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线连续铸造工艺中的模型建立与求解# e! G' q8 H, ^2 X% s6 q
钢铁以其低廉的原材料成本，较好的加工性能及优秀的可回收性，成为全球主要的基础
6 @! V' @4 V, i8 }6 V5 t原材料。随着社会、经济的不断发展，在钢铁工业方面，无论是理论基础，还是技术工艺，
, I8 n8 t% ?" k3 |: o7 W都取得了长足的进步。尤其连续铸造的出现，使钢铁厂的工艺流程产生了深刻的变化，整体
& m) ^7 A4 N, q+ O4 Q' \5 c系统的优化和智能控制的重要性逐渐凸显，尤其通过对具体工艺采用建模、大数据等先进手# q! P: |, l6 x/ S9 j( _
段，能更为精确优化生产工艺，提高产品质量，降低成本。
' Y. {9 e0 Y* R$ q4 X ~3 G% f1 Z连续铸造工艺流程是将钢水先从钢包（或称“大包”）内流入中间包（或称“中包”）进
9 q8 p" S* a& G$ w行缓冲，再从中间包向下流出，经由冷却设备逐渐降温凝固，形成固态铸坯。不断的有钢水2 ^6 o( @+ k. ?, B. f: W
从中间包向下流出，也会有钢液从上方流入。在钢水流动的过程中，有一重要流程叫做混钢，
, K( ^7 U( V7 u/ ~$ v; F即前后两炉成分不同的钢水相混合。中间包内已经存在一定体积的钢水，其成分和即将流入( U4 c" i6 `1 T3 n! A4 j
中间包的钢水有较大的区别，两种不同成分的钢水混合凝固后形成的钢材称为混钢段。混钢
$ [% E5 w, \/ a段的成分既不符合之前产品的要求，也不符合之后产品的要求，造成了大量的浪费。在工业8 P; @. S6 |: ^) N: ~, c$ N
生产中，我们需要较为精确的定位此段钢材的位置，尽可能少的切除不符合产品要求的钢材，
2 h3 _( d2 X/ F# G' ^以节约成本，提高效益。
+ U% S0 C x/ l; y$ s% W根据上述背景，提出以下问题：由于中间包内流场、化学成分的变化无法直接观测，请 p# _, I5 Q8 O
以所给中间包尺寸（见图1）和连铸参数为例，应用现代数学、统计及数据分析方法，对该( E$ R/ ]3 M# e" a Q; X5 L6 U7 J
混钢过程进行模拟和预测。具体要求如下：3 `# R$ i s7 P
（1）模拟前后两种钢水的混合过程，并建立中间包水口附近钢水的成分（即中间包流出) `; V, |2 [0 Z( S4 \5 j9 v# O0 P
钢水的成分）随着注入下一炉钢水而发生的变化规律模型；
4 ~# L. h9 W" _% i5 g, V4 K: U（2）模拟计算混钢段的体积及混钢铸坯的长度；
1 j2 @$ m/ j& I. [& w! ~（3）模拟计算混钢过程的持续时间(即水口附近钢水成分超出两种钢种规定成分要求持( @% @5 @2 y8 @5 f4 f' N
续的时间)。1 Z* ?0 g- @+ [% Y& G
图1 中间包尺寸
& L& ^* |4 |5 t连铸参数：
9 ^5 ?& N& K% j# o1 p) E下一炉大包钢水开始注入中包时，中包剩余钢水20 吨。注入钢水速度6 吨/分钟，目标8 d3 t. g) p5 J- R
钢水重量30 吨。铸机拉速每分钟4.5 米，铸坯断面72*1550 毫米。热态钢水比重7.6 吨/立$ {! B$ d6 Y6 a7 \ j
方米。热态铸坯比重7.6 吨/立方米。当前炉次与下一炉次的成分见下表。
) [% D8 R4 Z0 r2 r) A6 z当前炉次成分重量百分含量
% ~# U$ n$ g0 t' x元素上限目标（钢种1） 下限实际
7 r2 n3 M! A" ]) fC 0.018 0.220 0.200 0.200# Q0 K) {6 U5 r8 |- S- w
SI 0.200 0.350 0.275 0.290 Z0 k7 I' d. A7 g4 K' O. `
MN 0.350 0.600 0.475 0.510; N0 U' w! A O! @* p
P 0.025 0.020 0.000 0.015
# S' k# }+ Y, s7 m$ r# _S 0.012 0.008 0.000 0.0066 W& u4 N) {3 \
下一炉次成分重量百分含量5 E: x9 J* \ y8 Y6 {
元素上限目标（钢种2） 下限实际6 L4 ?$ L$ d& V8 c* [+ a
C 0.430 0.480 0.455 0.455
/ e0 R/ G8 H* v5 D+ |- f qSI 0.200 0.350 0.265 0.265' Q7 K& o2 z/ p! j9 Y
MN 0.550 0.750 0.650 0.6500 n& V# P' n0 t% l( P
P 0.025 0.020 0.000 0.019. c' C% |; M2 {- A {
S 0.012 0.008 0.000 0.0072 G1 j* L8 s5 F: n
4 D+ U9 L7 g" S( W5 h
1 W, j. R9 k* ?8 }, E
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发表于 2020-7-30 08:12
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