冲天炉熔炼过程成分预测系统的研究与开发

论文摘要

据统计，铸铁件产量占我国铸件总产量的70%以上，铸铁仍是我国铸造生产最重要的材料，因此，提高铸铁件质量、降低其成本对促进我国国民经济的发展有着重要意义。而作为影响铸铁件质量和成本的关键因素，铸铁熔炼水平的提高对实现低能耗绿色铸造以及实现国家降低单位产值能耗的目标具有重要的现实意义。本文针对目前我国铸铁最主要的熔炼方式冲天炉熔炼展开相关研究，重点对冲天炉熔炼体系成分预测模型的建立和系统实现两方面开展研究工作。本文首先研究了冲天炉熔炼体系成分变化过程的数学表达方法，即利用分子式矩阵、化学反应计量系数矩阵、独立组分、独立反应等物理化学知识对冲天炉熔炼体系进行数学描述。在此基础上，基于冲天炉熔炼体系的建模要求，综合比较平衡常数法和最小自由能法这两种多相多组分体系平衡计算算法的优势，最终选用最小自由能法来进行冲天炉熔炼体系成分预测的热力学建模。为保证该热力学模型的精度，本文还研究了冲天炉熔炼参数的约束处理方法，即采用间接约束的思路，利用BP神经网络来处理熔炼参数与铁液温度之间的约束关系，从而完成熔炼参数对铁液成分影响的探索研究，最终建立了冲天炉熔炼过程的成分预测模型。在分析成分预测模型求解特点的基础上，本文选用遗传算法作为上述模型的求解算法，并对遗传算法进行了相关改进以提高算法效率，然后利用Matlab平台实现了该模型，文章最后设计了两个熔炼算例来说明成分预测系统的实际应用效果。本文的研究结果论证了冲天炉熔炼过程成分预测系统的可行性，并对系统的影响因素展开深入阐述，为后续工作指明了研究方向。本文的研究对实现冲天炉熔炼过程的模拟仿真具有一定的探索意义，为计算机技术在铸造过程中的应用开辟了新的方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 课题的目的与意义
• 1.2 铸铁常见熔炼方法综述
• 1.3 计算机技术在熔炼过程中的应用
• 1.4 研究内容与方法
• 2 冲天炉熔炼过程的数学描述
• 2.1 冲天炉熔炼过程的物质变化
• 2.2 冲天炉熔炼过程的数学描述
• 2.3 本章小结
• 3 冲天炉熔炼过程的热力学建模
• 3.1 多相多组分体系成分预测的常见算法
• 3.2 冲天炉熔炼过程的热力学建模
• 3.3 组元化学势μ的计算
• 3.4 本章小结
• 4 冲天炉熔炼参数的约束处理
• 4.1 冲天炉熔炼过程的主要熔炼参数
• 4.2 冲天炉熔炼参数控制的建模方案
• 4.3 基于 BP 神经网络的冲天炉熔炼参数处理方案
• 4.4 本章小结
• 5 系统实现与数值算例
• 5.1 热力学模型的求解方法
• 5.2 冲天炉成分预测系统的实现
• 5.3 数值算例与分析
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 未来展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录Ⅰ 攻读硕士期间发表的论文