连铸过程可视化及漏钢预报方法研究与应用
发布时间：2020-11-19 03:25
连铸是现代钢铁生产链中的关键环节。随着近年来高拉速连铸技术的快速发展,急剧增加的通钢量导致结晶器热负荷显著增加,铸坯的各类表面缺陷和漏钢等异常层出不穷,对生产过程的监控水平提出了更高要求。顺应现代化工业的可视化、智能化发展趋势,开发新的过程在线检测方法和技术装备,进一步提高结晶器控制水平,对于促进高效连铸技术发展具有积极作用。本文基于计算机视觉和人工智能方法,重点围绕结晶器过程的可视化和漏钢预报方法进行研究,主要研究内容如下：首先,基于国内某钢厂弧型宽厚板坯连铸机4190炉浇铸数据和64例黏结漏钢样本,对影响黏结漏钢的工艺因素及其形成、传播行为进行实证研究。分别从铸坯尺寸、拉速、液位波动以及热流等方面,归纳影响黏结漏钢的主要因素；同时,依据实测的热电偶温度对黏结漏钢的温度模式进行分析,重点考察黏结的移动速率、角度等传播特征,为开发漏钢可视化预报方法提供参考和借鉴。其次,依据计算机视觉技术,研究开发结晶器过程可视化方法和热成像技术,采用帧间差分、阈值分割、八连通区域标记及边界跟踪等图像处理算法,对漏钢和纵裂纹发生时结晶器的温度异常区域进行标记和特征提取,从温度变化、几何、位置、移动等方面,归纳和提炼结晶器黏结的共性特征,并与伪黏结进行比照和区分。结果证实,伴随漏钢出现的温度、几何与传播等行为特征,能够作为区分真、伪黏结漏钢的重要判据。在此基础之上,针对黏结漏钢的可视化和智能预报方法进行研究。以黏结热点区域温度速率、几何以及移动特征为输入参量,建立了基于BP神经元网络的漏钢预报模型,分别采用LM(Levenberg-Marquardt)算法和GA (Genetic Algorithm)遗传算法,对BP神经网络模型进行训练和优化。利用现场追踪和收集的64例黏结漏钢和200例伪黏结样本,对BP网络、LM-BP网络和GA-LM-BP网络模型进行测试和分析,综合考察、比照各模型的预报精度和效率。最后,基于连铸现场结晶器温度、液压振动、铸机设备、工艺参数等信号检测条件,依据上述开发的过程可视化、计算机视觉及人工智能等相关算法,设计和开发结晶器过程可视化及漏钢预报专家系统,集成铜板温度检测、摩擦力检测、振动状态检测、过程可视化和漏钢预报等功能。系统于国内某钢厂弧形板坯铸机上线投入应用,在近一年与国外某系统并行监控结晶器的服役过程中,系统未发生漏报,且误报次数大幅降低,漏钢报警的准确率显著提升,在保障生产顺行方面发挥了重要作用,显示出良好应用潜力。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TF341.6;TF777
【部分图文】：
?大连理工大学博士学位论文???纵裂纹是板还较常见、危害较大的表面缺陷丨２９］。严重的表面纵裂纹长度可达数米，??深度可达７０＿，超过铸杯出结晶器后的安全还壳厚度，裂纹宽度最大可达ｌＯｍｍ。出??现连铸还纵裂时，轻者需要进行精整，重者会导致漏钢或判为废品１３２］，极大地降低了连??铸坏生产效率和铸坏质量，给企业带来极大的经济损失。因此，纵裂纹的防止和预报是??冶金工作者关注的焦点之一。??表面纵裂纹是连铸坏的主要缺陷，含碳量在０．０９％？０．］７％的亚包晶钢板坏纵裂纹问??题最为显著，其巾，又以碳含量０．］１％？０．］４％的纵裂纹发生几率最高。关于纵裂纹初始??形成位置，冶金工作者们一致认为纵裂纹形成于结晶器上部弯月面附近，Ｓａｅｋｉ等人??在距结晶器铜板上端ｌ］Ｏｍｍ处加工Ｈ槽进行试验，若高温液态钢水弯月面高于Ｈ槽，??铸还表面没有纵裂纹发生，若液态钢水弯月面控制在Ｈ槽位置，则会产生较多纵裂纹，??由此证实连铸还表面纵裂纹形成于弯月面附近。??
?连祷过程可视化及漏钢预报方法研究与应用???热电偶位置时，热电偶温度将出现先上升后下降的现象，这也是利用电偶温度判断點结??的主要依据。在实际应用过程中，该方法除了考虑热电偶温度之外，还可以结合拉速、??液位波动以及热流等工艺因素进行综合考虑，特别是开饶、更换中间包等工艺操作过程。??测温法预报漏钢的优势在于：一是點结漏钢形成过程中具有典型温度“时滞”和“倒??置”现象；另外，由于热电偶温度精度较高，可以对铜板局部的温度变化进行实时监测，??对漏钢等异常的反映更加灵敏。??
铸还是否出现纵裂纹，并指出适当增加结晶器锥度可以抑制纵裂纹，改善和优化保护渣??的物性和工艺操作，也有助于预防纵裂纹。陈来军Ｉ５４］以钢水成分（［Ｃ］，?［Ｍｎ］，?［Ｓ］，?［Ｐ］，??［Ｓｉ］）、钢水过热度、拉坏速度、结晶器宽面水量等因素为参数，建立了?ＢＰ神经网络模??纵裂预测模型，对铸坏表面纵裂纹的预测起到了积极作用。??目前，国内外关于纵裂纹研究主要以模拟预测为主，而结晶器中铸坏表面纵裂纹检??测技术研究较少，若能实现纵裂纹实时检测，或纵裂纹实时检测与模拟预测相结合，将??对连铸坏表面纵裂纹预防起到十分重要作用。??１．?４结晶器在线监控技术开发和应用现状??１．４．１国内外研究现状??随着国民经济的发展，我国钢铁产品市场需求量十分巨人，作为连铸机设备的“心??脏”，结晶器运行状态对连铸质量具有决定性作用，性能优异的结晶器漏钢预报和监控??系统是生产高品质铸还的前提和保障，对连铸生产的顺利进行、提高铸还质量具有重要??意义，因此，结晶器漏钢预报和监控系统自诞生以来，一直受到国内外钢铁企业及冶金??工作者的高度关注。??
本文编号：2889623
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TF341.6;TF777
【部分图文】：
?大连理工大学博士学位论文???纵裂纹是板还较常见、危害较大的表面缺陷丨２９］。严重的表面纵裂纹长度可达数米，??深度可达７０＿，超过铸杯出结晶器后的安全还壳厚度，裂纹宽度最大可达ｌＯｍｍ。出??现连铸还纵裂时，轻者需要进行精整，重者会导致漏钢或判为废品１３２］，极大地降低了连??铸坏生产效率和铸坏质量，给企业带来极大的经济损失。因此，纵裂纹的防止和预报是??冶金工作者关注的焦点之一。??表面纵裂纹是连铸坏的主要缺陷，含碳量在０．０９％？０．］７％的亚包晶钢板坏纵裂纹问??题最为显著，其巾，又以碳含量０．］１％？０．］４％的纵裂纹发生几率最高。关于纵裂纹初始??形成位置，冶金工作者们一致认为纵裂纹形成于结晶器上部弯月面附近，Ｓａｅｋｉ等人??在距结晶器铜板上端ｌ］Ｏｍｍ处加工Ｈ槽进行试验，若高温液态钢水弯月面高于Ｈ槽，??铸还表面没有纵裂纹发生，若液态钢水弯月面控制在Ｈ槽位置，则会产生较多纵裂纹，??由此证实连铸还表面纵裂纹形成于弯月面附近。??
?连祷过程可视化及漏钢预报方法研究与应用???热电偶位置时，热电偶温度将出现先上升后下降的现象，这也是利用电偶温度判断點结??的主要依据。在实际应用过程中，该方法除了考虑热电偶温度之外，还可以结合拉速、??液位波动以及热流等工艺因素进行综合考虑，特别是开饶、更换中间包等工艺操作过程。??测温法预报漏钢的优势在于：一是點结漏钢形成过程中具有典型温度“时滞”和“倒??置”现象；另外，由于热电偶温度精度较高，可以对铜板局部的温度变化进行实时监测，??对漏钢等异常的反映更加灵敏。??
铸还是否出现纵裂纹，并指出适当增加结晶器锥度可以抑制纵裂纹，改善和优化保护渣??的物性和工艺操作，也有助于预防纵裂纹。陈来军Ｉ５４］以钢水成分（［Ｃ］，?［Ｍｎ］，?［Ｓ］，?［Ｐ］，??［Ｓｉ］）、钢水过热度、拉坏速度、结晶器宽面水量等因素为参数，建立了?ＢＰ神经网络模??纵裂预测模型，对铸坏表面纵裂纹的预测起到了积极作用。??目前，国内外关于纵裂纹研究主要以模拟预测为主，而结晶器中铸坏表面纵裂纹检??测技术研究较少，若能实现纵裂纹实时检测，或纵裂纹实时检测与模拟预测相结合，将??对连铸坏表面纵裂纹预防起到十分重要作用。??１．?４结晶器在线监控技术开发和应用现状??１．４．１国内外研究现状??随着国民经济的发展，我国钢铁产品市场需求量十分巨人，作为连铸机设备的“心??脏”，结晶器运行状态对连铸质量具有决定性作用，性能优异的结晶器漏钢预报和监控??系统是生产高品质铸还的前提和保障，对连铸生产的顺利进行、提高铸还质量具有重要??意义，因此，结晶器漏钢预报和监控系统自诞生以来，一直受到国内外钢铁企业及冶金??工作者的高度关注。??
本文编号：2889623
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