LF钢水温度预报模型的研究

论文摘要

近年来,随着纯净钢生产技术的进步和连铸技术的发展,炉外精炼工艺与设备迅速普及。其中LF以其优异的综合性能,在实际生产中得到了广泛应用。钢水温度是LF精炼过程中的一个非常重要的工艺参数,LF的钢水温度控制对钢的质量和连铸操作的顺利进行都十分重要,而对LF钢水温度的预报是控制LF钢水温度的先决条件,是实现精炼过程计算机自动控制的重要基础。然而在LF实际精炼过程中,钢水温度之高,检测环境之恶劣使钢水温度测量成为炼钢工业中的一个难题。尤其是钢水连续测温。所以精确连续的预报钢水温度,具有重要的实际意义。本文以LF钢水和炉渣为研究体系,由热力学第一定律,建立整体热平衡。其中,炉衬的传热(包括钢包侧壁和包底)分别采用圆柱坐标下和直角坐标下的一维非稳态导热微分方程及其初始条件和第三类边界条件来描述,以有限差分方法求解。然后,根据整体热平衡,推导出LF钢水温度预报模型,预报整个精炼过程中从第一次测温时刻以后的钢水温度。针对模型在实际生产条件下运行时所需要的钢包包衬各层材料的热物性参数(导热系数和比热容)难以精确测定的不足,从整个模型出发,利用遗传算法的全局搜索能力和良好的全局优化性能,对模型中难以确定的热物性参数进行辨识,得到实际生产条件下模型中所需的热物性参数值。通过对实际精炼过程的模拟来验证模型的预报精度,结果表明,模型正确地反应了LF精炼过程的传热规律,预报结果较为真实、可靠。最后,采用滚动校正技术对LF钢水温度预报模型进行了在线校正,以保证模型能够适应不同的工况。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 LF简介
• 1.1.1 LF的发展
• 1.1.2 LF的功能
• 1.1.3 LF的优点
• 1.2 LF钢水温度的测量方法
• 1.2.1 间断法
• 1.2.2 连续法
• 1.3 LF钢水温度预报模型的研究
• 1.3.1 国外研究成果
• 1.3.2 国内研究成果
• 1.3.3 存在的问题和不足
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 LF钢水温度预报模型
• 2.1 LF能量传递过程分析
• 2.2 LF钢水温度预报模型的建立
• 2.2.1 建模总体思路
• 2.2.2 体系能量平衡分析
• 2.2.3 LF钢水温度变化速率模型
• 2.3 LF钢水温度变化速率模型的求解
• 2.3.1 模型求解的总体思路
• 2.3.2 炉衬损失热量的求解
• 2.3.3 整个模型的求解
• 2.4 模型中重要工艺参数的确定
• 2.4.1 电弧传热效率
• 2.4.2 综合换热系数
• 2.4.3 钢包包衬各层材料的热物性参数
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于遗传算法的热物性参数辨识
• 3.1 导热系数和比热容的基本概念
• 3.2 导热系数和比热容的确定方法
• 3.3 遗传算法简介
• 3.3.1 遗传算法中的基本概念
• 3.3.2 遗传算法基本操作
• 3.3.3 遗传算法的实现技术
• 3.4 导热系数和比热容的辨识
• 3.4.1 遗传算法在热物性参数辨识中应用的基本思想
• 3.4.2 遗传算法辨识导热系数和比热容的具体步骤
• 3.4.3 算法流程图
• 3.5 本章小结
• 第四章 模型的仿真及在线校正
• 4.1 模型的仿真验证
• 4.1.1 仿真程序框图
• 4.1.2 导热系数和比热容的辨识结果
• 4.1.3 模型的仿真结果
• 4.1.4 模型预报误差综合分析
• 4.1.5 LF钢水温度预报模型的具体应用
• 4.2 模型的在线校正
• 4.2.1 研究背景
• 4.2.2 在线滚动校正技术
• 4.2.3 模型在线校正的效果
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢