优秀研究生学位论文题录展示连铸系统热过程综合BP网络模型及其在线应用专　业: 热能工程关键词: 连铸系统 热过程 BP网络 数学模型分类号: TF777形　态: 共 125 页　约 81,875 个字　约 3.916 M内容阅　读: 内容摘要近年来，随着钢铁产量的不断提高，对铸坯质量和自动控制系统的要求越来越高。由于连铸、加热和轧制工况的多样化，某些反映连铸系统热过程的主要热工参数不能直接或连续地检测，因此，研究和开发连铸系统热过程数学模型已成为当前的研究热点之一。尽管具有边界约束条件的数学物理方程对连铸系统热过程有着相当近似的描述，但还不能完整精确的表达连铸系统热过程。此外，连铸系统热过程二维或三维数学模型由于其计算工作量大，一般不适合用于在线计算机控制使用，多数用于离线数值模拟和离线优化计算。而神经网络技术，可以通过实时采集现场能够检测到的热工参数构造成BP网络模型，具有建模快捷、计算量小等特点，但是为了保证和提高模型的计算精度，迫切需要将不能实时检测的热工参数引入BP网络中，即将专家知识、现场实测数据和数学模型的计算结果等相融合，通过神经网络的学习功能还可以不断地适应所研究对象的实时状态。本文正是在全面系统地分析了连铸、加热和轧制等过程的主要工艺特点的基础上，建立了连铸系统热过程数学模型，并将其与神经网络技术相结合最终构成了全新的连铸系统热过程综合BP网络模型，并将其用于在线计算机控制使用。综合论文所做工作，其研究内容包括以下几方面：连铸坯的凝固过程是复杂的传热过程，针对铸坯凝固过程建立准确的数学模型对于实现可预测的冷却控制和提高铸坯质量极其重要。但是铸坯传热模型由于其反复在线计算需要很长的时间，大多数用于模拟和优化自动浇铸操作。本文在铸坯凝固传热数学模型的基础上，将不能实时检测的参数引入BP网络中，建立了综合BP网络模型。采用现场实测数据，对所建模型进行了验证，在此基础上对各种典型工况进行了数值仿真研究。综合BP网络模型为连铸坯入炉温度在线控制策略和控制系统奠定了理论基础。加热炉是轧钢生产的重要设备。铸坯在加热炉内的热过程涉及到流动、传热和燃烧等复杂的物理化学现象。加热过程传热模型的建立需要对炉内铸坯的加热过程作许多假设，同时加热炉内铸坯加热过程复杂的边界条件，使得偏微分方程的求解复杂。本文在加热炉传热模型的基础上，将不能实时检测的参数引入BP网络，建立了铸坯加热过程综合BP网络模型。并采用“黑匣子”实验数据对所建模型进行了验证。结果表明所建模型正确可信，同时对加热炉各段温度变化进行了数值仿真分析。在综合BP网络离线模型的基础上建立了加热过程在线控制策略和加热炉计算机在线控制系统。铸坯出加热炉后依次经历辊道输送、高压水除鳞、粗轧和精轧等热过程。因此，在轧制过程中，影响铸坯温度变化的因素较多，既有热传导、对流和辐射引起的温降，又有摩擦、变形引起的温度升高，此外还与铸坯的材质和轧制速度等因素有关。各因素关系复杂，存在着较高的非线性。因此用传热模型精确计算铸坯温度变化比较困难。本文在铸坯轧制热过程传热模型的基础上，将不能实时检测的参数引入BP网络，建立了轧制过程综合BP网络模型。为了提高综合BP网络运算速度和计算精度，本文利用遗传神经网络对各因素进行筛选分析，将符合条件的因素作为BP网络模型的输入，并采用实测数据对模型进行了验证，对铸坯温度影响因素进行了定量和定性分析。以上述所建立的连铸系统热过程综合BP网络模型为基础，建立了连铸系统热过程综合BP网络模型计算机在线控制系统，其中包括：连铸坯入炉温度在线计算机控制系统、加热炉计算机在线控制系统和轧制温度反馈计算机在线控制系统。系统投运后的结果表明本文所开发的连铸系统热过程综合BP网络模型完全能够满足在线生产使用。所作工作对国内其他企业的同类炉型的计算机优化控制和调度管理有重要的参考价值..……全文目录文摘英文文摘主要符号及其意义1文献综述1.1连铸系统热过程数学模型研究概况1.1.1连铸坯凝固过程传热数学模型的研究1.1.2连铸坯加热过程传热数学模型的研究1.1.3连铸坯轧制过程传热数学模型的研究1.2连铸系统热过程计算机控制概述1.2.1连铸过程控制概述1.2.2加热炉加热过程计算机控制1.2.3轧制过程控制概述1.3人工神经网络及遗传算法应用研究综述1.3.1人工神经网络应用研究综述1.3.2遗传算法应用研究综述1.4本文的研究内容2连铸系统热过程综合BP网络模型2.1连铸系统热过程传热数学模型的建立2.1.1连铸坯凝固过程传热数学模型2.1.2连铸坯加热过程传热数学模型2.1.3连铸坯轧制过程传热数学模型2.2连铸系统热过程综合BP网络模型的建立2.2.1综合BP网络模型的拓扑结构2.2.2综合BP网络模型隐层节点的确定2.2.3综合BP网络模型学习训练数据预处理2.2.4综合BP网络模型的学习训练方法2.3本章小结3连铸系统热过程综合BP网络模型的验证及其分析3.1凝固过程综合BP网络模型的验证及其分析3.1.1凝固过程传热数学模型的验证3.1.2综合BP网络模型的验证3.1.3凝固过程主要热工参数对铸坯温度的影响3.2加热过程综合BP网络模型的验证及其分析3.2.1加热过程传热数学模型的验证3.2.2综合BP网络模型的验证3.2.3加热炉各段温度变化对综合BP网络模型的仿真分析3.3轧制过程综合BP网络模型的验证及其分析3.3.1轧制过程传热数学模型的验证3.3.2综合BP网络模型的验证3.3.3综合BP网络模型用于连铸坯温度影响因素的分析3.4本章小结4连铸系统热过程综合BP网络模型在线控制策略4.1连铸系统热过程计算机在线控制策略总框图4.2连铸坯入炉温度在线控制模型4.2.1入炉温度在线计算模型4.2.2入炉温度模型的在线修正4.3加热炉炉温优化模型4.3.1加热炉炉温在线计算模型4.3.2炉温优化模型的在线修正4.4轧制温度反馈在线控制模型4.4.1轧制温度在线反馈计算模型4.4.2轧制温度反馈的在线修正4.5本章小结5连铸系统热过程在线控制系统及效果分析5.1连铸系统热过程控制系统的硬件配置和主要功能5.2连铸坯入炉温度计算机控制系统5.2.1连铸坯入炉温度计算机控制系统结构5.2.2连铸坯入炉温度控制模块功能5.2.3连铸坯入炉温度计算机控制系统运行效果及分析5.3加热炉计算机在线控制系统5.3.1加热炉控制系统的硬件配置和主要功能5.3.2加热炉计算机在线控制系统结构5.3.3加热炉计算机在线控制模块的主要功能5.3.4加热炉计算机控制系统运行效果及分析5.4连铸坯轧制温度反馈计算机在线控制系统5.4.1轧制温度反馈计算机在线控制系统结构5.4.2轧制温度反馈计算机在线控制模块的主要功能5.4.3轧制温度反馈计算机在线控制效果及分析5.5本章小结结论参考文献相似论文,71页,TF777.2,58页,TF777
TF341.6,86页,TF777 TF341.6,54页,TF777 TF771.1,142页,TF777 TF53,108页,TF777.7,69页,TF777 TF713.2,62页,TF777,103页,TF777,84页,TF777 TF748.02,67页,TF777.1,50页,TF777 TF771.2,64页,TF77,54页,TF77,69页,TF777.1,78页,TF77,32页,TF77,95页,TF77 TB55,66页,TF77 TG146.23,59页,TF771 TG111.4中图分类:
> TF777 > 工业技术 > 冶金工业 > 炼钢 > 铸锭 > 连续铸钢、近终形铸造
& 2012 book.hzu.edu.cn连铸坯热送系统数学模型及综合效益分析 三亿文库
连铸坯热送系统数学模型及综合效益分析
连铸坯热送系统数学模型及综合效益分析 高仲龙 蒋杨虎 董补全 温 治 张欣欣 (北京科技大学) 刘铁树 解 雯 庄国伟 (宝山钢铁(集团)公司) 摘 要 概要地介绍了连铸坯热送系统的工艺、热送过程的数学模型以及连铸坯热送的综合效益。 关键词 连铸坯 热送 数学模型 MATHEMATICAL MODEL OF HOT CHARGING OF CONTINUOUS CASTING SLAB AND ANALYSIS OF COMPREHENSIVE BENEFIT GAO Zhonglong JIANG Yanghu DONG Buquan WEN Zhi ZHANG Xinxin (University of Science and Technology Beijing) LIU Tieshu XIE Wen ZHUANG Guowei (Baoshan Iron and Steel Corp.) ABSTRACT This paper briefly introduces the technology of hot charging of continuous casting slab,the mathematical model of hot charging process and the comprehensive benefit of hot charging of continuous casting slab. KEY WORDS continuous casting slab,hot charging,mathematical model 1 前言
钢铁联合企业从钢到材的生产中有大量炉料余热。据统计，炉料余热占炉子余热总资源的40 %以上，炉料余热中也包括连铸坯的载热资源，应尽可能地加以利用。
连铸坯热送，从而实现热装炉，是连铸技术的一项重大突破，可以取得节能、降耗、高产等综合经济效益，而且对改革传统的钢铁工业结构具有深远的意义。 2 热送工艺 2.1 热装
该工艺连铸坯的热装温度为400～700 ℃，在工艺流程上连铸和热轧可以各自独立地编制生产计划，可在连铸机和加热炉之间设置保温设备(如保温坑、保温车等)，保温设备在其间起着生产的缓冲和协调作用。 2.2 直接热装
该工艺连铸坯装炉温度为700～1 000 ℃，连铸坯生产的序号与装炉序号要一致，这就要求连铸与热轧生产一体化。直接热装的综合经济效益比热装还好，但组织生产的难度较大，直接热装是热送工艺的进一步发展。 2.3 直接轧制
该工艺连铸坯在1 100 ℃条件下不经加热炉，在输送过程中通过边角补热装置直送轧机轧制。直接轧制工艺对连铸与热轧一体化生产的要求更高，由于取消了加热炉这道工序，其综合经济效益最高，而实现的难度就更大。
生产中可根据当时的坯温条件组织不同的工艺，其优先顺序是：首先力争直接轧制，条件不够时则争取直接热装，条件再不够则采用热装，当然连热装条件都不够时只好冷装。
生产中采用哪种热送工艺取决于连铸坯的热状态，即连铸坯在任意时刻(任意地点)的温度场、凝固场、载热量等，为此要用数学模型来确定连铸坯在热送系统全部过程的热状态参数。再根据热送工艺特点合理地控制炉子的供热(能耗)和生产节奏(生产率)，以取得节能、降耗和高产的综合经济效益。 3 数学模型 3.1 连铸坯凝固过程数学模型
计算不同连铸工艺条件下不同钢种连铸坯的温度分布，从而为后面的铸坯输送过程计算提供准确的初始条件。模型计算涉及的区域包括：结晶器、二冷区以及二冷区终了到切割点为止的空冷区。描述连铸坯凝固过程的导热方程为
(1) 式中 ρ――密度； c――比热容； θ――温度； t――时间； λ――导热系数； F――相变热源的分布特征函数； x、y、z――空间坐标。
如连铸坯为矩形断面，式(1)可以表达为二维问题，相变潜热用等效热容方式处理后，导热方程(适用于连铸坯热送全过程)表达为
(2) 式中 ce――等效比热容，
(3) 式中cl――液相比热容； cs――固相比热容； θl――液相线温度； θs――固相线温度；
L――凝固潜热； fs――固相率。
计算的初始条件用钢液的浇注温度。边界条件在结晶器和二冷区的表面热流密度用牛顿冷却定律计算 q=h(θ-θ′) (4) 式中 q――表面热流密度； h――对流换热系数； θ(T)――连铸坯表面温度(绝对温度)； θ′(T′)――冷却水温度(绝对温度)。
在空冷区连铸坯表面热流密度包括对空间的辐射换热和对流换热。 q=εsσo(T4-T4a)+hc(θ-θa) (5) 式中 εs――连铸坯表面黑度； σo――黑体辐射常数； hc――连铸坯表面与周围空间的自然对流换热系数； θa(Ta)――周围介质的温度(绝对温度)。 3.2 连铸坯辊道输送冷却过程数学模型
计算的初始条件为连铸坯在切割点处的温度场。边界条件分两种情况。
(1) 辊道上面加盖保温罩。连铸坯上表面热流密度包括与罩内表面的辐射换热以及罩内空气对连铸坯上表面的自然对流换热。 q=εswσo(T4-T4w)φsw+hc(θ-θa) (6) 式中 εsw――连铸坯上表面对保温罩内壁辐射换 热系统黑度；
φsw――连铸坯上表面对保温罩内壁辐射角系数； θw(Tw)――保温罩内表面温度(绝对温度)。
罩的内表面温度与罩的散热有关，罩的导热可处理为厚度方向的一维问题，因为罩的厚度比其长宽尺寸小很多。
(7) 式中 ρw、cw、λw――罩的密度、比热容、导热系数。
罩外表面的散热热流密度包括对空间的辐射换热和对流换热，计算式的形式与式(5)相同。
(2) 辊道上面无保温罩。连铸坯上表面裸露在大气空间，其上表面热流密度为对空间的辐射换热与对流换热之和，计算式的形式与式(5)相同。
连铸坯下表面面向辊道和地坑，与辊道接触的瞬间属接触导热冷却，考虑到瞬间热流仅作用到铸坯和辊道的表层，故可作为半无限厚物体的导热问题处理。
(8) 式中θj为连铸坯下表面与辊道接触处温度。
非接触处为连铸坯下表面对辊道、地坑的辐射换热以及坑内空气的自然对流换热，计算式的形式与式(5)相同。
辊道输送冷却过程数学模型适用于生产流程中的如下两段：
(1) 连铸坯从切割点到入保温设备之前；
(2) 连铸坯从出保温设备到入加热炉之前。
实际生产中不可避免地要有连铸坯从生产线上掉队而落地放置，如下线坯数量多应码垛放置，这样既减少车间占地又可减少连铸坯的散热，下线坯散热的表面热流密度计算式与式(5)相同。 3.3 连铸坯保温过程数学模型
连铸坯在保温设备(保温坑或保温车等)中表面热流密度计算式的形式与式(6)相同。连铸坯在保温设备中均叠落成垛放置，垛内各坯均用式(2)计算。保温设备墙壁导热以及对外散热的计算式形式与式(7)、(5)相同。 3.4 连铸坯在加热炉内加热过程数学模型
应用该模型得出不同情况下炉子的优化加热制度，即温度制度和供热制度，为在线优化控制提供依据，连铸坯在炉内的表面热流密度为 q=ησo(T4f-T4)+hf(θf-θ) (9) 式中 η――炉膛内总括吸收率； hf――炉内对流换热系数； θf(Tf)――炉温(绝对温度)。
关于炉墙导热及对外散热的计算式形式与式(7)及式(5)相同。由于炉内结构复杂，如炉顶曲线变化及压下、炉底水管结构以及炉温不均等情况将使炉膛内辐射换热、连铸坯内温度场计算复杂化，增加了计算难度，计算应细化的程度视工程需要而定。
炉子的供热制度要通过炉膛热平衡数学模型来确定。通过炉膛各段的区域热平衡计算各炉区的燃料供给量，进一步算出燃料总消耗量、炉膛热效率、废气出炉温度以及炉子燃耗、产量等技术经济指标。
上述各个子过程数学模型构成了连铸坯热送系统全过程数学模型，各个子过程数学模型均结合具体生产情况进行离线仿真运算，所得计算结果经生产实测数据验证表明，数学模型可用 。
为了满足生产运行的需要，可以用热送系统数学模型离线仿真所得的一系列数据进行回归处理，从而建立在线控制用数学模型，在线数学模型的突出特点是算式简单，运算速度快。
热送系统数学模型还可用于分析设备和工艺过程，提出改进和完善措施。 4 综合效益分析
以连铸板坯(尺寸为0.25 m×1.25 m×12 m)为例进行热送效果的综合分析。 4.1 辊道加罩保温
数学模型计算和实测表明：随环境和钢种不同，板坯在裸露的辊道上冷却，温降为4～6.5 ℃/min。而辊道上加盖保温罩后，板坯温降为2.5 ～5.5 ℃/min，即加罩后板坯温降减少1～1.5 ℃/min，说明加罩是有保温效果的。 4.2 保温设备保温
将热板坯码垛在保温坑内保温，保温坑壁用厚为65 mm粘土砖和厚为230 mm硅藻土砖砌成。数学模型计算和实测表明：板坯垛在坑内的温降为0.2～0.4 ℃/min，仅为裸露放置的板坯温降的6 %左右，说明保温设备的保温效果非常显著。 4.3 节能
根据数模计算和实测：
(1) 连铸坯装炉温度小于500 ℃时，热装温度每提高10 ℃，炉子节能约7 MJ/t；
(2) 连铸坯装炉温度大于500 ℃时，热装温度每提高10 ℃，炉子节能约10 MJ/t。
当连铸坯热装温度为500 ℃时，比冷装时炉子节能约30 %。
联系客服：cand57il.com连铸坯热送、热装、热轧工艺及控制--《中国金属学会第一届青年学术年会论文集》2002年
连铸坯热送、热装、热轧工艺及控制
【摘要】：韶钢在原小型连轧生产线的基础上,于2002年11月配套建成了90tConsteel电炉炼钢生产线,和原小型连轧厂合并为短流程生产线。为充分发挥连铸坯热送热装热轧工艺的优势,韶钢炼轧厂对原小型连轧生产线进行了一系列设备和工艺技术改造,达到了显著降低生产成本的目的。
【作者单位】：
【分类号】：TG335【正文快照】：
原小型连轧生产线采用150 mm×150 mm×10000 mm连铸坯生产棒材,为增加轧机机时产量,缩短轧制过程中的间歇时间,并与炼钢工序相匹配,将原150方坯孔型系列改为160方坯孔型。并提高了各不同规格之间孔型的共用性,减少了换辊量。 采用无孔型轧制技术,将原1、3号水平轧机由单槽改
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