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线连续铸造工艺中的模型建立与求解
- z6 S- P4 q8 K& O2 J) r6 p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: W2 I, l2 n: _9 }
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，5 R1 g% v/ g- y, A0 m5 K/ U
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
: T, N$ \: }" r; v( g/ A9 u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
& D) e' r; w& X2 j8 w( v段，能更为精确优化生产工艺，提高产品质量，降低成本。
, G5 _( F" J( l/ i* p Z H( i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
+ L: Y9 E; l0 Y9 q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
5 \9 t6 ^, Y: z7 c' r: a$ u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，
' i* @6 Z4 W, r* b0 x& ^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" Z+ r- h' ^ h
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5 O* y L# s0 b0 \/ Z0 S
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4 m9 e4 }' c& m" a5 R) [
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，5 M# o/ P* }8 \* n; v
以节约成本，提高效益。
" Z H; Z1 |" ?3 a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0 @, e" f2 b1 e- q0 z
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
/ d6 c" W- y; z6 p& ^/ a混钢过程进行模拟和预测。具体要求如下：
8 \$ \- r: k3 t ]; Q（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9 m* X u* Y/ F. x0 E( H% `
钢水的成分）随着注入下一炉钢水而发生的变化规律模型；/ t: Q6 g+ e0 u5 H
（2）模拟计算混钢段的体积及混钢铸坯的长度；, F" J( C2 Y& k' G7 N3 C" B9 F
（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7 _1 M8 L& P; {. N) I
续的时间)。- p8 u8 u9 A+ b. |/ n
图1 中间包尺寸
' E2 \9 w* ]/ V' Z$ i连铸参数：7 i% y$ }4 x+ R$ m
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- ~- U: n8 l& ~7 O$ X* ]
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" r n6 P3 y2 E$ _* u# ]' d
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。
* W0 P( h! Q# f# ]当前炉次成分重量百分含量
% j% v: H' c0 O$ ~, W元素上限目标（钢种1） 下限实际+ Q2 Z0 A* |3 i
C 0.018 0.220 0.200 0.2000 f6 A/ n- F& T3 Y
SI 0.200 0.350 0.275 0.2903 ?8 t& E* N3 ^9 i3 A& W" V3 C
MN 0.350 0.600 0.475 0.510
0 n, R/ U$ q5 }6 o+ i7 D8 f! O M7 XP 0.025 0.020 0.000 0.015
* A! T2 F: S0 x, t1 bS 0.012 0.008 0.000 0.006" s: P% x: S8 G* A1 I
下一炉次成分重量百分含量; ?, c; O p% [' u3 K O
元素上限目标（钢种2） 下限实际
6 q. V$ t: u M6 xC 0.430 0.480 0.455 0.455
9 T6 T4 B* v0 d5 S8 d- h; uSI 0.200 0.350 0.265 0.265. A0 @; s: T2 l: ]- q
MN 0.550 0.750 0.650 0.650
) r) P' m% ~2 yP 0.025 0.020 0.000 0.0196 }' ^7 @: A c6 I4 B, `) m
S 0.012 0.008 0.000 0.0079 P9 i" M3 E, b% Z
; c; _+ B: F7 w
$ D( ?% R0 u0 o
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发表于 2020-7-30 08:12
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