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线连续铸造工艺中的模型建立与求解2 C6 L$ V# Z( v$ F* ^$ s9 W0 r* d
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8 c7 A. g* O, D2 H& P( T3 B8 @
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，) J) V; v7 O& D. z5 ` p
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
0 l6 C V6 P) _5 B# S' Y9 P1 m- A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" M8 x3 \4 ~) v. Z3 I' r$ K+ H
段，能更为精确优化生产工艺，提高产品质量，降低成本。$ g% a6 b0 ]1 ?2 D! Q, ^
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4 A3 o% O' a$ v C# H/ O% \4 }/ j. r
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% X5 I f; n% A0 ~# L
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，
& L& j7 G4 P6 d' O4 ~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 n( C6 x+ }7 |" u' I5 m T1 ], O, 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0 _% j( |8 S2 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
& c1 x5 V I& e1 U# q& I9 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 Q/ D |' q( c4 o' n以节约成本，提高效益。
) f3 `3 j: e9 z+ Y# f. o- n/ }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 c/ p, B" [1 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
7 E v3 W4 \: f2 `$ G) N7 _4 P# r4 _混钢过程进行模拟和预测。具体要求如下：
/ W4 H8 T0 w7 a$ _8 @& n1 U（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8 y( h- Y5 i/ B4 \# L
钢水的成分）随着注入下一炉钢水而发生的变化规律模型；
" j" ^3 M8 i6 F8 t7 d- M& P3 N（2）模拟计算混钢段的体积及混钢铸坯的长度；
3 ?/ [8 r/ e. \$ p2 s+ v7 Z" n（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
. @+ R: c2 j. E: ], i续的时间)。
p2 i) f) l! G. R图1 中间包尺寸0 i2 Q8 d6 K# C# I
连铸参数：, Z6 ]5 J$ {, w! 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
( v' t: t4 ^5 l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; L+ B, j, j0 E6 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。/ Q! ~6 d. ~, _+ `( ?% e- [
当前炉次成分重量百分含量
+ q! e; C+ G# d元素上限目标（钢种1） 下限实际+ \/ O& s+ W) t0 E2 z, ]3 t. b# ^
C 0.018 0.220 0.200 0.200
; W- v" g: i8 d+ }* |0 j# _4 N1 NSI 0.200 0.350 0.275 0.290
' U) S- `2 @8 N) A$ jMN 0.350 0.600 0.475 0.510
7 A* q: x% U5 d5 u* RP 0.025 0.020 0.000 0.015
1 O. Z* v( y0 VS 0.012 0.008 0.000 0.006
. v* m5 e% q; k" T下一炉次成分重量百分含量
, h* R0 B! G/ B* f: O: Q元素上限目标（钢种2） 下限实际
% C. T$ t1 ]; h0 f: s2 |! ^% Q3 ^C 0.430 0.480 0.455 0.455* `* E6 e, i2 W# y6 i. h" ]3 ?
SI 0.200 0.350 0.265 0.2658 C+ |4 e8 m3 Q: \9 N; v0 a$ V' [
MN 0.550 0.750 0.650 0.650
* _# w8 ~) |0 Q( s. TP 0.025 0.020 0.000 0.019' d" T* ~4 k* E) ~9 _
S 0.012 0.008 0.000 0.007
1 \/ y C+ D3 V' C3 h
; t, r6 u7 H. \9 G+ o* v' L; `0 B9 T c! y. g! G! U1 x
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发表于 2020-7-30 08:12
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