基于传热模型的连铸坯表面温度软测量的实现

摘要

连铸过程中，连续、准确、稳定的铸坯表面温度测量是实现二冷闭环控制的基础，而传统的测温方法难以克服二冷区内高温水蒸汽、铸坯表面氧化皮等条件的影响，不满足反馈控制的要求。为此，本文提出了一种基于连铸坯传热模型的软测量方法。以软测量在线应用为目标，本文建立了连铸动态传热模型，并对动态模型的实时性、模型修正、可靠性等问题进行了分析与研究，同时开发了铸坯表面温度软测量软件NEU-CAST。应用NEU-CAST，可以对铸坯表面温度进行实时计算和分析。本文的主要研究内容和创新工作如下:
　　(1)针对非稳态的连铸生产过程，建立了铸机的动态传热模型并进行软测量计算。在计算区域内，通过切片跟踪和切片移动替换的方式，可以根据生产过程参数的变化，实现对温度场的动态计算，从而奠定了软测量的基础。
　　(2)通过变步长方法和非均匀网格划分相结合的方法，有效提高了传热模型的实时性。本文提出一种分段变步长的方法，可以大大减少连铸二维传热模型的计算量，从而提高模型的实时性，对于现场某铸机计算表明，采样周期为2s时，单流的计算时间为1.5s，最大计算时间为1.63s，基本达到单流实时计算的要求。同时，通过边界加密的非均匀网格划分方法，将模型的计算精度由≤±18℃提高为≤±10℃，接近定步长均匀网格条件下网格独立的解的计算精度≤±8℃。
　　(3)针对生产过程参数频繁变化的特点，本文提出并采用动态计算和实时测量手段相结合的方法对模型进行动态修正。通过可靠性分析和不同钢种下的计算结果表明:修正后的传热模型较为准确可靠。与比色测温比较，偏差≤±2％。
　　(4)开发了应用软件NEU-CAST实现铸坯表面温度软测量。通过软件，可以实现对铸坯表面温度的软测量计算，并以某铸机GCr15钢为例，分析了生产过程参数对铸坯表面温度的影响。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的意义

1．2 连铸传热模型研究现状和发展趋势

1．3 论文的研究内容及创新点

1．3．1 本文的主要研究内容

1．3．2 本文的创新点

第2章 连铸传热模型的建立及动态计算

2．1 连铸传热的特点

2．2 模型的建立

2．2．1 模型的基本假设

2．2．2 控制方程的推导

2．1．3 初始条件的确定

2．1．4 边界条件的确定

2．1．5 热物性参数的选择处理

2．3 模型的数值求解

2．3．1 控制方程及边界条件的离散化

2．3．1 网格划分及离散系数的确定

2．3．3 数值求解方法的确定

2．4 模型动态计算的提出与实现

第3章 模型实时性的研究

3．1 影响模型实时性的因素分析

3．1．1 影响单个差分方程平均计算时间的因素分析

3．1．2 影响计算周期内差分方程数目的因素分析

3．2 提高模型实时性的方法及实现

3．2．1 参考网格及时间步长的确定

3．2．2 变步长方法的提出与应用

3．2．3 非均匀网格的提出与应用

第4章 模型的动态修正及可靠性分析

4．1 模型的动态修正

4．1．1 本文模型动态修正方法的提出

4．1．2 模型动态修正方法的实现

4．2 同一钢种条件下模型的可靠性分析

4．2．1 钢种成分波动对计算结果的影响

4．2．2 浇注温度信号变化对计算结果的影晌

4．2．3 拉速信号变化对计算结果的影响

4．2．4 水量变化对计算结果的影响

4．3 不同钢种条件下模型的可靠性验证

第5章 铸坯表面温度软测量的实现

5．1 软测量软件实现

5．2 软测量计算结果及其分析

第6章 结论和展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢