[发明专利]基于物理模型的混浇坯长度及成分变化预测方法及系统

权利要求书

1.一种基于物理模型的混浇坯长度及成分变化预测方法，其特征在于，所述预测方法包括如下步骤：

步骤S1，根据正交式水模型试验或数值模拟获取中间包内混浇过程各流钢液的平均停留时间t_a与中间包内不同钢液体积V的关系，以及混浇开始时刻中间包内剩余钢液体积V₀与中间包内钢液净重W的关系，将上述关系通过数据拟合为关系函数，分别如式（1）~（2）所示：

t_a=f(V) （1）

V₀= f(W) （2）

步骤S2，根据正交式水模型试验获取不同大包流量Q下，结晶器内混浇过程铸坯断面宽度W、厚度H和拉速v与冲击深度D的关系，将上述关系通过数据拟合为关系函数，如式（3）所示，

D=f (W, H, v) （3）

其中，所述冲击深度D，是结晶器内从浸入式水口流出钢液的冲击深度，单位mm；

并确定第i流的滞后系数ε_i,1和ε_i,2；ε_i,1和ε_i,2由各流结晶器浸入式水口的位置决定，ε_i,1和ε_i,2之和取值范围为[0,1]，采用中间包及结晶器的水模型来确定；

步骤S3，根据步骤S1和步骤S2所构建的关系函数，构建平均混合率的计算模型，如式（4）所示：

（4）

式（4）中，t为上一时刻；t+△t为当前时刻，△t为数据采集周期；V₀为混浇开始时刻中包内剩余旧钢种钢液体积，m³；为中间包内t+△t时刻钢液的平均混合率，定义为中间包内新钢种钢液占总钢液的体积或者质量比；为t时刻从中间包进入铸流瞬间第i流钢液的混合率，定义为从浸入式水口流入第i个结晶器的新钢种钢液占总钢液的体积或者质量比；为t+△t时刻从大包流入中间包的流量，m³/h；q_i,t+△t为第i流在t+△t时刻通过结晶器浸入式水口从中间包流入铸流的流量，m³/h，其值为：拉速×铸坯宽度×铸坯厚度=v_i，t+△t·W_i·H_i；

步骤S4，采集混浇过程中钢包及连铸机的开浇信号以获得标识时刻t、大包钢液流量Q、中间包内剩余旧钢种钢液体积V₀、拉速v_i及铸坯断面尺寸W_i×H_i，根据所构建的混合率计算模型（4）计算中间包内混浇过程钢液的平均混合率，其中t+△t≤t_a；

步骤S5，根据所述中间包内混浇过程钢液的平均混合率，对换钢种过程铸流混合率MR_i跟踪描述为：

若t+△t＜t_i， 则MR_i= 0；

若t+△t ≥ t_i，则如式（5）所示：

（5）

其中，t_i为第i流滞留时间，是换钢种开始新钢种钢液进入中间包到有新钢种钢液刚刚进入第i个结晶器的时间，由中间包内钢液流场以及浸入式水口所在位置决定，其值在30s~80s；MR_i,t+△t为_t+△t时刻第i流的铸流混合率，MR_i,t为t时刻从中间包进入铸流瞬间第i流钢液的混合率；

步骤S6，根据所述换钢种过程铸流混合率MR_i，计算混浇坯长度；

步骤S7，根据所述换钢种过程铸流混合率MR_i、混浇坯起始位置及长度，获得所述混浇坯成分变化。