一种真空浇注钢锭重量精确控制方法与流程

本发明涉及钢锭浇铸控制，尤其涉及一种真空浇注钢锭重量精确控制方法。

背景技术：

1、真空浇注是百吨级钢锭的主要生产方法之一，其典型流程为：将中间包坐落于真空罐盖，行车吊运钢水包将钢水注入中间包内，待真空室真空度和钢水温度达到要求后，打开中间包滑板，钢水经钢包水口和限流器在真空状态下注入锭模，完成浇注。现有技术中，对真空浇注钢锭模的设计已有较多研究，涉及钢锭锥度、高径比等参数的选取。然而，真空浇注过程中，由于真空室处于密封状态，无法在浇注过程中安装称重装置对钢锭重量进行实时监测，导致钢锭重量难以精确控制。

2、目前，订货厂家对钢锭重量的偏差要求通常较为严格（如要求控制在±500 kg以内），低于偏差下限的产品可能被拒收，高于偏差上限的部分则按废钢结算。为避免产品因重量不足而被拒收，现有生产厂家在实际操作中往往倾向于过量浇注，使实际锭重远高于理论锭重。这种做法虽然规避了拒收风险，却造成了钢水的大量浪费以及生产成本的显著增加。

技术实现思路

1、为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种真空浇注钢锭重量精确控制方法。

2、本发明提出的一种真空浇注钢锭重量精确控制方法，包括：

3、s1、依据获取的锭模内腔几何参数计算锭模内腔满液重量，锭模内腔几何参数至少包括锭模总高度以及锭模上下口分别对应的第一截面尺寸、第二截面尺寸；

4、s2、基于锭模底部的预留空间高度确定该预留空间顶部所对应的锭模截面参数，计算预留空间所对应的钢液扣除量，并将锭模内腔满液重量减去钢液扣除量以确定锭身部分钢液重量；

5、s3、基于冒口填充高度确定冒口内钢液填充区域，计算填充区域所对应的冒口部分钢液重量；

6、s4、根据目标钢锭重量、锭身部分钢液重量和冒口部分钢液重量确定浇注终止标记，以在浇注液面到达浇注终止标记时停止浇注。

7、优选的，s1具体为：获取锭模总高度以及锭模上下口分别对应的第一截面尺寸、第二截面尺寸；依据第一截面尺寸、第二截面尺和锭模总高度确定锭模截面面积沿锭模高度方向的变化关系；依据变化关系和锭模总高度，计算锭模内腔容积；获取钢液密度，并将锭模内腔容积乘以钢液密度，获得锭模内腔满液重量。

8、优选的，确定锭模截面面积沿锭模高度方向的变化关系具体为：依据第一截面尺寸与第二截面尺寸的差值除以锭模总高度，获得锭模截面尺寸沿锭模高度方向的变化斜率；依据第二截面尺寸、变化斜率以及锭模高度变量，获得锭模任意高度处对应的锭模截面尺寸；依据锭模截面尺寸计算锭模任意高度处的锭模截面面积，获得锭模截面面积与锭模高度变量相对应的变化关系。

9、优选的，s2具体为：计算第一截面尺寸与第二截面尺寸的差值，结合锭模总高度、差值以及预留空间高度，确定预留空间顶部所对应的第三截面尺寸；依据第二截面尺寸、第三截面尺寸以及预留空间高度计算预留空间所对应的预留空间容积；获取钢液密度，并将预留空间容积乘以钢液密度获得钢液扣除量；将锭模内腔满液重量减去钢液扣除量，获得锭身部分钢液重量。

10、优选的，确定第三截面尺寸具体为：获取预留空间高度；依据锭模总高度、预留空间高度、差值计算预留空间顶部处的截面尺寸变化量；将第二截面尺寸与截面尺寸变化量相加，获得第三截面尺寸。

11、优选的，s3具体为：获取冒口几何参数，冒口几何参数至少包括冒口上口对应的第四截面尺寸、冒口下口对应的第五截面尺寸、冒口总高度、冒口圈高度以及冒口圈截面尺寸；依据冒口总高度、预留空间高度和锭模总高度，结合液态钢液凝固膨胀系数，确定冒口内液态钢液的实际填充高度；依据实际填充高度、冒口总高度和冒口圈高度，确定冒口填充区域中变截面段高度和等截面段高度；依据第四截面尺寸、第五截面尺寸、变截面段高度、冒口圈截面尺寸以及等截面段高度，计算冒口填充区域容积；获取钢液密度，并将冒口填充区域容积乘以钢液密度，获得冒口部分钢液重量。

12、优选的，所述等截面段高度为实际填充高度中对应于冒口圈范围的部分，所述变截面段高度为实际填充高度中超出冒口圈范围的部分。

13、优选的，s4具体为：获取目标钢锭重量、锭身部分钢液重量和冒口部分钢液重量；依据锭身部分钢液重量与冒口部分钢液重量之和与目标钢锭重量的差值，确定需调整的钢液重量偏差；依据钢液重量偏差以及冒口几何参数，确定冒口内需调整的浇注高度偏差；依据浇注高度偏差和冒口总高度，确定浇注欠高量；依据浇注欠高量在冒口设定浇注终止标记，以在浇注液面到达浇注终止标记时停止浇注。

14、本发明中，通过将钢锭总重拆分为锭身重量和冒口重量两个独立变量，并分别通过垫高高度和冒口填充高度两个工艺参数进行独立调节，使实际锭重与目标锭重的偏差控制在±300 kg以内，优于订货厂家±500 kg的偏差要求，有效避免了产品因重量偏差被拒收的风险。同时，由于能够精确预知并控制最终锭重，无需再过量浇注以预留安全余量，还能大幅减少钢水浪费，降低原材料消耗和生产成本，提高钢锭生产的良品率和经济性。通过将复杂的重量计算最终转化为冒口上沿的物理标记，现场操作人员仅需按标记控制浇注停止点即可，无需增加额外的检测设备或复杂操作，适用于工业批量生产。

15、本发明采用基于线性截面变化规律的锥台体积计算方法（包括锭模本体的线性变化和冒口的分段变化），避免了复杂的数值积分或有限元迭代，可直接通过解析公式快速获得所需结果，还能够满足现场快节奏生产节拍对计算实时性的要求。

1.一种真空浇注钢锭重量精确控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的真空浇注钢锭重量精确控制方法，其特征在于，s1具体为：获取锭模总高度以及锭模上下口分别对应的第一截面尺寸、第二截面尺寸；依据第一截面尺寸、第二截面尺和锭模总高度确定锭模截面面积沿锭模高度方向的变化关系；依据变化关系和锭模总高度，计算锭模内腔容积；获取钢液密度，并将锭模内腔容积乘以钢液密度，获得锭模内腔满液重量。

3.根据权利要求2所述的真空浇注钢锭重量精确控制方法，其特征在于，确定锭模截面面积沿锭模高度方向的变化关系具体为：依据第一截面尺寸与第二截面尺寸的差值除以锭模总高度，获得锭模截面尺寸沿锭模高度方向的变化斜率；依据第二截面尺寸、变化斜率以及锭模高度变量，获得锭模任意高度处对应的锭模截面尺寸；依据锭模截面尺寸计算锭模任意高度处的锭模截面面积，获得锭模截面面积与锭模高度变量相对应的变化关系。

4.根据权利要求1所述的真空浇注钢锭重量精确控制方法，其特征在于，s2具体为：计算第一截面尺寸与第二截面尺寸的差值，结合锭模总高度、差值以及预留空间高度，确定预留空间顶部所对应的第三截面尺寸；依据第二截面尺寸、第三截面尺寸以及预留空间高度计算预留空间所对应的预留空间容积；获取钢液密度，并将预留空间容积乘以钢液密度获得钢液扣除量；将锭模内腔满液重量减去钢液扣除量，获得锭身部分钢液重量。

5.根据权利要求4所述的真空浇注钢锭重量精确控制方法，其特征在于，确定第三截面尺寸具体为：获取预留空间高度；依据锭模总高度、预留空间高度、差值计算预留空间顶部处的截面尺寸变化量；将第二截面尺寸与截面尺寸变化量相加，获得第三截面尺寸。

6.根据权利要求1所述的真空浇注钢锭重量精确控制方法，其特征在于，s3具体为：获取冒口几何参数，冒口几何参数至少包括冒口上口对应的第四截面尺寸、冒口下口对应的第五截面尺寸、冒口总高度、冒口圈高度以及冒口圈截面尺寸；依据冒口总高度、预留空间高度和锭模总高度，结合液态钢液凝固膨胀系数，确定冒口内液态钢液的实际填充高度；依据实际填充高度、冒口总高度和冒口圈高度，确定冒口填充区域中变截面段高度和等截面段高度；依据第四截面尺寸、第五截面尺寸、变截面段高度、冒口圈截面尺寸以及等截面段高度，计算冒口填充区域容积；获取钢液密度，并将冒口填充区域容积乘以钢液密度，获得冒口部分钢液重量。

7.根据权利要求6所述的真空浇注钢锭重量精确控制方法，其特征在于，所述等截面段高度为实际填充高度中对应于冒口圈范围的部分，所述变截面段高度为实际填充高度中超出冒口圈范围的部分。

8.根据权利要求1所述的真空浇注钢锭重量精确控制方法，其特征在于，s4具体为：获取目标钢锭重量、锭身部分钢液重量和冒口部分钢液重量；依据锭身部分钢液重量与冒口部分钢液重量之和与目标钢锭重量的差值，确定需调整的钢液重量偏差；依据钢液重量偏差以及冒口几何参数，确定冒口内需调整的浇注高度偏差；依据浇注高度偏差和冒口总高度，确定浇注欠高量；依据浇注欠高量在冒口设定浇注终止标记，以在浇注液面到达浇注终止标记时停止浇注。