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线连续铸造工艺中的模型建立与求解
9 c5 T8 z9 Q- x2 h6 n5 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
" z4 a R( o' O/ G1 E3 j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,
! a1 @7 y% f+ [9 M6 i4 R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+ m2 U7 |, w0 [( E5 V. Z# O
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
) Y4 B, Y7 F8 G4 Q, [段,能更为精确优化生产工艺,提高产品质量,降低成本。! ^. c( g" C& d/ g z4 ~% 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
) c5 E! H+ e1 E# q# C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
4 G9 [7 f/ j, h( A& 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,
/ O! D9 y* v( S+ D+ t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
' ^4 A0 K/ L% Y( Q& ]2 B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
, J* X! @! p' o. K( D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3 |9 M+ `3 q5 D9 M3 O! d4 [
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,
/ `; u) g7 ^- Z4 K0 u以节约成本,提高效益。
) M8 V2 P, s9 _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: s2 j& j/ a8 S
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
; `, D8 c" `8 i, |" {5 E0 P3 x混钢过程进行模拟和预测。具体要求如下:8 F7 `: w# e3 g9 c+ ^1 j: \
(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
1 `. g0 H* I. Y: b3 }钢水的成分)随着注入下一炉钢水而发生的变化规律模型;( H: n- M6 M4 o% D2 S
(2)模拟计算混钢段的体积及混钢铸坯的长度;5 ~. B. a7 f) ?. F% |; ]( `1 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
: d6 i; ^. K% H续的时间)。
7 T$ I7 Y5 A' X4 z% X* N& c图1 中间包尺寸
$ X5 w w* \* z连铸参数:
) X; {$ S3 b4 n0 F. T/ D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
6 P8 X# t" H) Y4 B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% Q& y) W3 j- o& c9 ^1 i+ F
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。" p" s: Z: _1 L
当前炉次成分重量百分含量
0 [. e& b* `/ h* e元素上限目标(钢种1) 下限实际
3 F) t6 F) A+ t. e6 q, gC 0.018 0.220 0.200 0.200
0 _7 a: z: Q% b+ P% N+ c& B, CSI 0.200 0.350 0.275 0.290
- N/ {+ g- @9 N3 A4 |* wMN 0.350 0.600 0.475 0.510& `6 V7 H# v& i" ^: a9 ^
P 0.025 0.020 0.000 0.015
; }7 f% O$ f6 f' l) ~) p# e" tS 0.012 0.008 0.000 0.0069 |& L; T2 ~; b; @
下一炉次成分重量百分含量
4 F# \0 G; b6 k元素上限目标(钢种2) 下限实际
- B1 U0 ?4 E: T& v+ J' ZC 0.430 0.480 0.455 0.455
$ C& s; b- M" \6 ASI 0.200 0.350 0.265 0.265
2 B; v: K3 B5 u( o4 x2 EMN 0.550 0.750 0.650 0.6507 F" m% p2 X. R! e' ^- s; `
P 0.025 0.020 0.000 0.019" S/ s- I' V+ d" o0 c3 {& U- Z
S 0.012 0.008 0.000 0.007, l! ?, d' H, U% E4 `5 o
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