连铸机单炉浇注运行优化方法研究及软件实现

论文摘要

连铸生产过程是现代钢铁企业生产流程中的核心工序。在连铸操作运行过程中,其主要目标是在保证整个连铸生产过程连续性的前提下,合理设定连铸机的拉速和水量,以充分的发挥连铸机生产能力,提高产品质量,使连铸生产过程处于优化运行工况。现有的连铸操作运行方式以操作工通过查询水表给定拉速和水量的方式实现,难以保证连铸机处于最优运行状态。连铸运行优化的提出就是要在满足工艺和资源约束的条件下,从生产全局优化的角度,给定连铸机拉速和水量,使连铸调度计划和二冷水过程控制系统相互配合,实现连铸机的最优运行。连铸生产过程是具有移动边界的凝固过程,其机理可以由非线性热传导偏微分方程和湍流偏微分方程描述。由于生产实际过程受到钢水温度、成分、连铸机设备状态等多种因素的影响,使实际生产过程表现出强烈的不确定性和动态特性。因此,单纯从计划调度优化、或者过程控制系统优化设定,都难以实现连铸生产过程的优化运行。本文首先对连铸机的生产过程和运行模式进行了分析和描述,提出了连铸运行优化的问题描述；然后针对单炉浇注的连铸运行优化问题,建立了基于冶金准则的连铸运行指标模型、连铸运行约束模型以及连铸运行优化的决策变量；在对运行指标进行归一化加权、基于质量守恒的生产连续性约束处理、凝固传热方程离散化方法等基础上,建立了基于GA的连铸运行优化模型的求解算法,实现连铸运行优化的求解；最后,利用Microsoft.NET开发平台和gPROMS流程模拟软件,采用C#编程语言设计和开发了连铸运行优化算法实验软件,通过此软件不仅能实现连铸运行优化计算,对优化计算结果进行仿真验证,还能进行连铸生产过程各工况下的连铸凝固传热过程仿真模拟,为连铸凝固传热过程和连铸运行优化的研究提供了软件实验环境。本文在对连铸机运行优化算法实验软件进行功能和模型测试的基础上,以某厂的实际操作运行数据为背景,对本文提出的连铸单炉浇注运行优化方法进行了验证。实验结果表明,与人工查询水表的操作方式相比较,本文的方法给出的拉速和水量计算出的铸坯温度更接近工艺设定的目标温度,实现了在保证产品质量要求的前提下,提高了连铸生产效率的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 连铸生产过程组织与运行研究现状
• 1.2.1 炼钢-连铸调度研究现状
• 1.2.2 连铸二冷过程控制方法研究现状
• 1.2.3 连铸凝固传热过程模型的研究状况
• 1.2.4 连铸凝固传热过程仿真软件的发展状况
• 1.2.5 连铸运行优化研究现状
• 1.3 本文研究内容
• 第2章 连铸运行过程描述
• 2.1 连铸生产过程简介
• 2.1.1 连铸生产过程
• 2.1.2 连铸冷却区基本结构
• 2.1.3 连铸凝固传热过程的特点
• 2.1.4 连铸二次冷却冶金准则
• 2.2 连铸运行优化问题描述
• 2.2.1 连铸生产运行过程描述
• 2.2.2 连铸运行优化问题
• 第3章 连铸机单炉浇注运行优化模型的建立
• 3.1 连铸运行指标模型
• 3.2 连铸单炉浇注运行约束模型
• 3.2.1 连铸单炉浇注运行连续约束模型
• 3.2.2 连铸凝固传热过程模型
• 3.2.3 其他约束
• 3.3 本章小结
• 第4章 连铸机单炉浇注运行优化模型的求解
• 4.1 连铸运行指标转换与归一化
• 4.2 约束模型的处理
• 4.2.1 连铸运行连续性约束的处理
• 4.2.2 连铸凝固传热过程模型约束的计算
• 4.3 基于GA的连铸运行优化算法设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 连铸运行优化算法实验软件设计与开发
• 5.1 系统功能需求分析
• 5.2 连铸运行优化算法实验软件的设计
• 5.2.1 系统目标
• 5.2.2 系统结构
• 5.2.3 系统功能
• 5.2.4 界面设计
• 5.3 连铸运行优化算法软件的开发
• 5.3.1 系统开发工具
• 5.3.2 参数录入模块开发
• 5.3.3 模型计算模块开发
• 5.3.4 结果输出与显示
• 5.4 本章小结
• 第6章 连铸运行优化算法实验软件的验证
• 6.1 连铸运行优化算法实验软件的功能测试
• 6.1.1 连铸凝固传热过程仿真计算功能测试
• 6.1.2 连铸机单炉浇注运行优化计算及仿真
• 6.2 连铸机单炉浇注运行优化方法的验证
• 6.2.1 某厂连铸机的主要技术和结构参数
• 6.2.2 钢种的成分及物性参数
• 6.2.3 二冷区水气流量的确定
• 6.2.4 综合换热系数h的确定
• 6.2.5 连铸凝固传热过程差分模型的验证
• 6.2.6 连铸机单炉浇注运行优化算法验证
• 6.3 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢