有色金属材智能化制造及在线检控技术研究及应用

成果编号：38910

价格：面议

完成单位：中国科学院金属研究所

单位类别：中国科学院系统院所

完成时间：2022年

成熟程度：试生产阶段

服务产业领域：电子信息、装备制造、新材料

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发布人：张士宏离线

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针对有色金属材铸轧工艺目前面临的手动控制、无反馈、精度欠缺、效率低下等行业性瓶颈性难题，围绕智能制造的基础数据层、机理模型层开展了系统的研究工作，为有色金属材铸轧工艺的智能化研究奠定必要的理论基础和硬件系统。主要完成以下三方面成果：（1）开发了有色金属材在线超声检测与分析系统基于超声波的连铸铜坯缺陷的在线检测系统与质量分析判据，实现了几何、物理、组织等缺陷的在线检测，可以在线进行铸坯孔洞、裂纹、壁厚均匀性等的实时检测与分析，并搭建了专用的缺陷数据库存储及分析系统，完成了连铸坯缺陷信息的实时记录及反馈，实现了基于生产现场实时工艺参数分析产品质量的稳定性与可靠性。（2）开发了有色金属材的铸/轧组织智能水冷调控系统开发了有色金属铸轧材柔性冷却装备，具有水、气雾、氮气三种冷却模式，冷却速率可调范围大、冷却均匀性好、控制精度高，通过闭环控制策略实现了铸/轧过程中可控工艺参量的智能化控制。（3）建立了基于数字孪生的生产线物理仿真平台开发了铜材的凝固、温度及组织等场量的在线快速预测系统，实现了铜材铸造过程的温度场与组织演变快速计算及输出；采用数据云与数字孪生技术，实现了生产线远程工艺智能调控。

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成果介绍

科技计划：

成果形式：新技术、新装备、新标准

合作方式：技术开发、技术服务

参与活动：第二届江苏产学研合作对接大会

专利情况：正在申请 ,其中:发明专利 3 项
已授权专利,其中:发明专利 0 项

成果简介

综合介绍

创新要点

（1）有色金属材在线超声检测与分析系统。设计采用了超声检测的增益技术，实现了较大壁厚尺寸铸坯体积缺陷检测精度的提升；设计采用了检测传感器随动跟踪技术，实现了直线度和平面度非理想状态下的管坯和板坯的壁厚与偏心度精准测量；通过缺陷信号的逆向求解及重构实现缺陷的定量化建模，并借由解耦计算模型实现铸/轧相关工艺参数的动态优化调整。（2）有色金属材的铸/轧组织智能水冷调控系统。设计采用了水、雾、气三态差异混合的冷却模式，极大地提高铸/轧过程局部的冷却能力，冷却速率可调范围大、冷却均匀性好、控制精度高；设计了阀门开度与水流量对应关系动态调整的反馈控制系统，实现了基于温差和流量调控的智能水冷控制。（3）基于数字孪生的生产线物理仿真系统。基于有限差分法，设计开发了适用于连续铸造过程的稳态温度场快速计算系统，计算速度快，控制在5 min级别；并且基于粒子群优化算法等实现了计算模型中关键的界面换热系数-温度场模型的准确构建，可以考虑凝固收缩产生的气隙对换热的影响。通过稳态温度场的求解，实现了凝固温度场的快速、准确求解。采用数据云与仿真等技术，实现了生产线远程信息同步与工艺智能调控。

技术指标

（1）有色金属材连铸智能水冷控制系统，可以实现在线工艺参数数据采集，按照秒、分、时设置采集频率，水温自动报警，熔铸进出水流量智能调控，水流量波动范围±1 L/min，温度场监控偏差达到20℃级别。（2）在线超声检测系统灵敏度余量不小于40dB，增益范围0-120dB（步距0.1dB、1dB、10dB可调），存储能力30000条检测报告，检测壁厚偏差0.2mm，缺陷检测Φ2当量以内，裂纹检测20mm以上，满足轧制铜管（外径40mm、壁厚2.5mm）、铜管铸坯（外径92mm、壁厚25mm）与铜板带（壁厚2-100mm）在线检测要求。（3）基于有限差分法和粒子群优化算法实现了有色金属材连铸过程稳态温度场的计算，计算效率可以达到5 min量级水平，满足铜材等有色金属连铸温度场的实时计算及反馈要求。

其他说明

完成人信息

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