在线预测连铸凝固终点位置和溶质元素分布的方法及系统

本发明涉及冶金连铸，具体为一种在线预测连铸凝固终点位置和溶质元素分布的方法及系统。

背景技术：

1、钢铁生产流程高效化是冶金工作者共同的目标，连铸工艺过程作为实现钢液从液相向固相转变的常用工序，其实现高效化、洁净化、无缺陷化生产是实现钢铁生产流程高效化的关键。连铸生产过程中，常常会出现表面裂纹、内部裂纹、成分偏析、疏松缩孔等问题，影响产品质量和使用寿命的同时，极大的制约了连铸高效化的发展。结晶器电磁搅拌装置是圆坯连铸机最常见的配备装置之一，目的是均匀钢液温度、提升坯壳厚度均匀性、增大等轴晶率等。然而，现场连铸机匹配的模型或系统，仅仅可以通过预设的固液相线值和冷却水量计算铸坯温度分布、预测铸坯凝固终点位置，这属于不科学、不准确的预测方式，计算预测结果与实际相比误差很大。

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在线预测连铸凝固终点位置和溶质元素分布的方法及系统。

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、一种在线预测连铸凝固终点位置和溶质元素分布的方法，包括如下步骤：

4、s1.建立连铸全流程凝固、传质、电磁耦合切片模型通过simplec算法，实现切片模型的快速计算，模型每计算一定时间，保存一次数据；

5、s2.当时间为t0时，将换热系数、糊状区系数、溶质扩散系数、质量传输源项、达西源项等加载进模型中，开启模型计算；

6、s3.当时间为t1时，模型进入电磁搅拌作用区间，暂停模型计算，将电磁力源项加载进模型后，再开启模型计算；

7、s4.当时间为t2时，模型离开电磁搅拌作用区间，暂停模型计算，关闭电磁力源项后，再开启模型计算；

8、s5.当时间为tf时，模型提示模型所有节点液相率皆为零，即表明此时钢液完成从液相向固相转变的过程，再通过计算得到凝固终点实际距离弯月面的距离，停止模型计算，最后保存一次数据，模型计算结束；

9、s6.将保存的数据导入后处理软件，获得温度、溶质元素、液相率、电磁力等数据参数，确定连铸凝固终点位置和溶质元素分布。

10、作为本发明所述的一种在线预测连铸凝固终点位置和溶质元素分布的方法的优选方案，其中：t0<t1<t2<tf。

11、作为本发明所述的一种在线预测连铸凝固终点位置和溶质元素分布的方法的优选方案，其中：所述步骤s1中，通过预设的连铸生产参数及模型边界条件，建立连铸全流程凝固、传质、电磁耦合切片模型。

12、作为本发明所述的一种在线预测连铸凝固终点位置和溶质元素分布的方法的优选方案，其中：所述步骤s1中，通过预设的连铸生产参数及模型边界条件，建立连铸全流程凝固、传质、电磁耦合切片模型，忽略水口形状、湍流流动对连铸工艺过程的影响，通过simplec算法，实现切片模型的快速计算，模型每计算10s，保存一次数据，保存为date格式。

13、作为本发明所述的一种在线预测连铸凝固终点位置和溶质元素分布的方法的优选方案，其中：所述步骤s3中，将电磁力源项通过节点插值法加载进模型后，再开启模型计算。

14、作为本发明所述的一种在线预测连铸凝固终点位置和溶质元素分布的方法的优选方案，其中：所述步骤s5中，通过计算“时间×铸坯拉速”，计算得到凝固终点实际距离弯月面的距离，停止计算，最后保存一次数据，保存为date格式，模型计算结束。

15、作为本发明所述的一种在线预测连铸凝固终点位置和溶质元素分布的方法的优选方案，其中：所述步骤s6中，将保存数据的多个date文件，导入tecplot后处理软件，获得连铸凝固终点位置和溶质元素分布。

16、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：

17、一种实施上述在线预测连铸凝固终点位置和溶质元素分布的方法的控制系统。

18、一种实施上述在线预测连铸凝固终点位置和溶质元素分布的方法的信息数据处理终端。

19、一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述在线预测连铸凝固终点位置和溶质元素分布的方法。

20、本发明的有益效果如下：

21、本发明提出一种在线预测连铸凝固终点位置和溶质元素分布的方法及系统，在结合铸机实际生产使用的冷却水量的同时，通过在模型中引入溶质含量，加载糊状区系数、溶质扩散系数、质量传输源项、达西源项等用户自定义程序，计算连铸过程实时的固液相线值、溶质分布、温度分布、坯壳厚度；此外，本发明通过加载电磁力源项，考虑结晶器电磁搅拌带来的外力作用对铸坯凝固过程的影响，通过连铸过程钢液的传热、传质、电磁、凝固耦合计算，考虑多物理场相互作用，在线、快速预测连铸铸坯的凝固终点位置和溶质元素分布，满足连铸生产节奏，符合连铸高效化生产的要求。

技术特征：

1.一种在线预测连铸凝固终点位置和溶质元素分布的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的在线预测连铸凝固终点位置和溶质元素分布的方法，其特征在于，t0<t1<t2<tf。

3.根据权利要求1所述的在线预测连铸凝固终点位置和溶质元素分布的方法，其特征在于，所述步骤s1中，通过预设的连铸生产参数及模型边界条件，建立连铸全流程凝固、传质、电磁耦合切片模型。

4.根据权利要求1所述的在线预测连铸凝固终点位置和溶质元素分布的方法，其特征在于，所述步骤s1中，通过预设的连铸生产参数及模型边界条件，建立连铸全流程凝固、传质、电磁耦合切片模型，忽略水口形状、湍流流动对连铸工艺过程的影响，通过simplec算法，实现切片模型的快速计算，模型每计算10s，保存一次数据，保存为date格式。

5.根据权利要求1所述的在线预测连铸凝固终点位置和溶质元素分布的方法，其特征在于，所述步骤s3中，将电磁力源项通过节点插值法加载进模型后，再开启模型计算。

6.根据权利要求1所述的在线预测连铸凝固终点位置和溶质元素分布的方法，其特征在于，所述步骤s5中，通过计算“时间×铸坯拉速”，计算得到凝固终点实际距离弯月面的距离，停止计算，最后保存一次数据，保存为date格式，模型计算结束。

7.根据权利要求1所述的在线预测连铸凝固终点位置和溶质元素分布的方法，其特征在于，所述步骤s6中，将保存数据的多个date文件，导入tecplot后处理软件，获得连铸凝固终点位置和溶质元素分布。

8.一种实施权利要求1-7任一项所述的在线预测连铸凝固终点位置和溶质元素分布的方法的控制系统。

9.一种实施权利要求1-7任一项所述的在线预测连铸凝固终点位置和溶质元素分布的方法的信息数据处理终端。

10.一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行权利要求1-7任一项所述的在线预测连铸凝固终点位置和溶质元素分布的方法。

技术总结
本发明属于冶金连铸技术领域，具体为一种在线预测连铸凝固终点位置和溶质元素分布的方法及系统，在结合铸机实际生产使用的冷却水量的同时，通过在模型中引入溶质含量，加载糊状区系数、溶质扩散系数、质量传输源项、达西源项等用户自定义程序，计算连铸过程实时的固液相线值、溶质分布、温度分布、坯壳厚度；此外，本发明通过加载电磁力源项，考虑结晶器电磁搅拌带来的外力作用对铸坯凝固过程的影响，通过连铸过程钢液的传热、传质、电磁、凝固耦合计算，考虑多物理场相互作用，在线、快速预测连铸铸坯的凝固终点位置和溶质元素分布，满足连铸生产节奏，符合连铸高效化生产的要求。

技术研发人员：王敏,姚骋,包燕平,邢立东
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12