【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钢铁冶金生产，尤其涉及一种厚板坯连铸生产的过程监控方法。
技术介绍
1、海洋工程、船舶制造、桥梁建筑和压力容器等基础建设领域，对厚规格高强高韧钢板的需求旺盛。为了生产具有高强度和良好冲击韧性的板材，需要使用比成品厚4～10倍的半成品。因连铸具有生产效率高、轧钢成材率高、加热时间短、燃气消耗低、生产周期短等优点，无缺陷厚板坯的稳定生产成为连铸技术发展的主要方向。
2、由于连铸过程的冶金学特点，连铸坯的质量直接受到温度场变化的影响，当温度场出现异常分布时易产生裂纹、偏析、缩孔疏松等缺陷，严重时可能发生漏钢等生产事故。目前，连铸过程温度场的监控主要依赖于测温仪测定关键点表面温度以及经验公式计算，由于测量结果受到水蒸气、氧化铁皮和水膜等因素的影响，难以保证测量的准确性；除此之外，测温仪仅能测量铸坯的表面温度，无法对内部温度场进行准确的监控。对于生产过程中的工艺参数监测依赖人工，未能实现自动化的异常检测和报警。
3、近年来随着信息技术的发展，以数字化的可视化技术和异常检测技术成为解决这一难题的重要手段，为连铸生产过程监控提供了技术条件。目前现有的技术有：一种支持多坯型的连铸三维温度场可视化方法，申请号202210553033.3，其特点在于可根据坯型建立三维模型，并根据温度数据通过渲染进行温度场可视化；缺陷在于依赖已有温度场数据，且建立三维模型和渲染占用大量计算资源，影响模型的实时性。
技术实现思路
1、鉴于以上问题，本专利技术提供一种厚板坯连铸生产的过
2、为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种厚板坯连铸生产的过程监控方法，分为数据采集与管理阶段、连铸温度场可视化阶段以及操作技术数据监控阶段；
3、所述的数据采集与管理阶段由连铸计算机系统和连铸生产数据治理平台实现；连铸计算机系统采集与管理生产过程中的设备记录数据和自动化采集数据，由连铸生产数据治理平台对设备记录数据和自动化采集数据进行多源数据匹配与对齐，并进行数据转换、数据清洗与数据匹配，得到成分-工艺数据；
4、所述的连铸温度场可视化阶段包括冷却区划分、铸坯冷却历程计算、冷却边界条件修正、连铸温度场求解与连铸温度场可视化；成分-工艺数据依次经连铸温度场可视化阶段各部分处理后，得到连铸过程温度场可视化结果；
5、所述的操作技术数据监控阶段包括工艺参数监控部分和警报部分，对经过数据采集与管理阶段处理的操作技术数据设定控制线，并对处理后的操作技术数据进行实时监控，对超过控制线的数据进行判断，确定所属铸坯，将该铸坯标记为异常铸坯或触发警报；对于触发警报的铸坯，技术人员介入结合操作技术数据与连铸温度场可视化结果分析故障。
6、所述连铸生产数据治理平台，将铸流沿拉坯方向分为n个样本；当通过结晶器出口的铸坯体积到达样本总体积的1/n时，将该段体积对应的铸坯划分为一个铸坯样本，对每一块铸坯样本根据时间戳对应的设备记录数据和自动化采集数据进行多源数据匹配与对齐，并经过数据转换、数据清洗与数据匹配得到铸坯样本的各阶段成分-工艺数据，对数据进行存储，依据连铸拉速对铸坯样本进行物料追踪；
7、对于用于构建连铸整体凝固温度场的成分-工艺数据，每间隔5～10s收集一组拉速以及冷却工艺参数数据，实现对连铸工艺参数的整体记录。
8、所述冷却区划分具体为；
9、铸流分为结晶器、二冷区和空冷区三个冷却区间；在二冷区沿着铸流方向，根据冷却水回路以及可控制开闭的锥形气雾喷嘴数目和位置，将二冷区划分为多个冷却分段，根据回路开闭的情况计算冷却分段的冷却水量；将二冷区划分为n个冷却分段，回路被关闭部分为空冷分段，开启部分为水冷分段；根据开启的锥形气雾喷嘴数目和位置，每个水冷分段的单位时间冷却水量qn为该冷却区单位时间冷却水量q的1/n，每个冷却分段的两个侧表面和上下表面分别有x个锥形气雾喷嘴和y个锥形气雾喷嘴，则每个分段的侧表面单位时间冷却水量和上下表面的单位时间冷却水量q2分别由以下公式计算；
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11、
12、所述冷却历程计算具体为：根据所需计算精度对铸坯样本沿拉坯方向等分为多个计算单元；计算单元的冷却历程包括计算边界冷却条件和冷却时间，冷却历程取决于该计算单元在生产中经历各冷却分段的时长，以及各冷却分段的冷却强度；根据结晶器弯月面的距离和拉坯速度确定计算单元当前位于的冷却分段，冷却的边界条件与连铸拉速v与铸造时间t相关，满足以下关系：
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14、式中，l为铸流某处距弯月面的距离，单位为m；v(t)为连铸拉速关于时间t的函数，单位为m/min；t1为铸坯到达该处所需的时间，单位为min；整个连铸过程被分为若干个冷却区间lk，k∈n+，l对应的长度位置属于冷却区间lk，计算单元的冷却条件与该冷却区间的冷却条件对应。
15、所述冷却边界条件修正对冷区分段的冷却边界条件进行修正；铸坯的下表面单位时间冷却水量为铸坯的上表面单位时间冷却水量的α倍，α为冷却水损耗系数；修正后的铸坯上表面水流密度w上与下表面水流密度w下之间的关系由以下公式计算；
16、
17、所述连铸温度场求解与连铸温度场可视化，对厚度超过400mm以上的大断面厚板坯，确定材料热物理性质以及铸坯截面尺寸后，根据数据采集与管理部分记录的成分-工艺数据，确定并修正冷却过程中的冷却边界条件；对每个划分出的计算单元，根据连铸凝固传热数学模型和修正后的凝固边界条件，使用有限差分法计算铸坯凝固温度场；求解所得的结果为温度场数值矩阵，依据所需可视化视角，从温度场数值矩阵中提取所需数据，并绘制温度场云图实现温度场可视化；根据材料的液相线与固相线温度，在横断面温度场云图上绘制凝固糊状区的位置与形态。
18、所述连铸温度场求解环节使用自学习模块，在生产线布置多处测温点，根据测温数据和计算结果对不同冷却分段的连铸凝固传热数学模型参数进行校正；在连铸机结晶器出口处、二冷区最后一段水冷结束处、第一台拉矫机入口处以及火焰切割处布置测温仪，用于连铸凝固传热数学模型参数的调整。
19、依据所需可视化的视角，分别构建垂直于拉坯方向和沿拉坯方向的温度场横断面，用于支持多角度可视化铸坯内部温度场；从计算所得的温度场数值矩阵中提取所需数据，并根据数值点绘制温度场云图，并在未凝固阶段的剖面温度场云图上绘制凝固糊状区。
20、所述控制线的设定如下：对拉速、浇铸温度、各冷却分段单位时间冷却水量分别设置±3％～±5％的控制线，当以上工艺参数出现异常波动超过控制线超过5～10秒，则标记为异常铸坯；当拉速出现的波动超过控制线10％时，触发警报，操作人员介入。
21、本专利技术的有益效果：本专利技术提出的厚板坯连铸生产的过程监控方法，应用于厚度超过400mm以上的大断面厚板坯连铸生产，可动态添加至本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种厚板坯连铸生产的过程监控方法，其特征在于，分为数据采集与管理阶段、连铸温度场可视化阶段以及操作技术数据监控阶段；
2.根据权利要求1所述的厚板坯连铸生产的过程监控方法，其特征在于，所述连铸生产数据治理平台，将铸流沿拉坯方向分为N个样本；当通过结晶器出口的铸坯体积到达样本总体积的1/N时，将该段体积对应的铸坯划分为一个铸坯样本，对每一块铸坯样本根据时间戳对应的设备记录数据和自动化采集数据进行多源数据匹配与对齐，并经过数据转换、数据清洗与数据匹配得到铸坯样本的各阶段成分-工艺数据，对数据进行存储，依据连铸拉速对铸坯样本进行物料追踪；
3.根据权利要求1或2所述的厚板坯连铸生产的过程监控方法，其特征在于，所述冷却区划分具体为；
4.根据权利要求3所述的厚板坯连铸生产的过程监控方法，其特征在于，所述冷却边界条件修正对冷区分段的冷却边界条件进行修正；铸坯的下表面单位时间冷却水量为铸坯的上表面单位时间冷却水量的α倍，α为冷却水损耗系数；修正后的铸坯上表面水流密度W上与下表面水流密度W下之间的关系由以下公式计算；
5.根据权利要求1所述的
6.根据权利要求5所述的厚板坯连铸生产的过程监控方法，其特征在于，所述连铸温度场求解环节使用自学习模块，在生产线布置多处测温点，根据测温数据和计算结果对不同冷却分段的连铸凝固传热数学模型参数进行校正；在连铸机结晶器出口处、二冷区最后一段水冷结束处、第一台拉矫机入口处以及火焰切割处布置测温仪，用于连铸凝固传热数学模型参数的调整。
7.根据权利要求6所述的厚板坯连铸生产的过程监控方法，其特征在于，依据所需可视化的视角，分别构建垂直于拉坯方向和沿拉坯方向的温度场横断面，用于支持多角度可视化铸坯内部温度场；从计算所得的温度场数值矩阵中提取所需数据，并根据数值点绘制温度场云图，并在未凝固阶段的剖面温度场云图上绘制凝固糊状区。
8.根据权利要求1所述的厚板坯连铸生产的过程监控方法，其特征在于，所述控制线的设定如下：对拉速、浇铸温度、各冷却分段单位时间冷却水量分别设置±3％～±5％的控制线，当以上工艺参数出现异常波动超过控制线超过5～10秒，则标记为异常铸坯；当拉速出现的波动超过控制线10％时，触发警报，操作人员介入。
...【技术特征摘要】
1.一种厚板坯连铸生产的过程监控方法，其特征在于，分为数据采集与管理阶段、连铸温度场可视化阶段以及操作技术数据监控阶段；
2.根据权利要求1所述的厚板坯连铸生产的过程监控方法，其特征在于，所述连铸生产数据治理平台，将铸流沿拉坯方向分为n个样本；当通过结晶器出口的铸坯体积到达样本总体积的1/n时，将该段体积对应的铸坯划分为一个铸坯样本，对每一块铸坯样本根据时间戳对应的设备记录数据和自动化采集数据进行多源数据匹配与对齐，并经过数据转换、数据清洗与数据匹配得到铸坯样本的各阶段成分-工艺数据，对数据进行存储，依据连铸拉速对铸坯样本进行物料追踪；
3.根据权利要求1或2所述的厚板坯连铸生产的过程监控方法，其特征在于，所述冷却区划分具体为；
4.根据权利要求3所述的厚板坯连铸生产的过程监控方法，其特征在于，所述冷却边界条件修正对冷区分段的冷却边界条件进行修正；铸坯的下表面单位时间冷却水量为铸坯的上表面单位时间冷却水量的α倍，α为冷却水损耗系数；修正后的铸坯上表面水流密度w上与下表面水流密度w下之间的关系由以下公式计算；
5.根据权利要求1所述的厚板坯连铸生产的过程监控方法，其特征在于，所述连铸温度场求解与连铸温度场可视化，对厚度超过400mm以上的大断面厚板坯，确定材料热物理性质以及铸坯截面尺寸后，根据数据采集与管理部分记录的成分-工艺数据，确定并修正冷却过程中的冷却边界条件；对每个划分出的...
【专利技术属性】
技术研发人员：宁新禹，李海军，王麒博，张松，张岩峰，王国栋，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：
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