專利名稱：：大方坯連鑄生產(chǎn)過程工藝模擬與復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于冶金連鑄的生產(chǎn)過程模擬領(lǐng)域，特別涉及了一種大方坯連鑄過程的二冷與輕壓下工藝模擬和現(xiàn)場生產(chǎn)過程復(fù)現(xiàn)方法，可以實(shí)現(xiàn)對大方坯連鑄過程中二冷與輕壓下工藝的模擬，以及對現(xiàn)場生產(chǎn)過程的工藝復(fù)現(xiàn)功能。
背景技術(shù)：
：對比國內(nèi)目前已經(jīng)申請的發(fā)明情況大多針對大方坯連鑄二冷與輕壓下工藝本身，如專利CN101036921,CN101347822,CN101362195,CN101362196僅側(cè)重了溫度場在線檢測、二冷水控制和輕壓下壓下量等工藝本身。其它如CN2579561，CN2684971主要針對大方坯連鑄機(jī)二冷和輕壓下設(shè)備本身。在連鑄模擬系統(tǒng)方面，除專利CN101169624A外大多針對連鑄生產(chǎn)過程的總體工藝流程。專利CN101169624A.是針對板坯連鑄二次冷卻及動態(tài)輕壓下離線仿真系統(tǒng)，通常把生產(chǎn)鑄坯斷面邊長大于等于220mm(含圓坯、矩形坯)的方坯連鑄機(jī)叫做大方坯連鑄機(jī)。大方坯連鑄機(jī)多以生產(chǎn)中、高碳合金鋼為主，'用以軋制高強(qiáng)度型鋼、槽鋼、線材、無縫鋼管等對內(nèi)部質(zhì)量和壓縮比要求較高的鋼種。由于其澆鑄斷面較大，鑄坯易出現(xiàn)鼓肚變形、角部裂紋、中間裂紋、中心疏松、中心偏析等缺陷。合理的二冷制度能夠保證鑄坯冷卻過程的均勻穩(wěn)定，防止裂紋、鼓肚等缺陷的形成，同時對鑄坯中液相穴的形狀和深度具有非常重要的影響，其設(shè)計(jì)合理性與控制穩(wěn)定性將直接影響輕壓下實(shí)施效果。輕壓下技術(shù)目前被公認(rèn)為解決鑄坯中心偏析和疏松的最有效技術(shù)，特別在采用大方坯連鑄機(jī)生產(chǎn)對于壓縮比要求苛刻的鋼種時，采用輕壓下技術(shù)可以明顯改善鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量，提高鑄坯成材率。目前對輕壓下和二冷工藝的研究多采用現(xiàn)場試驗(yàn)的方法進(jìn)行，其弊端主要在于-1、需要占用大量的生產(chǎn)時間進(jìn)行調(diào)試，打亂了正常的生產(chǎn)節(jié)奏；'2、工藝不正確時易產(chǎn)生廢坯，增加試驗(yàn)成本；3、由于現(xiàn)場生產(chǎn)條件的復(fù)雜，某些隨機(jī)因素會影響最終試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性；4、試驗(yàn)只能得出某一類鋼在穩(wěn)定生產(chǎn)條件下的生產(chǎn)工藝，不能形成針對多個鋼種，多種澆鑄條件下的指導(dǎo)性工藝制度。
發(fā)明內(nèi)容為了解決現(xiàn)有輕壓下和二冷工藝的研究現(xiàn)場試驗(yàn)的方法不足，本發(fā)明提出的系統(tǒng)目的在于對大方坯連鑄二冷及動態(tài)輕壓下整套技術(shù)的具體控制過程進(jìn)行模擬，以及對現(xiàn)場生產(chǎn)過程工藝進(jìn)行復(fù)現(xiàn)，為大方坯連鑄動態(tài)輕壓下技術(shù)的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。采用本發(fā)明提出的系統(tǒng)一方面可以方便準(zhǔn)確的模擬大方坯連鑄過程中二冷和輕壓下的控制過程，并通過模擬結(jié)果判斷工藝、控制參數(shù)的合理性，為生產(chǎn)過程中參數(shù)的評價、優(yōu)化和設(shè)計(jì)提供了良好的依據(jù)；另一方面，系統(tǒng)的生產(chǎn)復(fù)現(xiàn)功能為工藝診斷和鑄坯質(zhì)量問題研究提供了定量數(shù)據(jù)支持。本發(fā)明提出的系統(tǒng)具有操作簡單，界面友好，計(jì)算精度高等特點(diǎn)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是該系統(tǒng)由面向?qū)ο箫@示模塊、數(shù)據(jù)庫存儲模塊和模擬計(jì)算模塊三個功能模塊構(gòu)成其中，面向?qū)ο箫@示模塊包括輸入單元和輸出單元，其中輸入單元用于系統(tǒng)數(shù)據(jù)的設(shè)定和數(shù)據(jù)初始化，設(shè)定的數(shù)據(jù)包括鑄機(jī)參數(shù)、工藝參數(shù)和澆鑄條件；鑄機(jī)參數(shù)包括鋼種、鑄機(jī)布置和7K量設(shè)定，工藝參數(shù)包括目標(biāo)拉速、中包溫度、鋼種、冷坯寬度、冷坯厚度、水表；系統(tǒng)的復(fù)現(xiàn)過程，輸入單元的數(shù)據(jù)是從現(xiàn)場下載的數(shù)據(jù)；輸入單元中設(shè)定的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫；輸出單元用于系統(tǒng)的計(jì)算結(jié)果顯示；模擬計(jì)算模塊，包括數(shù)據(jù)接收單元、動態(tài)小單元跟蹤單元和工藝模型判斷單元，其中數(shù)據(jù)接收單元通過數(shù)據(jù)庫獲取生產(chǎn)過程參數(shù)；動態(tài)小單元跟蹤單元對大方坯的鋼種、位置、坯齡、平均拉速進(jìn)行跟蹤；工藝模型判斷單元對澆鑄狀態(tài)進(jìn)行判斷，包括開澆、澆鑄和拉尾坯；計(jì)算單元用于工藝模型的計(jì)算，包括實(shí)時溫度場計(jì)算、動態(tài)二冷計(jì)算和動態(tài)輕壓下計(jì)算；系統(tǒng)以數(shù)據(jù)庫為連接環(huán)節(jié)，將面向?qū)ο箫@示模塊輸入的初始化數(shù)據(jù)和即時數(shù)據(jù)存儲，并傳送到模擬計(jì)算模塊；模擬計(jì)算模塊的溫度場計(jì)算結(jié)果、動態(tài)二冷計(jì)算結(jié)果和動態(tài)輕壓下計(jì)算結(jié)果回送到面向?qū)ο箫@示模塊和數(shù)據(jù)庫存儲模塊。所述的溫度場計(jì)算包括寬面、窄面、角部、中心、液相和固相凝固等溫線。所述的動態(tài)二冷計(jì)算包括二冷區(qū)起始位置、終止位置、水表設(shè)定值和選用水表。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)大方坯連鑄現(xiàn)場生產(chǎn)過程的工藝復(fù)現(xiàn)，即通過調(diào)用輸入采集到的生產(chǎn)過程的澆鑄條件和工藝條件數(shù)據(jù)，復(fù)現(xiàn)生產(chǎn)過程的鑄坯溫度場分布情況及二冷和輕壓下工藝實(shí)施情況，為異常事故分析、工藝診斷、鑄坯質(zhì)量問題研究提供了定量數(shù)據(jù)支持。輸出單元包括實(shí)時模擬及現(xiàn)場復(fù)現(xiàn)結(jié)果數(shù)據(jù)的Excel表導(dǎo)出。模擬計(jì)算模塊的數(shù)據(jù)接收單元獲取生產(chǎn)過程參數(shù)，動態(tài)小單元跟蹤單元對大方坯的鋼種、位置、坯齡、平均拉速進(jìn)行跟蹤，工藝模型判斷單元對澆鑄狀態(tài)進(jìn)行判斷，通過設(shè)置狀態(tài)字來確定澆鑄狀態(tài)。復(fù)現(xiàn)的過程狀態(tài)的判斷過程如下將第一坯確定為開澆，最后一坯確定為拉尾坯，其他的板坯確定為澆鑄。模擬計(jì)算模塊的計(jì)算單元用于實(shí)時溫度場計(jì)算、動態(tài)二冷計(jì)算和動態(tài)輕壓下計(jì)算。4本發(fā)明提出系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)如下1、本發(fā)明的研究對象為大方坯連鑄機(jī)，與板坯連鑄機(jī)機(jī)型完全不一樣，如大方坯連鑄機(jī)空冷區(qū)占鑄機(jī)流線長度的一半左右，而板坯連鑄機(jī)沒有空冷區(qū)，二者傳熱條件不一樣。又如，大方坯連鑄機(jī)寬厚比不大于1:2，本發(fā)明的溫度計(jì)算模型采用二維方法計(jì)算了鑄坯寬面、窄面、角部、中心的全部溫度分布，而板坯的寬厚比大于1:5，采用一維計(jì)算方法僅計(jì)算寬面中心的溫度發(fā)布。2、本發(fā)明注重工藝優(yōu)化功能，澆鑄條件的輸入以圖表格式顯示出來，更加直觀便于分析；3、本發(fā)明提出的系統(tǒng)架構(gòu)模式與CN101169624A不一樣，CN101169624A采用的是網(wǎng)絡(luò)模式，而本發(fā)明則是單機(jī)運(yùn)行，CN101169624A采用四模塊的架構(gòu)方式，本發(fā)明提出的系統(tǒng)則采用直觀的三模塊架構(gòu)，其中數(shù)據(jù)庫模塊功能強(qiáng)大，可以將整個模擬或復(fù)現(xiàn)過程中的所有初始、過程、結(jié)果數(shù)據(jù)予以備份，供對結(jié)果分析用，而CN101169624A發(fā)明的數(shù)據(jù)庫僅做模型參數(shù)存儲使用；4、本發(fā)明具有現(xiàn)場復(fù)現(xiàn)功能，CN101169624A專利提出的系統(tǒng)不具備該功能。綜上所述，除本發(fā)明外，其它已公開的發(fā)明均不涉及大方坯連鑄二冷與輕壓下工藝的模擬過程，更不涉及工藝的現(xiàn)場復(fù)現(xiàn)技術(shù)。由于該大方坯動態(tài)輕壓下模擬與復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)在現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)過程的基礎(chǔ)上，模擬了大方坯連鑄過程中的各種實(shí)際生產(chǎn)條件，且通過3種澆鑄條件與澆鑄工藝模型實(shí)現(xiàn)了對現(xiàn)場生產(chǎn)的各個工藝環(huán)節(jié)的模擬，從而提高了模擬系統(tǒng)計(jì)算的準(zhǔn)確性，對大方坯連鑄動態(tài)輕壓下技術(shù)的在線應(yīng)用具有積極的指導(dǎo)意義，并為現(xiàn)場生產(chǎn)提供了有力幫助。鋼種開發(fā)的優(yōu)越性。模擬與復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)的面向?qū)ο箫@示模塊可以供用戶實(shí)時地對開澆工藝等各種工藝進(jìn)行調(diào)試修改，以及對模擬計(jì)算所需的各種參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和修改，而且在鋼種參數(shù)界面可以對各種鋼種參數(shù)進(jìn)行修改，還可以增加新鋼種?；谝陨系膬?yōu)勢，該模擬與復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)對于開發(fā)新鋼種起到了很好的模擬作用，體現(xiàn)了開發(fā)新鋼種的優(yōu)越性，方便對實(shí)際生產(chǎn)工藝流程的診斷和研究分析。本發(fā)明提出的系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場生產(chǎn)過程的工藝復(fù)現(xiàn)功能，從而為工藝診斷和鑄坯質(zhì)量問題研究提供了定量數(shù)據(jù)支持。圖l:大方坯連鑄動態(tài)輕壓下模擬與復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)架構(gòu)圖2:模擬計(jì)算模塊流程圖圖3:跟蹤單元示意圖4:輕壓下工藝參數(shù)示意具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步描述本發(fā)明提出的系統(tǒng)主要由面向?qū)ο箫@示模塊、數(shù)據(jù)庫存儲模塊、模擬計(jì)算模塊三部分組成，見附圖l。其中面向?qū)ο箫@示模塊屬于用戶操作平臺，其功能包括①實(shí)現(xiàn)工藝模擬過程中各種工藝條件、澆轉(zhuǎn)條件的初始化輸入和模擬過程中的即時輸入功能，現(xiàn)場復(fù)現(xiàn)過程中現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)存儲文件的讀入功能；②實(shí)時地讀取模擬計(jì)算結(jié)果的功能；③將數(shù)據(jù)都存儲到數(shù)據(jù)庫模塊的功能。數(shù)據(jù)庫存儲模塊，該模塊是面向?qū)ο箫@示模塊和模擬計(jì)算模塊的樞紐，包括①對整個模擬過程中模擬條件參數(shù)和工藝模型參數(shù)的存儲；②現(xiàn)場復(fù)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲；③模擬和復(fù)現(xiàn)結(jié)果數(shù)據(jù)的存儲。模擬計(jì)算模塊，其功能包括①輸入數(shù)據(jù)和工藝模型的初始化，②從數(shù)據(jù)庫模塊讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時更新；③工藝模型計(jì)算;④將計(jì)算數(shù)據(jù)發(fā)布到面向?qū)ο箫@示模塊。面向?qū)ο箫@示模塊是本發(fā)明提出系統(tǒng)的關(guān)鍵，它是供用戶操作使用的直接平臺，模擬系統(tǒng)的所有功能接口都集成在主界面的菜單當(dāng)中。面向?qū)ο箫@示模塊按功能分為5部分，分別為變量觸發(fā)部分，參數(shù)設(shè)定部分(在控制面板中實(shí)現(xiàn))，澆鑄條件與工藝預(yù)設(shè)部分，模擬及復(fù)現(xiàn)結(jié)果數(shù)據(jù)顯示部分和數(shù)據(jù)輸出部分。該模塊的相關(guān)說明可參看附圖1中的面向?qū)ο箫@示模塊的相關(guān)組成及表l中相應(yīng)菜單說明，下面不再提示。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>變量觸發(fā)部分一方面可以實(shí)現(xiàn)模擬條件輸入，如可在條件觸發(fā)對話框中可以輸入如目標(biāo)拉速、中包溫度、鋼種、冷坯寬度、冷坯厚度、水表等模擬條件，而且可以選擇相應(yīng)的開澆、澆鑄過程、拉尾坯預(yù)設(shè)模式，最后通過觸發(fā)"條件輸入"按鈕進(jìn)行模擬條件觸發(fā)。觸發(fā)后，用戶可以通過對"變量觸發(fā)"下拉菜單中的鑄機(jī)狀態(tài)進(jìn)行選擇"澆鑄"或"拉尾坯"，實(shí)現(xiàn)X寸模擬過程開始的觸發(fā)。另一方面，用戶可以通過對"變量觸發(fā)"下拉菜單中的"現(xiàn)場數(shù)據(jù)復(fù)現(xiàn)"調(diào)出現(xiàn)場數(shù)據(jù)源讀入對話框，該部分可以實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)源的讀入，最后通過觸發(fā)"復(fù)現(xiàn)"按鈕實(shí)現(xiàn)其到數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)換并實(shí)現(xiàn)對復(fù)現(xiàn)過程的觸發(fā)。復(fù)現(xiàn)過程觸發(fā)后將屏蔽其他模擬的數(shù)據(jù)源，直接將現(xiàn)場數(shù)據(jù)源轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)庫形式，然后供模擬計(jì)算模塊調(diào)用。在"控制面板"下拉菜單中有"鑄機(jī)布置參數(shù)"、"鋼種參數(shù)設(shè)定"、"水表設(shè)定"、"壓下模式設(shè)定"、"實(shí)時壓下參數(shù)"和"實(shí)時二冷參數(shù)"六個菜單，它們屬于參數(shù)設(shè)定部分。其中"鑄機(jī)布置參數(shù)"菜單可以觸發(fā)鑄機(jī)布置參數(shù)設(shè)定對話框，對鑄機(jī)的二冷區(qū)、拉矯區(qū)的具體布置參數(shù)(如二冷段劃分、位置，拉矯輥數(shù)目、位置等)進(jìn)行設(shè)定。"鋼種參數(shù)設(shè)定"菜單可以觸發(fā)鋼種參數(shù)對話框，在該對話框中可以實(shí)現(xiàn)對各種鋼種參數(shù)的査看、修改以及增刪功能。相應(yīng)地，在"水表維護(hù)"對話框中可以對各水表的數(shù)據(jù)進(jìn)行査看、修改及增刪等功能。在"壓下模式設(shè)定"對話框中則可以實(shí)現(xiàn)對各個壓下模式進(jìn)行査看和修改的功能。在"實(shí)時水表參數(shù)"對話框中可以實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場澆鑄過程中各二冷區(qū)水量的査看等功能。在"實(shí)時壓下參數(shù)"對話框中可以査看實(shí)時的壓下參數(shù)信息等。以上的參數(shù)修改功能均在模擬計(jì)算模型的下個計(jì)算周期時調(diào)入，從而完成各種參數(shù)的實(shí)時修改功能。"澆鑄條件與工藝預(yù)設(shè)"菜單集成了該模擬系統(tǒng)的三種工藝過程預(yù)設(shè)模型，在相應(yīng)的預(yù)設(shè)模型對話框中可以查看各模式下的拉速和過熱度隨時間變化的情況，并對相應(yīng)的工藝參數(shù)，如開澆工藝中的各模式下的中包溫度、鋼種、初始拉速、開澆拉速、開澆時間、應(yīng)用水表等參數(shù)進(jìn)行修改，還可以實(shí)現(xiàn)對開澆工藝模式的增加和刪除功能。模擬及復(fù)現(xiàn)結(jié)果數(shù)據(jù)的實(shí)時顯示部分，實(shí)現(xiàn)了對所有模擬計(jì)算數(shù)據(jù)，如工藝參數(shù)、溫度場相關(guān)數(shù)據(jù)、動態(tài)二冷數(shù)據(jù)、輕壓下數(shù)據(jù)等的顯示功能，其包括關(guān)鍵數(shù)據(jù)顯示、二冷數(shù)據(jù)顯示、溫度場顯示、數(shù)據(jù)輸出預(yù)覽、二冷趨勢顯示、輥縫數(shù)據(jù)顯示、輥縫剖面圖顯示、輥縫圖示等溫線顯示等組成部分。此外，在面向?qū)ο箫@示模塊還添加了數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能，包括實(shí)時模擬及現(xiàn)場復(fù)現(xiàn)結(jié)果數(shù)據(jù)的Excel表導(dǎo)出，和界面的圖片導(dǎo)出功能。數(shù)據(jù)庫存儲模塊則負(fù)責(zé)從面向?qū)ο箫@示模塊接收動態(tài)輕壓下模擬各個過程所需的各種相關(guān)參數(shù)以及現(xiàn)場復(fù)現(xiàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行存儲，并供模擬計(jì)算模塊調(diào)用，是整個模擬系統(tǒng)的重要組成部分。在數(shù)據(jù)庫中包含了條件初始化數(shù)據(jù)、鑄機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)、鑄機(jī)布置數(shù)據(jù)、鋼種參數(shù)數(shù)據(jù)、水表數(shù)據(jù)、實(shí)時二冷數(shù)據(jù)、壓下模式數(shù)據(jù)、實(shí)時壓下數(shù)據(jù)、開澆預(yù)設(shè)參數(shù)數(shù)據(jù)、澆鑄過程預(yù)設(shè)參數(shù)數(shù)據(jù)、拉尾坯預(yù)設(shè)參數(shù)數(shù)據(jù)和模擬計(jì)算用系數(shù)數(shù)據(jù)、模擬及復(fù)現(xiàn)結(jié)果數(shù)據(jù)。利用數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，方便了數(shù)據(jù)的保護(hù)和備份功能的實(shí)現(xiàn)(見附圖1中數(shù)據(jù)庫模塊相應(yīng)組成)。該模擬系統(tǒng)在對模擬相關(guān)數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫的過程中使用了"臨界區(qū)"技術(shù)，即當(dāng)面向?qū)ο箫@示模塊向數(shù)據(jù)庫傳遞數(shù)據(jù)時，模擬計(jì)算模塊不能夠從數(shù)據(jù)庫中讀取數(shù)據(jù)，從而防止了數(shù)據(jù)庫"死鎖"的發(fā)生，保證了數(shù)據(jù)安全。模擬計(jì)算模塊是整個動態(tài)輕壓下模擬與復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)的核心部分，也是本發(fā)明提出系統(tǒng)的核心。該模塊包括數(shù)據(jù)更新部分、模擬工藝模型判斷及計(jì)算部分、輕壓下核心計(jì)算部分、時間周期管理部分。附圖2是模擬計(jì)算模塊的流程圖。數(shù)據(jù)更新部分首先設(shè)定了整個模擬計(jì)算過程所需的所有參數(shù)，并進(jìn)行初始化和對模擬及復(fù)現(xiàn)的判斷，然后周期性地從數(shù)據(jù)庫中讀取各種模擬條件參數(shù)和工藝模型參數(shù)或者直接讀取現(xiàn)場復(fù)現(xiàn)數(shù)據(jù)，更新數(shù)據(jù)。需要強(qiáng)1i的是，如果判斷為現(xiàn)場復(fù)現(xiàn)計(jì)算過程，則直接跳過下面的模擬工藝模型判斷，進(jìn)行復(fù)現(xiàn)過程的計(jì)算。模擬工藝模型判斷及計(jì)算部分則通過對鑄機(jī)狀態(tài)和"澆鑄標(biāo)志"的判斷，調(diào)用不同的工藝模型進(jìn)行計(jì)算，其中"澆鑄標(biāo)志"在數(shù)據(jù)初始化時被初始化為"開澆"狀態(tài)。當(dāng)用戶沒有觸發(fā)鑄機(jī)狀態(tài)為"澆鑄"時，所有工藝參數(shù)置為0，并返回?cái)?shù)據(jù)更新部分，直至"鑄機(jī)狀態(tài)"變?yōu)?澆鑄"。當(dāng)"鑄機(jī)狀態(tài)"為澆鑄時，則再進(jìn)行"澆鑄標(biāo)志"的判斷，由于"澆鑄狀態(tài)"開始為"開澆"，故首先進(jìn)行開澆工藝模型計(jì)算，計(jì)算后對工藝參數(shù)進(jìn)行更新，并對相關(guān)模型時間進(jìn)行累計(jì)，然后退出一個計(jì)算循環(huán)。當(dāng)開澆工藝模型計(jì)算結(jié)束時，相應(yīng)的模型計(jì)算時間則剛好到設(shè)定值，此時將"澆鑄標(biāo)志"設(shè)為"澆鑄過程"，然后退出計(jì)算循環(huán)。這樣，在模擬計(jì)算模塊的下個計(jì)算循環(huán)中，經(jīng)由對"澆鑄標(biāo)志"的判斷，進(jìn)入了澆鑄過程工藝模型計(jì)算部分。同理，.當(dāng)澆鑄過程工藝模型計(jì)算結(jié)束時，"澆鑄標(biāo)志"設(shè)為"拉尾坯"，從而在下個計(jì)算周期時進(jìn)入拉尾坯工藝模型計(jì)算。當(dāng)澆鑄過程工藝進(jìn)行時，用戶也可以通過將"鑄機(jī)狀態(tài)"置為"拉尾坯"觸發(fā)拉尾坯工藝模型進(jìn)行計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的拉尾坯狀態(tài)的模擬。輕壓下核心計(jì)算部分則在動態(tài)小單元跟蹤的基礎(chǔ)上，通過實(shí)時溫度場計(jì)算、動態(tài)二冷計(jì)算、動態(tài)輕壓下計(jì)算，最終完成了對模擬各種相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算處理，并返回?cái)?shù)據(jù)處理結(jié)果。單元跟蹤部分實(shí)現(xiàn)了對澆鑄方向上各個小單元下鋼種、位置、坯齡、平均拉速、過熱度、受水量的跟蹤。實(shí)時溫度場計(jì)算則通過計(jì)算提供了鑄坯斷面的溫度分布、坯殼形狀、兩相區(qū)位置和凝固末端位置等信息。動態(tài)二冷計(jì)算和動態(tài)輕壓下計(jì)算則在實(shí)時溫度場計(jì)算的基礎(chǔ)上，經(jīng)過計(jì)算分別提供了各二冷區(qū)的水量設(shè)定和各壓下輥的輥縫值等信息。其中實(shí)時溫度場計(jì)算、動態(tài)二冷計(jì)算、動態(tài)輕壓卞計(jì)算說明如下。實(shí)時溫度場計(jì)算模型以"跟蹤單元"為計(jì)算對象(見附圖3),即將流線上的鑄坯沿拉坯方向劃分為多個動態(tài)薄片單元，將各單元的初始溫度、鋼種、"坯齡"、位置、所處冷卻區(qū)、受水量等初始條件和過程條件與單元的溫度場相關(guān)聯(lián)，從而使各單元與時間相關(guān)，成為沿鑄坯拉坯方向不斷運(yùn)動的"跟蹤單元"。結(jié)合各"跟蹤單元"的上一周期溫度場計(jì)算結(jié)果，采用有限差分方法計(jì)算每個跟蹤單元當(dāng)前周期的溫度場。將全部跟蹤單元的計(jì)算結(jié)果聯(lián)系起來，即可實(shí)時描述整個流線上全部鑄坯的溫度分布。動態(tài)二冷控制模型主要由二冷水量在線計(jì)算和二冷水量修正計(jì)算兩個功能模塊組成。二冷水量在線計(jì)算模塊能夠根據(jù)冷卻工藝(與鋼種相關(guān))、拉速和過熱度的變化實(shí)時計(jì)算各二冷區(qū)水量。該模塊采用平均拉速控制方法，即將各區(qū)水量與各區(qū)內(nèi)鑄坯的平均"坯齡"相關(guān)，8該方法符合二冷傳熱的單向耦合性，能夠保證非穩(wěn)態(tài)澆鑄過程中鑄坯受冷卻強(qiáng)度的穩(wěn)定、連續(xù)變化。水量修正計(jì)算模塊能夠根據(jù)生產(chǎn)過程中鑄機(jī)狀態(tài)以及其它澆鑄條件的變化對二冷水量進(jìn)行修正調(diào)節(jié)，進(jìn)一步保證了生產(chǎn)的安全和穩(wěn)定。水量修正計(jì)算主要包括安全水量和準(zhǔn)備水量設(shè)定、結(jié)晶器足輥冷卻修正計(jì)算、異鋼種連澆冷卻修正計(jì)算等。以上二個計(jì)算模型用到的凝固傳熱數(shù)學(xué)模型說明如下為了簡化計(jì)算，根據(jù)實(shí)際情況做如下假設(shè)①忽略拉坯方向的傳熱；②彎月面不做特殊處理；③連鑄機(jī)同一段均勻冷卻。為此方坯連鑄傳熱過程用非穩(wěn)態(tài)二維傳熱方程表示為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>(i)式中，r一溫度，°C;f一時間，&p—密度，A:g/W;C—比熱，W單fr力A:《一有效導(dǎo)熱系數(shù)，恥丫w'S—熱源，『/附3。初始條件r(x，_y，o)=rc(2)式中."7;為澆鑄溫度。邊界條件(1)結(jié)晶器.在結(jié)晶器冷卻區(qū)，Savage和Pritchard認(rèn)為結(jié)晶器傳熱是鑄坯拉速和離彎月面距離的函數(shù)，Davies等人提出了如下經(jīng)驗(yàn)公式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>(3)式中，g—熱流密度，Z"—離彎月面的距離，m;、~-(2)二冷區(qū)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>(4)式中，換熱系數(shù)，恥T附"'。C厶7;mA—環(huán)境溫度，。C;o"—Stefan-Boltzman常數(shù)/5.67x10—s『/(附2.i^);e—鑄坯表面黑度系數(shù)，取0.8。(3)空冷區(qū)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>(5)鑄坯中心:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>(6)其中，^為溫度場函數(shù)r的方向余弦。壓下量、壓下區(qū)間和壓下率是輕壓下的三個關(guān)鍵工藝控制參數(shù)，其中壓下量指鑄坯受輕壓下作用前后厚度的改變總量；壓下區(qū)間指輕壓下的作用區(qū)域；壓下率指壓下總量在壓下區(qū)間內(nèi)的分配規(guī)則。大方坯連鑄生產(chǎn)過程中，鑄坯凝固末端大多位于空冷區(qū)內(nèi)。當(dāng)澆鑄條件改變時，動態(tài)輕壓下控制遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)壓下區(qū)間內(nèi)各拉矯機(jī)壓下輥輥縫值，保證壓下量在壓下區(qū)間的的連續(xù)、有效施加。大方坯動態(tài)輕壓下控制模型的計(jì)算流程為首先根據(jù)輸入的空冷區(qū)鑄坯中心溫度和鑄坯鋼種參數(shù)計(jì)算各機(jī)架位置處鑄坯中心固相率；根據(jù)計(jì)算結(jié)果結(jié)合輸入的壓下工藝參數(shù)計(jì)算各拉矯機(jī)壓下量；對各拉矯機(jī)單體壓下量進(jìn)行限定修正等處理；最后疊加鑄坯自然熱收縮制度輸出各機(jī)架壓下輥設(shè)定值。壓下計(jì)算模型用到的壓下率和壓下效率計(jì)算公式說明如下在鑄坯橫截面內(nèi)的質(zhì)量流量(M)用下式表示。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>式中h寬度方向坐標(biāo)；y:厚度方向坐標(biāo)；z:拉坯方向坐標(biāo)，垂直于紙面；M:質(zhì)量流量，關(guān)于坐標(biāo)Z的函數(shù)；A:液相密度，關(guān)于溫度的函數(shù)；固相密度，關(guān)于溫度的函數(shù)；/s:固相率，關(guān)于溫度的函數(shù)；/。液相率，關(guān)于溫度的函數(shù)；Fsz:固相沿Z方向的速度；液相沿Z方向的速度。其中人、/3滿足/3+人=1，入用下式表示<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>(8)式中r為鋼液溫度，？;為鋼液固相線溫度，4為鋼液液相線溫度。忽略變形對壓下率的影響，即令3^^/&=0、^suf/cfe=0。得到只受密度變化影響的壓下率表達(dá)式如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>壓下效率公式如下:且統(tǒng)(10)其中，A4為表面壓下面積，A4為液芯減少面積。時間周期管理部分可以在時間上推進(jìn)真?zhèn)€模擬系統(tǒng)的進(jìn)行，并通過對"澆鑄標(biāo)志"的處理實(shí)現(xiàn)了由"開澆工藝"向"澆鑄過程工藝"，以及"澆鑄過程工藝"向"拉尾坯工藝"的轉(zhuǎn)變，保證了各個模擬工藝模型計(jì)算的順利進(jìn)行。此外，由于面向?qū)ο箫@示模塊是通過"臨界區(qū)"向數(shù)據(jù)庫寫入數(shù)據(jù)的，通過時間管理部分的設(shè)置，可以使模擬計(jì)算模塊的計(jì)算周期恒定，從而使模擬計(jì)算的結(jié)果更加準(zhǔn)確。該系統(tǒng)的操作方式首先打開模擬與復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)的主界面，在系統(tǒng)菜單下進(jìn)行登陸后，才有操作權(quán)限。用戶可以在"變量觸發(fā)"菜單欄下打開條件初始化對話框，進(jìn)行模擬條件的輸入，以及模擬澆鑄條件與工藝模式的選擇，點(diǎn)擊"條件輸入"按鈕進(jìn)行模型計(jì)算的觸發(fā)。然后在"鑄機(jī)狀態(tài)"子菜單項(xiàng)下觸發(fā)"澆鑄"菜單項(xiàng)即可實(shí)現(xiàn)澆鑄過程的模擬，當(dāng)模擬為澆鑄過程工藝狀態(tài)時，用戶則可以在"鑄機(jī)狀態(tài)"子菜單項(xiàng)下觸發(fā)"拉尾坯"菜單項(xiàng)，使模擬進(jìn)入拉尾坯工藝狀態(tài)。經(jīng)過以上操作，用戶可以快速地進(jìn)行輕壓下模擬過程。當(dāng)用戶需要查看或改變鋼種參數(shù)時，則可以打開相應(yīng)的鋼種參數(shù)設(shè)定對話框進(jìn)行操作；需要査看或改變水表參數(shù)時，則可以打開相應(yīng)的水表參數(shù)設(shè)定對話框進(jìn)行操作；同上，可以進(jìn)行壓下模式的査看和修改。當(dāng)用戶需要改變澆鑄條件與澆鑄工藝預(yù)設(shè)模式時，則可以在"澆鑄條件與工藝預(yù)設(shè)"菜單下打開相應(yīng)的預(yù)設(shè)對話框，對工藝模式以及相應(yīng)的中包溫度、鋼種、拉速變化機(jī)制、水表等工藝參數(shù)進(jìn)行查看、修改和增刪。然后用戶可以到條件觸發(fā)對話框中對相應(yīng)預(yù)設(shè)模擬進(jìn)行修改，并重新點(diǎn)擊"條件輸入"按鈕實(shí)現(xiàn)模擬計(jì)算參數(shù)的改變并進(jìn)行運(yùn)算。如果需要進(jìn)行對現(xiàn)場生產(chǎn)工藝的復(fù)現(xiàn)，則直接在"變量觸發(fā)"菜單欄下打開"現(xiàn)場數(shù)據(jù)復(fù)現(xiàn)"對話框，進(jìn)行數(shù)據(jù)源的讀入，并觸發(fā)"復(fù)現(xiàn)"按鈕實(shí)現(xiàn)復(fù)現(xiàn)過程的進(jìn)行。用戶可以在面向?qū)ο箫@示模塊的顯示界面上對實(shí)時的模擬及復(fù)現(xiàn)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行査看，當(dāng)用戶需要輸出圖像時，可以點(diǎn)擊工具欄上的"截屏"按鈕對當(dāng)前的顯示界面進(jìn)行截屏操作；需要輸出數(shù)據(jù)時，可以點(diǎn)擊菜單欄上的"即時輸出"菜單項(xiàng)把當(dāng)前的模擬結(jié)果數(shù)據(jù)輸出為Excel表格文件。用戶還可以點(diǎn)擊"控制面板"菜單欄下的"輸出預(yù)覽"進(jìn)行當(dāng)前輸出數(shù)據(jù)的預(yù)覽，以及點(diǎn)擊"實(shí)時輸出"可以讓系統(tǒng)自動地每隔10s將實(shí)時的模擬結(jié)果數(shù)據(jù)輸出到Excel表格文件中。由于數(shù)據(jù)庫模塊已自動對結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行了存儲，用戶也可以不進(jìn)行這些輸出操作，直接到數(shù)據(jù)庫中提取所需數(shù)據(jù)，在靈活性上不如以上輸出操作。1權(quán)利要求1、一種大方坯連鑄生產(chǎn)過程工藝模擬與復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)，其特征是該系統(tǒng)由面向?qū)ο箫@示模塊、數(shù)據(jù)庫存儲模塊和模擬計(jì)算模塊三個功能模塊構(gòu)成其中，面向?qū)ο箫@示模塊包括輸入單元和輸出單元，其中輸入單元用于系統(tǒng)數(shù)據(jù)的設(shè)定和數(shù)據(jù)初始化，設(shè)定的數(shù)據(jù)包括鑄機(jī)參數(shù)、工藝參數(shù)和澆鑄條件；鑄機(jī)參數(shù)包括鋼種、鑄機(jī)布置和水量設(shè)定，工藝參數(shù)包括目標(biāo)拉速、中包溫度、鋼種、冷坯寬度、冷坯厚度、水表；系統(tǒng)的復(fù)現(xiàn)過程，輸入單元的數(shù)據(jù)是從現(xiàn)場下載的數(shù)據(jù)；輸入單元中設(shè)定的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫；輸出單元用于系統(tǒng)的計(jì)算結(jié)果顯示；模擬計(jì)算模塊，包括數(shù)據(jù)接收單元、動態(tài)小單元跟蹤單元和工藝模型判斷單元，其中數(shù)據(jù)接收單元通過數(shù)據(jù)庫獲取生產(chǎn)過程參數(shù)；動態(tài)小單元跟蹤單元對大方坯的鋼種、位置、坯齡、平均拉速進(jìn)行跟蹤；工藝模型判斷單元對澆鑄狀態(tài)進(jìn)行判斷，包括開澆、澆鑄和拉尾坯；計(jì)算單元用于工藝模型的計(jì)算，包括實(shí)時溫度場計(jì)算、動態(tài)二冷計(jì)算和動態(tài)輕壓下計(jì)算；系統(tǒng)以數(shù)據(jù)庫為連接環(huán)節(jié)，將面向?qū)ο箫@示模塊輸入的初始化數(shù)據(jù)和即時數(shù)據(jù)存儲，并傳送到模擬計(jì)算模塊；模擬計(jì)算模塊的溫度場計(jì)算結(jié)果、動態(tài)二冷計(jì)算結(jié)果和動態(tài)輕壓下計(jì)算結(jié)果回送到面向?qū)ο箫@示模塊和數(shù)據(jù)庫存儲模塊。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的大方坯連鑄生產(chǎn)過程工藝模擬與復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)大方坯連鑄現(xiàn)場生產(chǎn)過程的工藝復(fù)現(xiàn)，即通過調(diào)用輸入采集到的生產(chǎn)過程的澆鑄條件和工藝條件數(shù)據(jù)，復(fù)現(xiàn)生產(chǎn)過程的鑄坯溫度場分布情況及二冷和輕壓下工藝實(shí)施情況，為異常事故分析、工藝診斷、鑄坯質(zhì)量問題研究提供了定量數(shù)據(jù)支持。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的大方坯連鑄生產(chǎn)過程工藝模擬與復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)，其特征在于輸出單元包括實(shí)時模擬及現(xiàn)場復(fù)現(xiàn)結(jié)果數(shù)據(jù)的Excel表導(dǎo)出。全文摘要大方坯連鑄生產(chǎn)過程工藝模擬與復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)，屬于冶金連鑄的生產(chǎn)過程模擬領(lǐng)域，該系統(tǒng)由面向?qū)ο箫@示模塊、數(shù)據(jù)庫存儲模塊和模擬計(jì)算模塊三個功能模塊構(gòu)成其中，面向?qū)ο箫@示模塊包括輸入單元和輸出單元，其中輸入單元用于系統(tǒng)數(shù)據(jù)的設(shè)定和數(shù)據(jù)初始化，輸入單元中設(shè)定的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫；輸出單元用于系統(tǒng)的計(jì)算結(jié)果顯示；模擬計(jì)算模塊，包括數(shù)據(jù)接收單元、動態(tài)小單元跟蹤單元和工藝模型判斷單元。本發(fā)明模擬與復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)的可以方便對實(shí)際生產(chǎn)工藝流程的診斷和研究分析，本發(fā)明提出的系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場生產(chǎn)過程的工藝復(fù)現(xiàn)功能，從而為工藝診斷和鑄坯質(zhì)量問題研究提供了定量數(shù)據(jù)支持。文檔編號B22D11/16GK101559480SQ20091001183公開日2009年10月21日申請日期2009年6月3日優(yōu)先權(quán)日2009年6月3日發(fā)明者朱苗勇,李東輝,程祭申請人:東北大學(xué)