结晶器摩擦力润滑机理的多尺度解析及其应用数学模型研究

The mould friction is the important factor to reflect the lubrication condition between the mould and strand. The research on revealing the nature and the action law of lubrication behavior of mould powder between the mould and the strand has the theoretical and practical importance for improving the surface quality of slab and promoting the high efficiency continuous casting. Based on the measured friction data coming from the continuous casting production, the variation and the character of friction between the mould and strand will be analyzed in the time domain and in the frequency domain respectively. And by the wavelet transform method the friction signal will be refined to mining, the potential information and important feature of the measured friction signal will be analyzed from the multi-scale. And then the criterion will be proposed to assess the mould powder lubrication effect. Furthermore, the mathematic model will be constructed by combining the BP neural network with genetic algorithm, which can not only forecast the lubrication condition of mould powder by using of the highly non-linear mapping capability of BP neural network and the capability of global search from genetic algorithm, but also the reasonable and instructive scheme will be given to optimize and correct the process parameters when the lubrication condition of fluxes is abnormal. The aim of the project is to study and reveal the nature and the lubrication mechanism of the mould frictional behavior between the mould and the strand. And the study will lay the theoretical basis and provide the new idea and method to improve the slab quality, estimate the lubrication effect of mould powder and optimize the process parameters.

结晶器摩擦力是反映初生坯壳与结晶器润滑状况的重要参数。揭示结晶器与铸坯间保护渣润滑行为的本质及其作用规律，对提高铸坯表面质量、促进高效连铸生产稳定进行具有重要的理论及实践意义。本项目基于连铸生产实测摩擦力数据，分别从时域、频域对结晶器与铸坯间摩擦力的变化规律和特征进行分析，并采用小波变换法对摩擦力信号进行细化，从多个尺度挖掘、提取实测摩擦力信号潜在信息和重要特征。在此基础上，提出保护渣润滑效果评定准则，并联合BP神经元网络和遗传算法构建应用数学模型，即利用BP神经元网络的高度非线性映射能力和遗传算法强大的全局搜索能力，实现保护渣润滑效果预测，同时对保护渣润滑异常时的工艺参数给出合理的、具有指导意义的修正方案。本项目旨在揭示结晶器与铸坯间复杂摩擦行为的本质和润滑机理，同时为提高铸坯质量、实现保护渣润滑效果评价及工艺参数优化等奠定理论基础并提供新的思路和方法。

结晶器摩擦力是反映坯壳与结晶器润滑状况的重要参数，不仅对铸坯的表面质量及连铸生产的顺行具有重要影响，而且在评价保护渣润滑效果、漏钢预报和铸坯质量在线监控等方面有着巨大的应用潜力。.项目研究以连铸专业和信号学专业交叉学科的协同研究为切入点，依据结晶器摩擦力实测数据，分别从时域、频域对连铸结晶器摩擦力的特性进行分析，并应用小波变换技术从多个尺度对连铸结晶器摩擦力进行细化，对结晶器摩擦力信号潜在信息进行解.研究表明，通常情况下，漏钢前摩擦力波动剧烈，明显不同于正常工况下的变化趋势和特征，且具有一定反映提前量，显示出在漏钢等异常预报方面的应用潜力。但影响结晶器摩擦力的因素有很多，仅从结晶器摩擦力时域特性评价结晶器/铸坯间的润滑状态存在很大的困难。傅里叶变换的应用，实现了结晶器摩擦力信号从时域到频域的转化。在不同生产条件下，如拉速变化、不同振动方式以及漏钢等，结晶器摩擦力信号在低频区域及高频区域都呈现出显著的频谱特征。时域处理方法只能获得结晶器摩擦力信号时域中的信息，无法观察结晶器摩擦力信号频域内特征，频域处理方法侧重于全局变换，丢失了结晶器摩擦力时间信号。小波分析可实现对信号逐步进行多尺度细化，能自动适应结晶器摩擦力信号时频分析的要求。摩擦力小波熵结果能够对漏钢、水口断裂及液位波动等多数异常作出反应，而且相对于结晶器摩擦力，小波分析所捕捉到这种异常更加直观，这为摩擦力异常信号分析提供新的思路。.按照预测目标及项目进度安排，项目研究内容已基本完成，但项目中预测及优化数学模型方面的研究则仍需要进一步深入及完善，本项目相应的理论和应用基础研究，不仅有助于进一步揭示结晶器/铸坯间摩擦行为的本质和机理，为连铸结晶器摩擦力的研究开辟思路、提供新的研究方法，而且可有效地促进高效连铸技术的发展，在结晶器摩擦力应用方面具有很高的现实意义。