆密封的水冷结晶器内置型模，沿冷模壁快速形成薄而坚固的金属壳，后随引锭杆外拉薄壳增厚并逐步凝固成型材坯的重力铸造成型方法，具有投资成本低、设备简单、空间需求小、能耗低、生产维护灵活、易于实现自动化高速化连续化、安全可靠性好等明显优势，而且铸坯质量高、能铸小型坯、工艺流程短，另外，连铸工艺适用于高性能金属材料、金属基复合材料等先进材料和多组元、多物理场、多尺度凝固过程及显微组织调控技术的研发与快速迭代，可显著减少高性能材料识别、开发、验证和规模化生产的设计时间与成本。
[0004]但是，连铸过程是一个涉及高温熔体充型流动、液
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固非平衡相变、半固态多相湍流、凝固型材固态相变并伴随非均匀动量热量质量传输和复杂界面行为的准稳态冶金过程，其中温度场、流场、相场、应力场等物理场耦合作用强烈，金属材料液
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固非平衡转变的热量质量动量传输过程和界面行为极为复杂，导致溶质分配特征、形核成相机理、组织形态演变、型材成形质量和强韧性能的显著变化与差异，也是引起卷气夹渣、冷隔热裂、疏松缩孔、偏析变形等缺陷的内在原因。
[0005]因此，目前连铸技术仍存在表面粗糙、成分组织偏析、疏松缩孔、裂纹敏感、性能不均等无法满足先进材料发展和高端制造业实际需求的技术问题，另外对于连铸型坯化学成分、形核孕育质点和显微组织分布以及整体强韧性能的准确控制方面尚无完整可行的通用低成本解决方案，严重阻碍了连铸行业转型升级和先进材料的设计制备优化及规模化生产应用。
[0006]鉴于现有连铸技术仍无法实现质量、效率和成本的兼顾与通用性突破，研发一种新型优质高效低成本的通用型过程可控连铸技术成为当务之急。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种金属型材智能化超声连铸方法及测控装置，以实现质量、效率和成本的兼顾。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种金属型材智能化超声连铸方法，包括：获取金属材料、目标型材性能控制指标、凝固条件的核心能场参量、形状控制参
数、工艺参数、工况环境参数、第一量化关系、合金空化阈值和施振实验数据；根据所述目标型材性能控制指标和所述凝固条件的核心能场参量对所述金属材料进行优化，得到金属材料参数；根据所述形状控制参数、所述工艺参数和所述工况环境参数对连铸模具进行优化，得到连铸模具参数；根据所述第一量化关系和所述合金空化阈值进行连铸工艺参数优化，得到超声连铸工艺量化关系；根据所述施振实验数据对超声施振系统进行优化，得到施振参数；根据所述金属材料参数、所述连铸模具参数、所述连铸工艺量化关系和所述施振参数确定超声连铸控制参数；根据所述超声连铸控制参数进行超声连铸得到金属型材。
[0009]一种金属型材智能化超声连铸测控装置，包括：获取模块，用于获取金属材料、目标型材性能控制指标、凝固条件的核心能场参量、形状控制参数、工艺参数、工况环境参数、第一量化关系、合金空化阈值和施振实验数据；金属材料优化模块，用于根据所述目标型材性能控制指标和所述凝固条件的核心能场参量对所述金属材料进行优化，得到金属材料参数；连铸模具优化模块，用于根据所述形状控制参数、所述工艺参数和所述工况环境参数对连铸模具进行优化，得到连铸模具参数；连铸工艺参数优化模块，用于根据所述第一量化关系和所述合金空化阈值进行连铸工艺参数优化，得到连铸工艺量化关系；超声施振系统优化模块，用于根据所述施振实验数据对超声施振系统进行优化，得到施振参数；超声连铸控制参数确定模块，用于根据所述金属材料参数、所述连铸模具参数、所述连铸工艺量化关系和所述施振参数确定超声连铸控制参数；超声连铸模块，用于根据所述超声连铸控制参数进行超声连铸得到金属型材。
[0010]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术获取金属材料、目标型材性能控制指标、凝固条件的核心能场参量、形状控制参数、工艺参数、工况环境参数、第一量化关系、合金空化阈值和施振实验数据；根据所述目标型材性能控制指标和所述凝固条件的核心能场参量对所述金属材料进行优化，得到金属材料参数；根据所述形状控制参数、所述工艺参数和所述工况环境参数对连铸模具进行优化，得到连铸模具参数；根据所述第一量化关系和所述合金空化阈值进行连铸工艺参数优化，得到连铸工艺量化关系；根据所述施振实验数据对超声施振系统进行优化，得到施振参数；根据所述金属材料参数、所述连铸模具参数、所述连铸工艺量化关系和所述施振参数确定超声连铸控制参数；根据所述超声连铸控制参数进行超声连铸得到金属型材，从而实现质量、效率和成本的兼顾。
附图说明
[0011]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所
需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0012]图1为本专利技术提供的金属型材智能化超声连铸方法流程图；图2为金属型材智能化超声连铸方法示意图；图3为金属型材智能化超声连铸测控装置示意图；图4为金属型材智能化超声连铸工艺系统量化建模流程示意图；图5为金属型材智能化超声连铸工艺过程控制逻辑框架示意图；图6为板材超声连铸工艺过程声
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流
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固耦合计算分析液相型腔数据结果图。
具体实施方式
[0013]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0014]本专利技术的目的是提供一种金属型材智能化超声连铸方法及测控装置，以实现质量、效率和成本的兼顾。
[0015]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0016]如图1所示，本专利技术提供的一种金属型材智能化超声连铸方法，包括：步骤101：获取金属材料、目标型材性能控制指标、凝固条件的核心能场参量、形状控制参数、工艺参数、工况环境参数、第一量化关系、合金空化阈值和施振实验数据。
[0017]步骤102：根据所述目标型材性能控制指标和所述凝固条件的核心能场参量对所述金属材料进行优化，得到金属材料参数。其中，所述根据所述目标型材性能控制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属型材智能化超声连铸方法，其特征在于，包括：获取金属材料、目标型材性能控制指标、凝固条件的核心能场参量、形状控制参数、工艺参数、工况环境参数、第一量化关系、合金空化阈值和施振实验数据；根据所述目标型材性能控制指标和所述凝固条件的核心能场参量对所述金属材料进行优化，得到金属材料参数；根据所述形状控制参数、所述工艺参数和所述工况环境参数对连铸模具进行优化，得到连铸模具参数；根据所述第一量化关系和所述合金空化阈值进行连铸工艺参数优化，得到连铸工艺量化关系；根据所述施振实验数据对超声施振系统进行优化，得到施振参数；根据所述金属材料参数、所述连铸模具参数、所述连铸工艺量化关系和所述施振参数确定超声连铸控制参数；根据所述超声连铸控制参数进行超声连铸得到金属型材。2.根据权利要求1所述的金属型材智能化超声连铸方法，其特征在于，所述根据所述目标型材性能控制指标和所述凝固条件的核心能场参量对所述金属材料进行优化，得到金属材料参数，具体包括：以所述目标型材性能控制指标为目标函数，利用密度泛函理论根据所述所述凝固条件的核心能场参量对所述金属材料进行优化，得到金属材料参数。3.根据权利要求1所述的金属型材智能化超声连铸方法，其特征在于，所述根据所述形状控制参数、所述工艺参数和所述工况环境参数对连铸模具进行优化，得到连铸模具参数，具体包括：根据所述形状控制参数、所述工艺参数和所述工况环境参数进行三维建模，得到三维模型；根据所述三维模型利用三维流体传热方程、液固相变物态方程和热膨胀方程进行稳态求解，得到轴向起始结壳位置到结晶器出口固相型壳径收缩率的变化规律；根据所述变化规律和所述工艺参数对连铸模具进行优化，得到连铸模具参数。4.根据权利要求1所述的金属型材智能化超声连铸方法，其特征在于，所述根据所述第一量化关系和所述合金空化阈值进行连铸工艺参数优化，得到连铸工艺量化关系，具体包括：根据所述第一量化关系和所述合金空化阈值进行耦合计算，确定理想振型信息；所述第一量化关系为基体晶粒平均尺寸、强化相平均尺寸、强化相弥散度、超声空化强度、液相空化率和空化均匀度之间的量化关系；根据所述理想振型信息利用深度学习量化建模方法确定第二量化关系；所述第二量化关系为固相型壳表面与模具内壁面之间接触应力、实际接触面积、固相型壳壁面施振位置、外壁面振幅、连铸拉胚速度和结晶器入口温度之间的量化关系；根据所述第二量化关系确定连铸工艺量化关系。5.一种金属型材智能化超声连铸测控装置，其特征在于，包括：获取模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建元，翟薇，王金钊，魏炳波，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：