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线连续铸造工艺中的模型建立与求解( |8 |1 l: F0 n
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- O+ ^8 _& J/ j/ y4 k3 W! e
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，+ y/ ]3 q4 E' V. A" h. c! ]
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6 \! @ D. F1 s" I' \7 d' V- v. |" Z
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
* y! t6 \! s: ^3 m: B- W段，能更为精确优化生产工艺，提高产品质量，降低成本。, X! Q) U' C* F
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- h+ x) ]2 h' K+ d: j8 g
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
: _: g7 S+ g r$ o7 T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，2 X) K( Z6 r: j) L$ s
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$ ?) J5 D5 N7 x
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3 e, Q) i+ R# h! u, ^* Y
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
+ A/ B& ]# O3 c2 }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，* D! L+ Z! E' k. i s& U
以节约成本，提高效益。
7 E" _& H- E' Y# ?7 T- y/ P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7 l# A1 _& f0 h
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( |# w+ N/ r* V& W
混钢过程进行模拟和预测。具体要求如下：
/ X1 d z" e5 D. |5 A( n8 y" G（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 u) \5 n% S, x# C: w- p. O# X9 r
钢水的成分）随着注入下一炉钢水而发生的变化规律模型；6 S) N5 R5 I" |) a; T v/ K9 i* ]
（2）模拟计算混钢段的体积及混钢铸坯的长度；
9 A" `5 v |/ _+ `" a$ H7 N& t（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
" p' i: B7 o! a续的时间)。( n' z: |& I( q4 v
图1 中间包尺寸5 z! q `( U" x7 @$ I/ j4 X
连铸参数：
8 t* m" n f) R" [& M) y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5 ~+ Q& P9 W, h) }
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8 n+ s; L8 c) Y8 [% [
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。
" M4 T5 u: ~: L a4 D# k当前炉次成分重量百分含量
5 i) l4 T) B, u/ Z: q; V元素上限目标（钢种1） 下限实际
1 R% `% W2 o: C9 I/ WC 0.018 0.220 0.200 0.200
% Y. a c; Y/ r, P7 k) oSI 0.200 0.350 0.275 0.290
$ |& M2 ]; C# G% Z6 XMN 0.350 0.600 0.475 0.510, k5 U9 l3 q# i& C) Y5 e
P 0.025 0.020 0.000 0.015% V' \: z/ Z. y& V$ s, c" x' m- K% Q
S 0.012 0.008 0.000 0.0064 Y3 n7 u8 B- C5 K
下一炉次成分重量百分含量: q4 ^. F( I; G# j
元素上限目标（钢种2） 下限实际# w* B: o2 ^ @5 K1 {
C 0.430 0.480 0.455 0.455
. Z7 w: i5 A( tSI 0.200 0.350 0.265 0.265
! u# ?( o- z7 @MN 0.550 0.750 0.650 0.650
4 d; O9 A1 ]3 Z% ]9 W3 {2 lP 0.025 0.020 0.000 0.0195 I: P/ A# |% l$ _( K: r
S 0.012 0.008 0.000 0.007
8 z( V* U0 p5 ]" t3 `" ]# O) o! \/ Y5 l0 z
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发表于 2020-7-30 08:12
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发表于 2022-10-19 16:55
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