连铸温度场数值模拟及冷却水智能控制研究

摘要

本文在科技部重大专项课题“长材连铸连轧生产线”的资助下，针对难以用实验来研究工艺参数对铸坯温度场影响的情况，对连铸连轧生产线中从结晶器到铸坯矫直区的凝固传热采用数值模拟方法进行对温度场的仿真研究。把连铸坯的三维不稳定凝固传热数学模型简化为二维凝固传热数学模型，采用差分法进行求解。为求解庞大的方程组，借助了MATLAB软件包强大的计算功能进行温度场的计算。在冶金冷却条件指导下，提出了启发式遗传算法数值模拟方法优化温度场，使冷却边界条件和拉速得到了优化，同时因为采用启发式搜索方式，加快了计算速度。可为钢厂连铸线的冷却系统控制模式的改进和提高拉速以增加产量提供理论依据。 利用神经网络(州N)很强的并行计算能力，分布式信息存储、自组织、自学习等优点，训练一个径向基神经网络去逼近已知的连铸温度场的数值模型。把此神经网络模型与PID控制相结合，实现二次冷却配水优化控制。这对实现连铸控制的智能化有很大的实际意义。 通过在VB中搭建用户界面，并打通与MATLAB的联系，实现可视化计算，便于工程技术人员用于分析连铸工艺参数对铸坯温度场的影响，有工程实用价值。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及本论文使用授权说明

第一章绪论

1.1连铸技术发展概况

1.1.1连铸工艺流程简述

1.1.2连铸技术的优越性

1.1.3连铸技术国内外发展概况

1.1.4长材连铸连轧技术国内、外现状及发展

1.2数值模拟技术在连续铸钢过程研究中的应用

1.2.1应用情况

1.2.2数学模型的验证与应用

1.3凝固数值模拟国内外发展现状

1.4优化控制在连铸过程中的应用

1.5连铸温度场神经网络模型的研究

1.6本课题的主要研究内容

第二章连铸过程中的热交换

2.1连铸凝固传热的特点

2.1.1大传热量

2.1.2复杂的传热机制

2.1.3在运动中传热

2.2连铸工艺中冷却热交换过程

2.2.1钢包与中间包的热损失

2.2.2结晶器热交换

2.2.3二冷区热交换

2.3本章小结

第三章连铸温度场的建模与仿真

3.1引言

3.2连铸坯凝固传热数学模型的建立

3.2.1导热方程

3.2.2定解条件

3.2.3数学模型的离散化

3.2.4差分方程的稳定性

3.3仿真步骤

3.4界面

3.4.1 MATLAB语言与ActiveX技术

3.4.2在VB中调用MATLAB的实现

3.5本章小结

第四章连铸坯温度场优化

4.1引言

4.2遗传算法

4.3启发式GA数值模拟优化连铸冷却条件和拉速

4.3.1冶金冷却约束准则

4.3.2启发式GA优化连铸方坯的冷却条件和拉速

4.4计算结果及结论

第五章连铸二次冷却水量的控制

5.1二冷区传热原理及其影响因素

5.2二次冷却与铸坯质量

5.3二冷区水量及各段水量分配

5.3.1二冷区水量

5.3.2二次冷却区各段冷却水的分配

5.4二冷水控制方法及配水的优化

5.5连铸温度场的神经网络模型辨识

5.5.1引言

5.5.2辨识策略选择

5.5.3径向基函数神经网络

5.5.4连铸温度场的神经网络(ANN)模型的辨识建模

5.6 PID控制原理

5.7神经网络与PID二次冷却控制系统

5.8本章小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

作者攻读硕士学位期间发表的论文

致谢