一种基于表面温度反馈连铸板坯二冷水控制方法的研究

摘要

连铸是钢铁行业中最重要的技术领域之一，在连铸工艺中效率和质量直接决定了钢铁产品的产量和品质。先进的二冷工艺和控制水平将极大提高生产效率和铸坯质量。本文主要目的是针对板坯连铸二次冷却工艺，研制具有实用意义的动态二次冷却控制系统。 本文是基于金属凝固和传热学基本理论，建立铸坯凝固传热数学模型。以有限容积积分法为基础，以交替隐式差分(ADI)方法为核心算法建立沿铸坯厚度和拉坯方向传热的二维切片跟踪模型，采用追赶法(TDMA)进行求解。模型充分考虑了二冷段的四种不同的冷却换热方式，以二冷段铸坯表面实际水流密度分布、辊子实际接触传热及辐射为边界条件，计算铸坯温度场和固相分数分布。在计算二冷段水量设定值时，以本文建立的二维铸坯凝固传热数学模型为依据，采用二分搜索法对设定值进行搜索。 以二维非稳态凝固传热数学模型为基础，采用面向对象方法，在 Visual C++6.0编译环境下，开发了中薄板连铸动态二冷水控制系统，该系统分为冷却工艺模型和控制模型。工艺模型可实时计算工艺参数变化条件下铸坯温度场和固相分数分布；控制模型可根据工艺要求通过调节各回路水量达到对铸坯表面温度控制的目的。本系统实现了与现场测控设备的数据交换，测试结果表明本系统具有可操作性，并且运行稳定性良好，可用于现场实践。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1连铸工艺过程概述

1.1.1连铸过程冷却方式

1.1.2二冷区的传热

1.1.3影响二冷传热因素

1.2二冷水控制的发展

1.3连铸凝固传热模型的发展概况

1.4本课题承担的任务

第二章基于表面温度反馈的动态二冷水控制系统

2.1 1700ASP中薄板连铸机简介

2.2动态二冷水自动控制

2.2.1动态二冷水控制的依据

2.2.2动态二冷水控制系统原理

2.2.3初始水量调节模块

2.2.4基于凝固传热模型二冷水量设定

第三章连铸二冷水凝固热传输模型

3.1板坯连铸凝固传热微分方程的建立

3.1.1坐标系的建立

3.1.2基本假设

3.1.3板坯凝固传热微分算式

3.2初始边界条件及内能源的处理

3.2.1初始条件

3.2.2边界条件

3.2.3边界参数的选取

3.2.4凝固潜热的处理

3.3物性参数的选取

3.4连铸板坯一维模型的求解

3.4.1一维模型离散化处理

3.4.2一维模型的求解

3.5二维连铸板坯凝固传热模型离散形式

3.5.1连铸板坯二维模型网格的划分

3.5.2交替方向隐式方法—ADI

3.5.3边界条件的处理

3.5.4连铸板坯二维网格各切片方程

第四章基于面向对象动态二冷水控制系统设计

4.1面向对象可视化建模语言

4.2动态二冷水控制系统分析

4.2.1系统边界定义

4.2.2系统用例定义

4.2.3分析类图定义

4.2.4动态二冷水控制系统交互图

4.3动态二冷水控制系统设计

4.3.1动态二冷水控制系统类的设计

4.3.2动态二冷水控制系统时序图

4.4动态二冷水控制软件体系结构

4.4.1软件功能模块组成

4.4.2分布式连铸板坯动态二冷水软件系统结构

4.5动态二冷水控制系统的通信

4.5.1一二级数据交换方式

4.5.2一二级数据交换内容

4.5.3进程之间的通信

第五章连铸二冷水控制系统仿真

5.1系统介绍

5.2温度计算模型准确性的验证

5.3基于表面温度反馈二冷水控制程序仿真

结论

参考文献

附录二冷温度预测部分程序代码

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文