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发表于 2020-7-30 08:12
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线连续铸造工艺中的模型建立与求解
6 H: p, }* p& f4 m% l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+ I+ J; s# j# k* u' s1 ~3 H8 C( \
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,
m3 y" f" H: @8 \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
2 i6 e* t4 ~, d! _4 K1 M1 ?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$ P' c9 S5 v# \' D6 d, x
段,能更为精确优化生产工艺,提高产品质量,降低成本。; r4 T; \3 R+ s2 a
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& K5 g- w: C% g, x! r- e) h1 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
/ Y1 B6 p: O: L7 e( O% ~2 E5 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,8 \6 d) A3 |/ P( @% n, V7 r+ `
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9 T1 G5 S2 @! }5 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
4 t( R e4 l) D" s; p7 X# Q' N2 b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5 u" u. a$ h0 V$ i4 v2 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,
) p6 M, \, h# O, ^0 D% t/ V以节约成本,提高效益。; T0 U; Y5 z" \# G% S2 v2 [
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/ N0 t% w5 c! Y X/ S4 x4 y
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
( }" o% q; o* V0 e9 o# Y混钢过程进行模拟和预测。具体要求如下:1 X- g" H. K4 Z+ Y& 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
# q$ M) q1 A7 S$ c钢水的成分)随着注入下一炉钢水而发生的变化规律模型;: R& n3 g6 C" X& f! L- o; M4 r
(2)模拟计算混钢段的体积及混钢铸坯的长度;9 H6 }/ X: V2 F# Z9 M! i" ]& E G! x
(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% s5 g, K- V q9 E- }9 b' ]: I
续的时间)。
2 h& D7 X' e9 O5 f, N图1 中间包尺寸
- z5 E' V5 p. d* ?! j6 D连铸参数:
+ [0 p$ [4 W' g: |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' ?% s4 I/ i- l! O9 x! y( 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
0 s+ B' d9 T: J8 ]/ W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。" y+ t% o9 p: F1 s4 g9 R1 }
当前炉次成分重量百分含量3 V+ ~1 J1 i2 D$ o& R0 {
元素上限目标(钢种1) 下限实际7 I c: ?2 g# h0 s7 W' y% r. ~. D
C 0.018 0.220 0.200 0.2007 B! k* X, b0 P* a; v7 z
SI 0.200 0.350 0.275 0.290
: v) t- V" t' X; MMN 0.350 0.600 0.475 0.510
- V% |, ]/ g' A( h" L& PP 0.025 0.020 0.000 0.0150 M9 v% x* {* ^9 w
S 0.012 0.008 0.000 0.006% ]$ \0 ^4 s$ D I
下一炉次成分重量百分含量
% H3 F. `. ~8 t- e$ {7 p' j+ L元素上限目标(钢种2) 下限实际& T4 Q6 r; ]: f! q- E( y1 `& S
C 0.430 0.480 0.455 0.455
0 f; |5 b# f3 L7 G- VSI 0.200 0.350 0.265 0.2658 ~1 O' I, a3 e* U
MN 0.550 0.750 0.650 0.650
: D6 a* o) w) w6 x; q6 v2 o2 MP 0.025 0.020 0.000 0.019
2 Q( J! t( ~) J( ^% N, tS 0.012 0.008 0.000 0.007
* ~1 u+ E$ E" A& h y3 v" {! D' `: O7 T0 b
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