【技术实现步骤摘要】
本申请涉及钢铁冶炼，具体涉及基于分析中间包墨水实验出口灰度变化的评价方法及系统。
技术介绍
1、中间包是衔接钢水冶炼与凝固的冶金容器，在连铸过程中起着缓冲、分流、均匀成分温度和去除夹杂物等重要作用。这些冶金功能的效果取决于中间包结构及其相应的流动特性。为了生产出高品质的连铸坯，需要对中间包内的流动特性进行评价和优化。然而由于现场条件的限制，研究人员很难在连铸过程中进行直接测量，所以常常采用物理模拟和数学模拟来进行研究。
2、由于在炼钢温度下钢液的运动粘度与室温下水的运动粘度相近，所以可以用水来模拟钢液，进而建立水模型，即采用物理模拟的方式对中间包内的流动进行分析讨论。常用的物理模拟方法有：1)通过“刺激-响应”的方式测量流体在中间包内的停留时间分布(residence time distribution,rtd)；2)通过粒子图像测速仪(particle imagevelocimetry,piv)直接测量中间包内某个或某几个平面的速度；3)通过墨水示踪实验，直接显示中间包内流体的流动。对于方法1)，停留时间分布的测量，通常是采用在入口处加入kcl或nacl水溶液，在出口处测量电导率的方式来表征浓度的变化，该方法不仅需要用到电导率仪以及测量探头等相关设备，而且由于测量探头的存在将会对测量结果造成影响。对于方法2)，由于粒子图像测速仪的实验成本高，实验条件苛刻，使得其在中间包研究方面受到较多的限制。对于方法3)，墨水示踪实验的实验原理是通过在中间包入口处加入带有颜色的墨水，然后混有墨水的水溶液会随着水的流动而运动，进而能
技术实现思路
1、为解决上述背景中的技术问题，本申请采用分析中间包墨水示踪实验出口灰度变化的研究方法，以解决现有技术中上述以及潜在的任一问题。
2、为实现上述目的，本申请提供了基于分析中间包墨水实验出口灰度变化的评价方法，步骤包括：
3、基于待研究中间包的原型尺寸和生产参数，建立水模型，并基于所述水模型开展墨水示踪实验，获得墨水示踪的视频文件；
4、对所述视频文件进行处理，提取出口灰度随时间变化的特征曲线；
5、对所述特征曲线进行分析，得到评价中间包结构及其流动特性的指标。
6、优选的，建立所述水模型的方法包括：
7、基于所述原型尺寸，确定所述水模型和中间包的相似比；
8、基于所述相似比将所述原型尺寸等比例缩小，搭建所述水模型；
9、基于中间包的连铸坯断面尺寸和拉速，计算中间包出口的钢水流量；
10、基于所述相似比，将所述钢水流量代入弗劳德准数，得到所述水模型的出水口流量；
11、基于所述水模型的尺寸和所述出水口流量，计算得到水模型的理论停留时间。
12、优选的，提取出口灰度随时间变化的所述特征曲线的方法包括：
13、逐帧提取所述视频文件中的画面，并依次将每一帧画面保存为对应的示踪图像；
14、标记所述示踪图像的研究区域和非研究区域，基于所述研究区域，获取中间包的出口位置；
15、基于所述出口位置，读取出口处墨水的灰度值，并基于所述灰度值，创建所述特征曲线；其中，所述特征曲线的横坐标为时间，纵坐标为归一化的灰度值。
16、优选的，确定所述特征曲线的横坐标时间的方法包括：
17、基于所述研究区域，查找第一张在入口处出现墨水的图片，并确定为初始图片，此时刻为初始时刻，此时时间等于0；
18、基于高速摄像机的拍摄帧率，转化得到每张图片所对应的时间；
19、基于所述初始时刻和每张图片所对应的时间，得到所述特征曲线上的横坐标时间。
20、优选的，得到评价中间包结构及其流动特性的指标的方法包括：
21、基于所述特征曲线，将第一个归一化的灰度值为0.05的时刻定义为出口滞止时间；
22、基于所述特征曲线，将第一个归一化的灰度值为1.00的时刻定义为出口峰值灰度时间；
23、基于所述特征曲线，将2倍所述理论停留时间所对应的出口灰度值的时刻定义为出口示踪剂残余量；
24、基于所述特征曲线，将最后一个归一化的灰度值为0.05的时刻定义为出口排空时间；
25、所述出口滞止时间、所述出口峰值灰度时间、所述出口示踪剂残余量和所述出口排空时间即为评价中间包结构及其流动特性的指标。
26、本申请还提供了基于分析中间包墨水实验出口灰度变化的评价系统，用于实现前述的中间包评价指标分析方法，包括：实验模块、处理模块和分析模块；
27、所述实验模块用于基于待研究中间包的原型尺寸和生产参数，建立水模型，并基于所述水模型开展墨水示踪实验，获得墨水示踪的视频文件；
28、所述处理模块用于对所述视频文件进行处理，提取出口灰度随时间变化的特征曲线；
29、所述分析模块用于对所述特征曲线进行分析，得到评价中间包结构及其流动特性的指标。
30、优选的，所述实验模块中建立所述水模型的工作流程包括：
31、基于所述原型尺寸，确定所述水模型和中间包的相似比；
32、基于所述相似比将所述原型尺寸等比例缩小，搭建所述水模型；
33、基于中间包的连铸坯断面尺寸和拉速，计算中间包出口的钢水流量；
34、基于所述相似比，将所述钢水流量代入弗劳德准数，得到所述水模型的出水口流量；
35、基于所述水模型的尺寸和所述出水口流量，计算得到水模型的理论停留时间。
36、优选的，所述处理模块中提取出口灰度随时间变化的特征曲线的工作流程包括：
37、逐帧提取所述视频文件中的画面，并依次将每一帧画面保存为对应的示踪图像；
38、标记所述示踪图像的研究区域和非研究区域，基于所述研究区域，获取中间包的出口位置；
39、基于所述出口位置，读取出口处墨水的灰度值，并基于所述灰度值，创建所述特征曲线；其中，所述特征曲线的横坐标为时间，纵坐标为归一化的灰度值。
40、与现有技术相比，本申请的有益效果如下：
41、本申请提取的中间包墨水示踪实验出口灰度随时间变化的特征曲线也可以认为是通过“刺激-响应”的方式而获得“停留时间分布”曲线，但本申请克服了需要电导率仪和测量探头等实验设备的限制，同时也能避免由于测量探头的存在而导致测量结果失真的缺陷。
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1.基于分析中间包墨水实验出口灰度变化的评价方法，其特征在于，步骤包括：
2.根据权利要求1所述的基于分析中间包墨水实验出口灰度变化的评价方法，其特征在于，建立所述水模型的方法包括：
3.根据权利要求1所述的基于分析中间包墨水实验出口灰度变化的评价方法，其特征在于，提取出口灰度随时间变化的所述特征曲线的方法包括：
4.根据权利要求3所述的基于分析中间包墨水实验出口灰度变化的评价方法，其特征在于，确定所述特征曲线的横坐标时间的方法包括：
5.根据权利要求2所述的基于分析中间包墨水实验出口灰度变化的评价方法，其特征在于，得到评价中间包结构及其流动特性的指标的方法包括：
6.基于分析中间包墨水实验出口灰度变化的评价系统，所述系统用于实现权利要求1-5任一项所述的基于分析中间包墨水实验出口灰度变化的评价方法，其特征在于，包括：实验模块、处理模块和分析模块；
7.根据权利要求6所述的基于分析中间包墨水实验出口灰度变化的评价系统，其特征在于，所述实验模块中建立所述水模型的工作流程包括：
8.根据权利要求6所述
...【技术特征摘要】
1.基于分析中间包墨水实验出口灰度变化的评价方法，其特征在于，步骤包括：
2.根据权利要求1所述的基于分析中间包墨水实验出口灰度变化的评价方法，其特征在于，建立所述水模型的方法包括：
3.根据权利要求1所述的基于分析中间包墨水实验出口灰度变化的评价方法，其特征在于，提取出口灰度随时间变化的所述特征曲线的方法包括：
4.根据权利要求3所述的基于分析中间包墨水实验出口灰度变化的评价方法，其特征在于，确定所述特征曲线的横坐标时间的方法包括：
5.根据权利要求2所述的基于分析中间包墨水实验出口灰度变化的评价方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：张立峰，段豪剑，李顶涵，陈威，任英，
申请(专利权)人：北方工业大学，
类型：发明
国别省市：
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