一种减少钢锭凝固宏观偏析的方法和系统

本发明属于钢铁冶金，具体为一种减少钢锭凝固宏观偏析的方法和系统。

背景技术：

1、现有技术中，钢锭的浇注温度和浇注速度的设定主要基于操作人员的经验和理论知识。这种方法在不同钢种、不同锭型的适用性上存在局限，无法适应复杂多变的生产需求。对于宏观偏析的控制，现有技术多采用调整浇注参数的方法。这种方法依赖于对凝固过程的经验判断，缺乏精确的控制手段。现有技术中也有采用数值模拟的方式对钢锭凝固过程进行研究，但钢锭凝固过程的数值模拟需要准确的换热系数，在确定换热系数时，现有技术大多依赖于经验估计或简化实验数据，由于实际生产条件的复杂多变，这种方法在精确度和适用性上存在明显不足。

技术实现思路

1、为解决现有技术存在的问题，本发明的主要目的是提出一种减少钢锭凝固宏观偏析的方法和系统。

2、为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

3、一种减少钢锭凝固宏观偏析的方法，包括如下步骤：

4、s1、在钢锭浇注凝固过程中进行连续测温获得不同时间的钢锭模外壁和钢锭顶部温度数据；

5、s2、假设多组不同的钢锭模外壁和钢锭顶部换热系数、钢锭/钢锭模气隙换热系数的组合，然后根据这些换热系数进行钢锭浇注凝固过程的传热计算，得到不同换热系数的组合对应的钢锭浇注凝固过程中的钢锭模外壁和钢锭顶部温度随时间变化的数据；

6、s3、建立钢锭模外壁和钢锭顶部温度关于时间和钢锭浇注凝固过程换热系数的bp神经网络模型，使用假设的多组换热系数的组合和计算得到的不同换热系数的组合对应的钢锭浇注凝固过程的温度随时间变化的数据，进行神经网络模型的训练，然后使用训练并收敛后的神经网络模型和在钢锭浇注凝固过程中进行连续测温获得的不同时间的钢锭模外壁和钢锭顶部温度数据，得到准确的钢锭模外壁和钢锭顶部换热系数、钢锭/钢锭模气隙换热系数；

7、s4、结合准确的钢锭模外壁和钢锭顶部换热系数、钢锭/钢锭模气隙换热系数和钢锭凝固过程宏观偏析的多元多相数学模型，进行钢锭浇注凝固过程的数值模拟，得到钢锭的宏观偏析分布；

8、s5、将不同钢种、钢锭模几何尺寸、钢水浇注温度、浇注速度和对应的钢锭的宏观偏析分布数据存入数据库，建立钢锭凝固宏观偏析与浇注工艺参数的bp神经网络模型，并使用不同钢种、钢锭模几何尺寸、钢水浇注温度、浇注速度和对应的钢锭的宏观偏析分布数据进行训练；

9、s6、在不同钢种和重量的钢锭生产过程中，使用钢锭凝固宏观偏析与浇注工艺参数的bp神经网络模型确定钢锭浇注工艺参数，减少钢锭凝固宏观偏析。

10、作为本发明所述的一种减少钢锭凝固宏观偏析的方法的优选方案，其中：所述步骤s1中，建立钢锭模外壁和钢锭顶部测温系统，测温系统包含测温仪器及固定支架、数据显示界面和数据实时存储单元，该测温系统可以在钢锭浇注凝固过程中进行连续测温并记录测温数据，所述测温系统的测温仪器为热像仪和热电偶，其固定在固定支架上。

11、作为本发明所述的一种减少钢锭凝固宏观偏析的方法的优选方案，其中：所述步骤s2中，不同的钢锭模外壁和钢锭顶部换热系数、钢锭/钢锭模气隙换热系数的组合为100-300组。

12、作为本发明所述的一种减少钢锭凝固宏观偏析的方法的优选方案，其中：所述步骤s3中，神经网络模型的网络层数为3-5层，输入、输出层的节点数为30-50个。

13、作为本发明所述的一种减少钢锭凝固宏观偏析的方法的优选方案，其中：所述步骤s4中，钢锭的宏观偏析分布为包括c、p、s的易偏析元素在钢锭不同位置的含量以及偏析指数。

14、作为本发明所述的一种减少钢锭凝固宏观偏析的方法的优选方案，其中：所述步骤s4中，还根据现场情况抽样剖锭检测宏观偏析分布以验证数值模拟结果，所述检测宏观偏析的手段为硫印法或钻屑取样检测法。

15、作为本发明所述的一种减少钢锭凝固宏观偏析的方法的优选方案，其中：所述步骤s5中，所述神经网络模型的网络层数为3-5层，输入、输出层的节点数为30-50个。

16、作为本发明所述的一种减少钢锭凝固宏观偏析的方法的优选方案，其中：所述步骤s6中，浇注工艺参数包括浇注温度和浇注速度。

17、为解决上述技术问题，根据本发明的另一个方面，本发明提供了如下技术方案：

18、一种减少钢锭凝固宏观偏析的系统，用于实现上述的减少钢锭凝固宏观偏析的方法，包括：

19、测温模块，在钢锭浇注凝固过程中进行连续测温获得不同时间的钢锭模外壁和钢锭顶部温度数据；

20、传热计算模块，假设多组不同的钢锭模外壁和钢锭顶部换热系数、钢锭/钢锭模气隙换热系数的组合，然后根据这些换热系数进行钢锭浇注凝固过程的传热计算，得到不同换热系数的组合对应的钢锭浇注凝固过程中的钢锭模外壁和钢锭顶部温度随时间变化的数据；

21、钢锭模外壁和钢锭顶部温度关于时间和钢锭浇注凝固过程换热系数的bp神经网络模型建立模块，建立钢锭模外壁和钢锭顶部温度关于时间和钢锭浇注凝固过程换热系数的bp神经网络模型，使用假设的多组换热系数的组合和计算得到的不同换热系数的组合对应的钢锭浇注凝固过程的温度随时间变化的数据，进行神经网络模型的训练，然后使用训练并收敛后的神经网络模型和在钢锭浇注凝固过程中进行连续测温获得的不同时间的钢锭模外壁和钢锭顶部温度数据，得到准确的钢锭模外壁和钢锭顶部换热系数、钢锭/钢锭模气隙换热系数；

22、钢锭浇注凝固过程的数值模拟模块，结合准确的钢锭模外壁和钢锭顶部换热系数、钢锭/钢锭模气隙换热系数和钢锭凝固过程宏观偏析的多元多相数学模型，进行钢锭浇注凝固过程的数值模拟，得到钢锭的宏观偏析分布；

23、钢锭凝固宏观偏析与浇注工艺参数的bp神经网络模型建立模块，将不同钢种、钢锭模几何尺寸、钢水浇注温度、浇注速度和对应的钢锭的宏观偏析分布数据存入数据库，建立钢锭凝固宏观偏析与浇注工艺参数的bp神经网络模型，并使用不同钢种、钢锭模几何尺寸、钢水浇注温度、浇注速度和对应的钢锭的宏观偏析分布数据进行训练；

24、钢锭浇注工艺参数确定模块，在不同钢种和重量的钢锭生产过程中，使用钢锭凝固宏观偏析与浇注工艺参数的bp神经网络模型确定钢锭浇注工艺参数，减少钢锭凝固宏观偏析。

25、本发明的有益效果如下：

26、本发明提出一种减少钢锭凝固宏观偏析的方法和系统，引入精准的控制手段，通过神经网络模型自动计算和调整浇注参数，本发明可以有效地提高浇注参数设定的准确性和适用性。这种方法减少了人为因素的干预，提高了生产的稳定性和一致性。本专利还提高数值模拟的准确性，利用bp神经网络模型精确计算换热系数，本发明大幅提升了数值模拟的准确性。准确的换热系数计算使得模拟结果更加贴近实际生产情况，为生产过程提供了更可靠的决策支持。

技术特征：

1.一种减少钢锭凝固宏观偏析的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的减少钢锭凝固宏观偏析的方法，其特征在于，所述步骤s1中，建立钢锭模外壁和钢锭顶部测温系统，测温系统包含测温仪器及固定支架、数据显示界面和数据实时存储单元，该测温系统可以在钢锭浇注凝固过程中进行连续测温并记录测温数据，所述测温系统的测温仪器为热像仪和热电偶，其固定在固定支架上。

3.根据权利要求1所述的减少钢锭凝固宏观偏析的方法，其特征在于，所述步骤s2中，不同的钢锭模外壁和钢锭顶部换热系数、钢锭/钢锭模气隙换热系数的组合为100-300组。

4.根据权利要求1所述的减少钢锭凝固宏观偏析的方法，其特征在于，所述步骤s3中，神经网络模型的网络层数为3-5层，输入、输出层的节点数为30-50个。

5.根据权利要求1所述的减少钢锭凝固宏观偏析的方法，其特征在于，所述步骤s4中，钢锭的宏观偏析分布为包括c、p、s的易偏析元素在钢锭不同位置的含量以及偏析指数。

6.根据权利要求1所述的减少钢锭凝固宏观偏析的方法，其特征在于，所述步骤s4中，还根据现场情况抽样剖锭检测宏观偏析分布以验证数值模拟结果，所述检测宏观偏析的手段为硫印法或钻屑取样检测法。

7.根据权利要求1所述的减少钢锭凝固宏观偏析的方法，其特征在于，所述步骤s5中，所述神经网络模型的网络层数为3-5层，输入、输出层的节点数为30-50个。

8.根据权利要求1所述的减少钢锭凝固宏观偏析的方法，其特征在于，所述步骤s6中，浇注工艺参数包括浇注温度和浇注速度。

9.一种减少钢锭凝固宏观偏析的系统，其特征在于，用于实现权利要求1-8任一项所述的减少钢锭凝固宏观偏析的方法，包括：

技术总结本发明属于钢铁冶金技术领域，具体为一种减少钢锭凝固宏观偏析的方法和系统，引入精准的控制手段，通过神经网络模型自动计算和调整浇注参数，本发明可以有效地提高浇注参数设定的准确性和适用性。这种方法减少了人为因素的干预，提高了生产的稳定性和一致性。本专利还提高数值模拟的准确性，利用BP神经网络模型精确计算换热系数，本发明大幅提升了数值模拟的准确性。准确的换热系数计算使得模拟结果更加贴近实际生产情况，为生产过程提供了更可靠的决策支持。技术研发人员：张超杰,闫芳芳,张立强,吴胜华,刘响,年义,李梦飞,偰雨受保护的技术使用者：安徽工业大学技术研发日：技术公布日：2024/8/5