板坯連鑄二次冷卻過程仿真及工藝優(yōu)化.pdf

1、博士學(xué)位論文板坯連鑄二次冷卻過程仿真及工藝優(yōu)化ProcessSimulationandOptimizationforSecondaryCoolinginContinuousSlabCasting學(xué)號：10705024指導(dǎo)教師：型I曼塾援大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文摘要連鑄過程的二冷控制是穩(wěn)定和提高鑄坯質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。準(zhǔn)確把握連鑄坯傳熱／凝固進(jìn)程，實時、合理調(diào)控連鑄坯二冷工藝

2、，是高效連鑄技術(shù)對于過程控制的基本要求，圍繞鑄坯二次冷卻的數(shù)值計算、工藝優(yōu)化、過程檢測等理論與技術(shù)方法進(jìn)行研究，具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。首先，以板坯連鑄為研究對象，依據(jù)鑄坯傳熱與凝固基礎(chǔ)理論，建立板坯連鑄傳熱／凝固數(shù)值計算模型，開發(fā)出基于OpenGL的二冷數(shù)值仿真可視化系統(tǒng)。通過對不同生產(chǎn)工藝下鑄坯凝固進(jìn)程的模擬仿真，直觀清晰呈現(xiàn)鑄坯冷卻歷程，細(xì)致了解和掌握鑄坯傳熱與凝固狀態(tài)。仿真可視化系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用為二冷水量的設(shè)計與優(yōu)化提供可

3、靠手段。其次，針對國內(nèi)某鋼廠寬厚板坯連鑄機輥列結(jié)構(gòu)布置特點，依據(jù)鋼種目標(biāo)溫度和冶金準(zhǔn)則設(shè)計二次冷卻工藝，并應(yīng)用開發(fā)的連鑄坯二冷數(shù)值仿真可視化系統(tǒng)，對鑄坯的凝固進(jìn)程進(jìn)行仿真分析，驗證二冷工藝制度的合理性。探討了鑄坯凝固進(jìn)程對各工藝參數(shù)的響應(yīng)特性，比照和考察三類典型鋼種的凝固和傳熱行為。再次，鑒于邊界條件對鑄坯凝固傳熱計算的重要性，依據(jù)反問題優(yōu)化理論，建立了基于實測反問題的連鑄二冷換熱系數(shù)計算模型。提出根據(jù)鑄坯表面溫度現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，采用非線

4、性估算法反算二冷各區(qū)換熱系數(shù)的模型和方法，并通過鑄坯表面溫度檢測和射釘實驗驗證模型的準(zhǔn)確性。然后，以統(tǒng)籌和兼顧冶金準(zhǔn)則、二冷水量、鑄坯表面溫度等為目標(biāo)，提出了一種基于變異算子改進(jìn)粒子群算法的二冷工藝制度優(yōu)化方法。設(shè)計了考慮包括目標(biāo)溫度、溫度限制、溫升／溫降速率、鼓肚限制和冷卻水量等冶金準(zhǔn)則的價值函數(shù)，以合金中碳鋼寬厚板坯為對象，采用PSO、CFPSO、MOPSO三種算法，對優(yōu)化后的二冷水量、鑄坯表面溫度與算法效率進(jìn)行分析和討論。最后，針

5、對鑄坯凝固進(jìn)程在線檢測方法進(jìn)行探索，提出了“振動法”檢測連鑄坯凝固分?jǐn)?shù)的新方法?；驹硎窃阼T坯表面施加一定頻率和幅度的周期受迫振動，借助振動在液相、固相傳遞過程中不同的阻尼衰減，根據(jù)激振力和受迫振動位移等信號反饋的規(guī)律性差異，探測鑄坯凝固進(jìn)程，達(dá)到精確預(yù)報鑄坯液固相分?jǐn)?shù)的目的。在理論解析的基礎(chǔ)上，建玄凝固分?jǐn)?shù)在線檢測數(shù)學(xué)模型，設(shè)計和搭建物理模擬實驗系統(tǒng)，同時采用液一固耦合受迫振動有限元計算模型對受迫振動的動態(tài)響應(yīng)進(jìn)行仿真，并提出檢測方