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线连续铸造工艺中的模型建立与求解. H2 d; t+ Q: b) @# w$ W0 w, U
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 y2 C5 c L7 `# F, Y1 B' r: {8 i
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,% A% C! p( k ^. J0 l6 o# j
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
9 W/ Y j, n, r) ~! w( r8 |9 s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5 N+ w2 y5 ^: u# F1 _+ E8 g
段,能更为精确优化生产工艺,提高产品质量,降低成本。 G2 p, d! |7 p/ a5 f/ K
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& b8 r8 x) _! Z+ y. O
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
8 {, r7 u5 ]' w6 C% l' f- Y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,
9 ?$ H% u1 q' ^- |9 L: ], A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- m3 r% _. L$ z0 g. l$ |& O
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- z u/ B% u1 T
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. S1 m$ o* e/ A
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,
1 s0 A$ Z* _( Y: S以节约成本,提高效益。 O5 @& a+ p- A. T; z/ g+ L. Y
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
3 o* e" F+ i: L: V( u$ ]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4 L+ q* M& `* @5 L' H
混钢过程进行模拟和预测。具体要求如下:6 w) U' [* o: u2 u! ]8 X/ {
(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0 y- [0 F! d/ S' H" W& L# {; U
钢水的成分)随着注入下一炉钢水而发生的变化规律模型;: [3 s" @) D4 Z' G
(2)模拟计算混钢段的体积及混钢铸坯的长度;( c+ b( ^& u$ W9 c; S
(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( b# ?) z: V1 \; c4 q+ k6 J5 _
续的时间)。
5 E0 h0 D) T/ y: J8 \图1 中间包尺寸/ G. G+ ?+ O" `: a
连铸参数:
; G2 j! S! a! ~9 h" |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4 x7 [0 D- _# K3 o
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$ T- a2 Q! X) h. B$ R% c$ ^9 l
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。& j1 ]6 p4 d4 c: F
当前炉次成分重量百分含量
5 j! X9 W3 T3 f0 ~! G元素上限目标(钢种1) 下限实际: |) `9 G: V' h, Y& |& {& R
C 0.018 0.220 0.200 0.2005 n1 r; N4 k$ Z8 C
SI 0.200 0.350 0.275 0.2906 F5 `, F) z7 O* G! m! v g4 E0 J( ^
MN 0.350 0.600 0.475 0.510
5 d0 I' D: v6 v5 z% VP 0.025 0.020 0.000 0.015/ `/ F: R: w0 T7 d/ r } Z1 k) o
S 0.012 0.008 0.000 0.006
$ T' u/ _, h4 g. x# s2 E下一炉次成分重量百分含量$ n0 |4 p: i4 ^6 H( I' K: r
元素上限目标(钢种2) 下限实际
7 U# r5 e8 V# `" N* G( B2 C- d( bC 0.430 0.480 0.455 0.455
2 z5 A; D$ u aSI 0.200 0.350 0.265 0.265! }, \7 C( G% f4 k8 O) Q Y
MN 0.550 0.750 0.650 0.6507 B9 p0 a/ M. s x- R" W8 D5 V
P 0.025 0.020 0.000 0.019+ D" ]: g% I# k" E
S 0.012 0.008 0.000 0.007
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