基于数值模拟的定向连续铸造固液界面位置人工神经网络模型的研究

基于人工神经网络原理及数值模拟技术，对定向凝固连续铸造过程中控制参数的选取进行了研究。利用自行设计的上引式定向凝固连铸机，结合数值模拟，提取了引晶速率、熔体温度、结晶器温度、冷却水温度、冷却水流量、冷却距离等控制参数值及相应目标参数值的固液界面位置。通过归一化处理所得数据，采用BP算法训练网络，对定向凝固连铸控制参数与固液界面位置之间的映射关系进行了函数逼近，建立了固液界面位置神经网络模型，依据该模型，可定量预测定向凝固连铸过程的工艺状态，并可为将来的定向凝固连铸神经网络控制提供可行的控制模型。     

连铸过程中电磁流体力学的数值模拟现状及发展趋势

对连铸过程中电磁流体力学的数值模拟的研究现状进行了综合评述。介绍了一种应用于连铸过程中的低频电磁流体力学数值模拟的新方法,并给出了其在圆坯旋转搅拌、CSP薄板坯电磁制动和板坯二冷辊式行波搅拌中的应用实例。该方法特点是分别建立电磁场模型和流场模型,并采用磁感应方程实现电磁场和流场模型之间的耦合。结果表明,目前的方法可较为准确地描述连铸过程中的电磁场分布和电磁流体力学特点,并能够对电磁搅拌参数和连铸工艺过程进行优化。最后,提出了连铸过程中电磁流体力学数值模拟技术的未来发展趋势。     

基于遗传算法的板坯连铸凝固模型表面喷雾冷却优化研究

目的对连续铸造过程中凝固模型表面喷雾冷却进行优化,实现表面温度的最优冷却。方法分析板坯的连铸工艺过程,推导板坯连铸的凝固模型,获得热传递方程式,对冷却过程的边界条件进行约束。对凝固模型进行仿真验证,与基准温度变化曲线进行比较。结合具体实例确定冷却过程中需要优化的目标对象,采取遗传算法搜索最优解,对相关参数进行仿真。结果和优化前相比,优化后板坯凝固过程中单位时间内温度变化波动较小,水流量密度最大值约为35 L/(m~2·s)。结论优化后的板坯连铸过程中单位时间内喷雾冷却温度变化均匀,喷水量较少,能避免板坯连铸凝固模型表面裂纹的产生,提高产品的质量,效果较好。     

非稳态连铸过程拉速-冷却水协同优化方法

针对非稳态连铸冷却强度异常易导致铸坯质量缺陷的问题,从系统冷却角度提出一种改进的遗传算法对连铸拉速、冷却水等工艺进行协同优化。基于国内某钢厂3个月的工业连铸数据分析发现,开浇、终浇、换中间包、换水口等非稳态连铸由于拉速与冷却水协同不好导致冷却强度不足,影响铸坯质量与连铸效率。建立过程冷却强度优化模型,从优化目标、选择算子等方面对遗传算法进行改进,在生成可行解的同时提高模型收敛速度与优化能力。结果表明,模型优化方案符合现场工艺规则,通过适当提高二冷水量,非稳态连铸系统热量释放平均由45.87%提升至49.05%,处于合理区间内。该优化方法可为连铸系统生产管控提供指导。     

连铸圆坯凝固微观组织数值模拟

在连铸和随后的生产工艺中预测和控制钢材的微观结构是生产制造满足高质量要求的特殊钢的一项非常重要的任务。连铸过程是一个非常复杂的过程,在这一过程中伴随着热量传输、质量传输、凝固和相变。在CAFE模型中,元胞自动机方法与连铸过程中传热计算进行耦合。利用ProCAST软件对连铸圆坯的凝固过程进行仿真模拟,通过连铸坯温度测量证明预测的连铸坯表面温度与实际比较接近。应用CAFE法实现了连铸坯凝固过程三维微观组织及其形成过程的模拟,通过对比试验和模拟的圆坯的宏观结构对模拟的结果进行了评价,证明模拟结果与试验结果吻合。     

Comparison of phosphor bronze metal sheet produced by twin roll casting and horizontal continuous casting

Much effort recently has been expended to study the strip casting process used to produce thin metal strip with a near final thickness. This process eliminates the need for hot rolling, consumes less energy, and offers a feasible method of producing various hard-to-shape alloys. The finer microstructure that results from the high cooling rate used during the casting process enhances mechanical properties. In this study, strips of phosphor bronzes (Cu-Sn-P) metal were produced using a twin roll strip casting process as well as a conventional horizontal continuous casting (HCC) process. The microstructures, macrosegregations, textures, and mechanical properties of the as-cast and as-rolled metal sheet produced by these two methods were examined carefully for comparative purposes. The results indicate that cast strip produced by a twin roll caster exhibit significantly less inverse segregation of tin compared to that produced by the HCC process. The mechanical properties including tensile strength, elongation, and microhardness of the products produced by the twin roll strip casting process are comparable to those of the HCC processed sheet. These properties meet specifications JIS H3110 and ASTM B 103M for commercial phosphor bronze sheet. The texture of the as-rolled sheet from these two processes, as measured from XRD pole figures, were found to be virtually the same, even though a significant difference exists between them in the as-cast condition.     

基于即时学习算法的铸坯质量预测方法

传统铸坯质量预测大多基于全局建模方法,存在自适应能力较差、预测精度不稳定等不足。为此,提出了一种基于即时学习算法的铸坯质量预测方法,主要特征为构建基于即时学习算法的局部模型,以取代传统全局模型,实现建模和预测同时在线进行,更适应于场景复杂、工况多变的连铸生产过程;根据连铸生产数据的时变性特点,在相似度计算中引入时间权重因子,强化样本数据与待测数据的相关性,更有利于提高铸坯质量预测模型精度。以国内某钢厂65号高碳钢铸坯三角区裂纹为例,具体说明即时学习算法在铸坯质量预测局部模型构建中的应用,并与铸坯质量预测全局模型的预测结果进行对比分析及评价。结果表明,基于即时学习算法的局部模型在评价指标上均优于全局模型,全局模型的预测准确率为65%,基于即时学习算法的局部模型准确率提升至90%,进一步阐明基于即时学习算法的局部模型用于铸坯质量预测的有效性。     

弧形连铸机全自动浇钢控制系统的研究

介绍了弧形连铸机塞棒自动开浇与液位自动控制系统,该系统采用SiemensS7-400PLC作为基础自动化设备,模仿人工开浇过程,设定自动开浇的5步动作,并通过生产试验优化开浇参数。液位调节时,PLC将检测到的液位信号与设定值比较,利用差值控制塞棒运动,实现全自动浇钢,从而提高铸坯质量,并为改造中国现有连铸机和设计现代化新铸机提供依据。     

Novel methodology for casting process optimization using Gaussian process regression and genetic algorithm

High pressure die casting (HPDC) is a versatile material processing method for mass-production of metal parts with complex geometries,and this method has been widely used in manufacturing various products of excellent dimensional accuracy and productivity. In order to ensure the quality of the components,a number of variables need to be properly set. A novel methodology for high pressure die casting process optimization was developed,validated and applied to selection of optimal parameters,which incorporate design of experiment (DOE),Gaussian process (GP) regression technique and genetic algorithms (GA). This new approach was applied to process optimization for cast magnesium alloy notebook shell. After being trained,using data generated by PROCAST (FEM-based simulation software),the GP model approximated well with the simulation by extracting useful information from the simulation results. With the help of MATLAB,the GP/GA based approach has achieved the optimum solution of die casting process condition settings.     

板栅连铸结晶器传热模型分析

传热过程决定着板栅连铸结晶器能否连续稳定地生产出合格质量的连铸板栅,根据热力学第一定律和傅里叶定律(热传导定律)对板栅连铸结晶器的热量传递进行了研究。依据板栅连铸结晶器实际结构简化模型,分别建立了冷却油、端盖以及空气稳态复合传热模型,高温铅液、连铸动模外筒以及冷却油的稳态复合传热模型,连铸动模内部冷却油的放热计算模型,进而建立了板栅连铸结晶器传热动态平衡方程;为了指导生产实际,建立了运行过程操作函数。通过板栅连铸结晶器传热过程的分析研究,对提高板栅连铸的连续稳定生产并实现板栅连铸结晶器的全自动温度控制具有一定的指导意义。     

基于改进粒子群算法的板坯二冷制度优化

应用带变异算子的改进粒子群算法对安钢一炼轧连铸板坯的二冷制度进行了优化计算。针对安钢板坯连铸机的特点,建立了连铸板坯凝固传热的二维数学模型,模型的坯壳厚度计算值与现场硫印射钉法实测值一致。由冶金准则及设备约束条件设计优化算法的价值函数,用改进粒子群优化算法以价值函数值最小化为目标,对二冷区各段的水量进行优化。优化后的二冷制度使铸坯各段表面冷却速率和表面温度回升速率趋于平缓,与冶金准则对改善铸坯冷却过程和提高产品质量的要求相吻合。     

锡磷青铜合金水平连铸工艺参数的优化

铸造锡磷青铜合金组织中存在显微缩松、枝晶偏析和反偏析是冷加工报废的主要原因.通过连铸工艺参数的正交实验,建立了轧制成材率与主要工艺参数之间的神经网络描述,网络模型与遗传算法结合对工艺参数的组合进行了优化,改善了铸坯的组织,提高了轧制带材成材率.     

高效连铸的发展状况及新技术

高效连铸新技术主要有：液压非正弦振动、结晶器在线调宽、结晶器电磁制动、动态轻压下、动态二冷控制。分析了高效连铸技术的发展状况,介绍了各种连铸新技术以及它们在生产中的应用情况。连铸新技术的开发和广泛应用,推动了连铸高效化进程,促进了钢铁工业的迅速发展。     

半固态连铸技术经济分析与研究进展

半固成连铸是半固态加工技术的一个重要分支,也是制备高质量年用坯料的一种新技术。文章介绍了半固态连铸的基本概念、工艺流程及其与普通连铸的区别,并进行了技术经济分析。通过对现有机型的分析比较,指出立式半固态连铸机只是一种初期机型,将来应当发展半固态弧形连铸机。在对研究现状进行分析比较的基础上,指出今后的主要研究方向是半固态合金连铸性能研究、半固态连铸工艺稳定性理论研究、半固态成形用坯料的质量标准及生产     

Influence of pouring methods on filling process,microstructure and mechanical properties of AZ91 Mg alloy pipe by horizontal centrifugal casting

Pouring position as the input heat source has great infl uence on the temperature fi eld evolution. In this study, the Flow3 D simulation software was applied to investigate the infl uence of pouring methods(with fi xed or moving pouring channel) on AZ91 Mg alloy horizontal centrifugal casting(HCC) process. The simulation results show that the moving pouring channel method can effectively increase the cooling rate and formability of casting pipe. The casting experiment shows that an AZ91 Mg alloy casting pipe with homogeneous microstructure and clear contour was obtained by the moving pouring channel method, and the grain size of the casting pipe is signifi cantly decreased. Meanwhile, serious macro-segregation appeared in the AZ91 casting pipe by the fi xed pouring channel HCC process. Compared with the fi xed pouring channel, the moving pouring channel can remarkably improve the ultimate tensile strength and elongation of the AZ91 HCC pipe from 142.2 MPa to 201.5 MPa and 6.2% to 6.7%, respectively.     

钢的软接触电磁连铸技术

介绍了软接触电磁连铸技术并分析了其作用原理,该技术可有效提高铸坯的表面质量,着重分析探讨了工业上实现钢的软接触电磁连铸在结晶器结构、材质以及电磁场参数等方面需要解决的关键问题,并介绍了该技术的最新研究成果:高频调幅磁场电磁连铸技术和无结晶器振动的电磁连铸技术.     

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 对一种用于连铸生产的非正弦振动波形参数和振动工艺参数进行计算。并在酒钢板坯连铸机上进行应用。结果表明,这种非正弦振动波形具有较好的拉坯速度适应范围,能够满足连铸生产的要求。另外,规定了实用的非正弦振动参数处理模式。     

连铸板坯表面纵裂纹预测模型智能化定制方法

钢铁产品制造过程中,在线预测铸坯质量缺陷产生位置,并对存在缺陷的铸坯及时下线清理有助于提升连铸连轧生产稳定性,实现钢铁企业节能减排、绿色化生产。然而,连铸生产过程具有多变量、时变性和多态性等特点,必须结合设备、钢种、缺陷的特性,定制铸坯质量缺陷预测模型,才能够准确预测铸坯质量缺陷。因此,将数据通信技术、人工智能技术、C#与Matlab混合编程技术等相结合,建立了智能化铸坯质量在线判定系统,研究了铸坯质量预测模型智能化定制方法,并以板坯纵裂纹预测模型为例,介绍模型定制过程。研究结果表明,该方法能够辅助工艺工程师针对钢种及缺陷智能化定制预测模型,降低模型开发及优化难度,提高铸坯质量预测模型的可靠性。     

大方坯连铸轻压下工艺技术开发与应用

连铸轻压下技术为改善铸坯内部质量,减少中心疏松、中心缩孔和中心偏析的重要手段。简述了连铸轻压下冶金技术的基本原理与主要控制参数。介绍了韶关钢铁(SGIS)大方坯连铸轻压下工艺技术开发方法,以及在研究过程中存在的问题和应用的效果。通过大方坯轻压技术的开发, 掌握了轻压下工艺控制方法与要点,以及轻压下工艺参数与铸坯中心疏松、中心偏析的关系。结果表明,大方坯连铸采用轻压下工艺,轴承钢内部质量得到明显的改善,其中轴承钢总压下量达到了12 mm。采用轻压下工艺后,低于1.5级的中心疏松比例提升了18.8%,中心偏析指数由0.877~1.247优化为0.944~1.038。研究结果为韶关钢铁开发高质量、高性能、高附加值的特钢产品提供了重要的技术支撑。     

含硫含铝钢种连铸絮流问题工艺探究和实践

针对含硫含铝钢钢种特性,介绍连铸时存在絮流风险的原理。通过研究适合含硫含铝精炼渣系,建立了精炼原辅渣料模型控制,稳定了生产过程渣系;配合钙处理技术进行优化,通过优化过程易氧化元素铝的加入工艺,修正了过程控制关键点;连铸过程的过热度控制制度,获得钢水在连铸过程中良好的可浇性,实现含硫含铝钢种的长浇次稳定生产,产品质量稳定,满足高端用户需求。