王春燕[1]2016年在《连铸二冷水热传输及人工智能优化模型与控制》文中研究表明钢铁生产是冶金工业这一国民经济支柱产业的重要组成部分,连铸工艺关键工艺之一,有效提高连铸坯产量和质量是提升炼钢厂生产能力的重要方法,也是钢铁研究领域的热门课题,铸坯产品的质量取决于铸坯凝固的过程控制,二冷水的控制直接决定了连铸生产的产量以及铸坯质量的好坏,本文探讨了连铸二冷水热传输及人工智能优化模型与控制的相关问题。
徐荣军[2]2000年在《连铸二冷水热传输及人工智能优化模型与控制》文中研究表明第一篇以安钢四号板坯连铸机二冷水控制为研究对象，建立了连铸板坯二 维非稳态凝固传热数学模型。以目标表面温度为约束，采用VC++语言编制了用 于模型求解的仿真程序，实现了连铸坯在二冷区凝固传热状态的模拟、二冷区各 冷却回路目标水量的反算以及二冷区各冷却回路配水参数计算等功能。该模型己 应用于生产实际。 针对这台连铸机五个钢种、两个断面的铸坯在浇铸条件一定的前提下，确 定了二冷区各冷却回路的目标水量，找出了各回路中拉速与水量的相关关系，确 定了配水参数；分析了拉速和过热度等参数对铸坯生产过程的影响，为进一步优 化二冷水控制方案提供参考依据。 针对不同生产条件，给出了适用干二冷水单回路控制的前置控制系统、前 置－前馈控制系统；在考虑各回路关联情况下，提出了板坯表面温度反馈控制系 统和带水量补偿公式，更有利于稳定铸坯表面温度和改善铸坯质量。 第二篇针对二维凝固传热模型在生产过程中铸坯表面依然存在的质量缺陷 进行分析。采用一种新型的微控红外比色测温仪对铸坯表面温度进行测量；并依 据测温结果，在国内外首次采用模式识别技术，建立了（三类钢种）优化的板坯 连铸二冷水控制模型，该模型运行半年多来，己取得较好的生产效果：同时采用 人工神经网络技术建立了板坯连铸二冷水专家系统，为工厂进一步扩充钢种提供 了方便。
王煜[3]2009年在《方坯连铸机拉速优化与控制研究》文中研究表明连铸二冷配水与铸坯质量密切相关,而拉坯速度是影响二冷配水的一个主要因素,因此在基于拉速前馈的连铸二冷控制系统中,铸机拉速的优化控制对于提高铸坯质量具有重要的意义。本文以方坯连铸机为研究对象,结合生产实际,对拉速的有效控制和基于过热度的拉速优化控制以及二冷配水模型的优化进行了研究。根据连铸机的实际浇铸参数,通过铸坯凝固传热数学模型的数值模拟,具体分析了拉速和二冷水量以及过热度的变化对铸坯表面温度和坯壳厚度的影响,确定了铸机拉速优化与控制的研究内容和方法。针对拉速在非稳定生产状态下出现频繁波动的情况,本文建立了有效拉速控制模型,当拉速发生突变时,用有效拉速代替实时拉速参与二冷配水计算,并在PLC编程实现了有效拉速控制。通过凝固传热模型模拟发现：用有效拉速参与二冷配水计算,可以有效减少因拉速变化引起的铸坯表面温度的波动。针对结晶器液位由塞棒控制的连铸机,将过热度引入到拉速的优化控制当中。在满足结晶器出口处坯壳厚度要求前提下,通过凝固传热模型计算确定了过热度和拉速的最佳对应关系,并在PLC上编程实现了拉速的优化控制。根据基于过热度的拉速优化控制模型在现场的应用发现,铸机拉速按照与过热度的最佳关系进行变化,降低了过热度变化对铸坯质量的影响。根据拉速和过热度对铸坯凝固过程的影响,建立了基于中间包过热度和拉速的二冷水量控制模型,通过凝固传热模型模拟计算过热度变化时,铸坯达到目标温度二冷各段水量,确定出过热度和拉速与二冷各段水量的关系。通过水量优化模型前后铸坯温度的变化发现：基于过热度和拉速的二冷水量控制模型,能够减少因过热度和拉速变化引起的铸坯温度变化。
郑鹏[4]2005年在《连铸二冷过程建模及配水的智能优化研究》文中研究表明随着连铸技术的发展,提高连铸坯产量和质量成为连铸技术研究的主要问题之一。由于铸坯产品的质量与铸坯凝固过程密切相关,而连铸坯的凝固基本上是在二次冷却区内完成的,所以研究二冷热传输过程对了解铸坯凝固行为和保证铸坯质量具有重要的意义。多年来,人们对铸坯内部质量的研究主要通过各种试验、检测手段以及数值模拟技术完成。随着计算机技术的发展,数值模拟技术已成为研究连铸二冷过程的一种重要手段。 首先,本文针对连铸小方坯的凝固热传输过程,结合南钢公司的生产实际进行了机理模型的研究,建立了方坯凝固传热的二维移动薄片模型。在此基础上采用有限单元方法数值求解模型,并运用热焓法处理凝固潜热,得到了一定工艺条件下的稳态凝固温度场。利用南钢现场对三种不同钢种的射钉试验数据,对比模型计算的数据验证了数值模型的准确性和有效性。此外还分析了拉速、过热度和冷却水量等因素对稳态温度场的影响。 其次,通过建立和求解三维瞬态热传输模型来研究铸坯凝固温度场的瞬态特性。实际生产中的铸坯温度场总是处于一个较长过渡的过程,这说明了铸坯凝固系统是一个大惯性的系统。以往的研究很少考虑凝固温度场的瞬态调节过程,而忽略温场瞬态特性的配水控制方法显然不能保证铸坯的产品质量。特别是生产条件变化频繁的时候,铸坯表面温度将发生较大的波动,甚至产生温度“尖峰”,这在一定程度上影响了铸坯产品的质量。本文通过大量的仿真研究了当拉速、过热度和冷却水量发生突变时,铸坯凝固温度场的动态响应过程。并通过引入“有效拉速”的处理方法对实测拉速值进行滤波处理,很大程度上避免了由于生产条件变化而造成的铸坯表面温度的“尖峰”波动,减少了对铸坯质量的不利影响。 第三,针对二冷制度的定量优化问题,研究了二冷冶金准则函数优化法,通过多目标准则函数之间的相互关系建立了二冷制度优化总体目标函数。研究了基于群智能的搜索算法——粒子群算法,并采用嵌入局部搜索策略的手段提出了一种改进的混合粒子群算法,以此来提高连铸二冷配水的函数优化搜索效率,增强优化的实时性。在实现二冷水量离线优化的基础上,分析了钢水过热度对铸坯凝固过程的影响,并通过数据拟合的方法得到了一种基于拉速—过热度—水量最优关系方程的动态控制模型。 最后,本文采用Matlab和C语言混合编程的方法开发了连铸坯二维和二维传热模型的求解程序。在此基础上结合优化算法程序建立了二冷配水优化仿真平台,该平台通过友好的人机界面实现模型参数的输入、温度场数据图形表示和优化结果显示等功能。
王清超[5]2014年在《基于改进PSO的连铸二冷水配水优化方法研究》文中进行了进一步梳理随着钢铁工业的发展,无缺陷铸坯的稳定生产成为连铸技术研究的主要方向。由于铸坯产品的质量与铸坯凝固过程密切相关,而连铸坯的凝固基本上是在二次冷却区内完成的,所以研究二冷热传输过程对了解铸坯凝固行为和保证铸坯质量具有重要的意义。多年来,人们对铸坯内部质量的研究主要通过各种试验、检测手段以及数值模拟技术完成。随着计算机技术的发展,数值模拟技术已成为研究连铸二冷过程的一种重要手段,并为二次冷却制度的制定和优化提供了便利的技术条件。首先,针对连铸板坯的凝固热传输过程,建立了板坯凝固传热的二维移动薄片模型。在此基础上采用数值差分方法求解模型,并运用等效比热法处理凝固潜热,得到了一定工艺条件下的稳态凝固温度场。通过仿真实验验证了数值模型的准确性和有效性,为连铸二冷配水的优化提供了基础。其次,针对粒子群算法的早熟现象,对粒子群的改进算法进行了深入的研究,提出了一类改进的自适应混沌粒子群算法(Adaptive Chaotic Particle Swarm Optimization, ACPSO)。该算法根据个体状态进行判定,当粒子处于运动状态时,不进行混沌优化,从而加速其收敛；当粒子处于稳定状态时,对其混沌优化,使其跳出局部最优解。在这种改进的混沌粒子群的基础上,还对其惯性系数的选取进行自适应处理,使粒子在离最优值进时取较小惯性系数从而提高搜索精度,在粒子远离最优值时取较大的惯性系数使其快速趋近最优值。最后通过不同优化算法的仿真分析比较,表明本文提出的ACPSO具有稳定性强、计算精度高、收敛速度快及收敛精度高等优点。最后,根据二冷冶金准则函数优化法建立了二冷配水优化模型。以凝固传热数学模型为基础,利用ACPSO对连铸二冷配水进行了优化,并且通过仿真分析,验证了改进混沌粒子群优化算法在二冷配水问题中有良好的效果。
杨辉[6]2010年在《连铸机三电计算机控制系统》文中指出连铸过程控制技术水平的高低与铸坯质量密切相关,将网络技术和人工智能理论用于连铸机控制,这无疑将加速冶金工业现代化的前进步伐,提高冶金企业的综合竞争能力和经济效益。本文针对目前连铸过程控制中的若干技术关键,主要就以下几个方面做了一些创新型的研究工作：(1)针对结晶器液位控制具有大惯性、时变、非线性等特点,对其模型和控制策略进行了研究。以液位偏差最小为目标,先用遗传算法离线优化模糊控制器参数(cij,bj)和网络结构,再用BP算法在线调控输出权值wi,仿真表明,GA-FNC法的应用显著提高了系统的自学习能力和鲁棒性。随后又提出了一个带校正补偿的专家模糊控制系统(EFC)设计方案,它运用模糊逻辑和现有结晶器液位控制人员的经验知识及求解问题时的启发式规则来构造控制策略,该策略接近操作员的思维特性,值得在工程应用中深入研究。(2)建立了能适应现场实时控制要求的铸坯凝固传热数学模型,讨论了各类条件及物性参数的确定,随后对模型进行了差分求解,最后在对铸坯温度场进行分析和仿真的基础上,采用改进的粒子群算法(MPSO)对根据冶金准则建立的二冷水目标函数进行了优化研究。(3)通过研究和开发工业以太网协议方式,组建了工业以太网网络与S7300PLC及其他第三方总线仪表的通信接口,完成了远程、强干扰工况下性能稳定的连铸机三电计算机控制系统设计,最后用WinCC6.0组态了系统的监控画面,实现了对工业现场数据的动态监视、历史归档、异常报警等功能。(4)为了研发能实现与国外产品功能相同,但是价格不高的自主以太网产品,提出了基于网络控制器AX88796B和单片机MAX7651、ADuC812为核心的连铸机控制系统方案。重点就工业以太网接口电路硬件系统进行了介绍。
李鹤鹏[7]2012年在《大方坯连铸传热数学模型的研究及二冷配水的优化》文中研究指明随着近几年投产的大方坯连铸机日趋增多、连铸大方坯的产量逐渐提高,铸坯的质量越来越受到连铸工作者的重视。由于大方坯具有断面尺寸大、钢水静压力大、坯壳线收缩大、铸坯热容量大、液相穴长等特点,其更容易产生表面裂纹、中心疏松等质量问题。铸坯质量问题的产生与其凝固过程密切相关,而铸坯的凝固过程主要受到结晶器冷却及二次冷却的影响,因此研究铸坯的凝固传热过程、制定合理的冷却水流量对了解大方坯凝固过程和保证铸坯质量具有重要的意义。本文以东北特钢380mm×490mm大方坯连铸机为对象,结合现场实际,深入研究了大方坯连铸的凝固传热过程,根据传热机理,建立了大方坯二维传热数学模型。建模时,对铸坯凝固过程中释放的潜热采用热焓法处理；考虑到传热模型是非线性偏微分方程,无法求得解析解,采用有限单元法对模型进行数值求解。应用模型模拟了不同工况条件下的铸坯横截面温度分布情况和坯壳生长情况,利用现场实测的铸坯表温度数据,对比模型计算的数据,验证了所建模型是准确合理的；分析了拉速、过热度等工艺参数对铸坯凝固过程的影响。连铸二冷区各段配水量是影响铸坯质量的直接因素,不合理的二次冷却制度会导致铸坯出现质量问题。本文从提高铸坯质量、改善二冷制度的目的出发,针对二冷水量的优化问题,研究了二冷水优化的冶金准则函数优化法,结合大方坯凝固传热模型,建立了基于自适应蚁群算法的二冷配水优化模型。针对基本蚁群算法易陷于局部极小、停滞等缺点,采用了一种改进的自适应蚁群算法,以此来提高连铸二冷配水函数优化的搜索效率。经过仿真计算,优化后的表面温度分布较优化前平缓,温度回升速率降低,较好地满足了冶金准则对改善铸坯冷却过程和提高产品质量的要求。
李东辉[8]2011年在《方坯连铸数学模型及质量控制研究》文中研究表明本文以东北大学与首钢的合作研究课题“全自动高效小方坯连铸机关键技术与设备的研究与开发”为背景,以提高连铸坯质量为目标,针对方坯连铸机过程级控制系统中的主要控制模块进行研究与开发,主要工作如下：(1)针对首钢小方坯连铸机实际情况,进行连铸计算机控制系统的软、硬件构成整体设计；建立了三类数据库,即历史数据库、实时数据库、管理数据库,共57个表,1000多个数据项,编制了人机交互界面,为方坯连铸的过程控制模块提供数据基础。(2)研究了小方坯连铸过程中的自动开浇和结晶器液位控制方法,构建了用于控制液位的PID控制方法,并通过生产实验对其进行了验证。介绍了弧形小方坯连铸机塞棒全自动开浇系统,系统模仿人工开浇过程,设定自动开浇动作,并通过生产实验优化开浇参数。(3)开展了方坯连铸温度场软件的算法研究与程序开发工作,并将软件应用于小方坯连铸机,对模型的准确性进行了校核。该模型考虑了由于结晶器部位气隙的形成,横、纵向热流密度变化具有不均匀性,给出了与气隙有关的结晶器传热模型。同时软件还具有二冷区各冷却回路目标水量的反算功能。该模型可用来优化连铸工艺参数,为进一步开发在线控制模型(例如二冷水在线控制模型、在线质量预报模型)提供了基础。实例计算表明,计算结果与生产实测数据吻合较好,证明了理论模型是实用可靠的。(4)针对方坯连铸机,开展了基于热传输理论的方坯连铸二次冷却区各冷却段水量控制方法的研究与程序开发工作,对于不同的生产条件,给出了拉速、过热度的水量调节法(经验模型法)、带水量补偿的动态调节法等在线控制方法。实例计算表明,采用水量补偿的控制法会获得比经验模型法更好的控制效果,表面温度的波动明显减小。(5)通过在二冷数据库中添加新案例,提出一种智能配置二冷水量的方法,该方法克服了二冷控制过程中存在的非线性、参数时变、大滞后等因素带来的困难,案例库中的数据来源于热传输模型的离线计算。如果案例库中没有检索到有效参考案例,在线采用经验模型法进行二冷水量的计算,经离线温度模型的计算后,将新案例录入案例库中,以实现离线模型的在线控制。实验结果表明,该智能配水法控制效果优于经验模型法,并有效克服计算结果滞后等的控制难题,表明所提出的连铸二冷智能配水方法的有效性。(6)结合小方坯经常出现的内裂纹缺陷,分析了缺陷成因及对铸坯质量的影响,确定内裂纹缺陷评判函数,针对不同钢种对不同质量缺陷等级的要求制定出生产规则。收集连铸生产工艺参数,对小方坯内部裂纹判定结果进行离线验证,结果表明：系统最终判定结果与传热模型的计算结果基本吻合。采用该质量评定系统对生产厂小方坯内部裂纹缺陷进行质量预报,产品质量的预报值与实际值符合良好,预报的准确率达到83.3%。上述研究成果可为方坯连铸机过程控制系统改造及方坯连铸工艺参数设定、新型连铸机的设计等提供理论指导和参考数据。
李强生[9]2009年在《中薄板坯连铸二冷动态控制模型的研究》文中研究指明作为连铸生产过程的一个重要工艺环节,二次冷却对铸坯质量有很大影响。二次冷却过强或过弱都会导致铸坯产生裂纹、偏析和鼓肚等缺陷,它对生产无缺陷铸坯具有举足轻重的作用。二次冷却控制方法分为静态控制和动态控制,其中动态控制能够很好适应拉速变化的连铸过程,通过合理调配二冷水可以保证铸坯表面温度始终被控制在允许的范围内。针对鞍钢中薄板坯连铸机,通过建立非稳态的铸坯凝固传热数学模型及动态跟踪程序,选用VisualBasic6.0高级语言成功开发了适用于中薄板坯连铸机的二冷动态控制模拟程序。针对浇铸中期可能出现的变拉速过程,利用程序对实际拉速控制模型在变拉速过程中的适用性进行了分析;同时对实际拉速控制模型与现有的四种虚拟拉速控制模型进行了对比,并确定一种最佳的虚拟拉速控制模型应用于浇铸初期、中期、末期的变拉速过程,模拟结果表明铸坯质量得到了极大的提高。本文最终开发的二冷动态控制模拟软件不仅能在静态控制下对静态水表进行在线分析与评价,且能够在不同动态控制模型下对不同行进过程中连铸坯的表面温度、中心温度、坯壳厚度及二冷喷淋段冷却水量进行在线计算和显示,软件界面十分友好。
李宏亮[10]2006年在《连铸二次冷却动态模型算法研究及相关软件开发》文中研究说明连铸坯二次冷却在连铸生产中占有非常重要的地位,不但关系到铸坯的质量,而且还与铸机产量密切相关。优化控制二次冷却越来越重要,而计算机数值计算和仿真技术的快速发展为二次冷却制度的制定和优化提供了便利的技术条件。通过建立连铸坯凝固传热模型、确定准确的各计算参数、编写计算程序对影响连铸坯凝固过程的各个阶段和各种工艺因素进行数值模拟,迅速、准确地找出影响连铸坯凝固过程的规律和工艺控制措施,可以提高连铸机生产能力,改善、控制铸坯内部组织结构与质量,取得更好的经济和社会效益。济南钢铁股份有限公司第一炼钢厂一号方坯连铸机是1989年由德马克设计建成投产的,近来,设备年久以及当初设计的连铸工艺无法满足当今高效连铸技术的发展要求,在质量、产量和生产率方面均存在较大的不足。2005年由重庆大学和济南钢铁公司联合对铸机进行了二次冷却改造,建立了适应该铸机具体结构特点的方坯凝固传热数学模型,对二次冷却制度进行了优化并在此基建上开发了用加权平均速度替换瞬时速度从静态水表调用二次冷却水量进行冷却的方坯动态模型。在拉速突然变化时,方坯动态模型能对防止短时间内二次冷却强度过大或不足起积极作用。在连铸生产过程中,改善连铸坯的凝固冷却、制定合理的二冷制度,钢种的高温物理性能和高温力学性能均十分重要。课题对广西柳州钢铁公司连铸板坯Q345和AH36两个典型钢种部分高温物理性能及高温力学性能进行了测试。测试结果为确定连铸目标表面温度曲线和其它相关参数进而为开发板坯二冷动态模型提供了重要的基础数据和依据。为了在不同的浇注条件下对二次冷却进行良好的监测和控制以获得理想的铸坯表面温度分布,建立铸坯凝固传热数学模型仿真计算铸坯温度场分布,并根据铸坯表面温度对二冷冷却喷水量进行在线计算,以便通过控制系统使铸坯表面温度保持沿预先设定的目标表面温度变化,更好地控制铸坯质量。课题根据柳钢板坯连铸机的特点,建立了板坯连铸一维传热模型,根据表面温度计算结果和目标温度差值采用比例、积分、微分算法调整水量。连铸板坯二次冷却动态模型选用Microsoft的VisualBasic6.0高级语言,编程实现对连铸坯各节片的动态跟踪,实时计算各节点的温度、坯壳厚度和二冷喷淋段的冷却水量,以及实现了各结果的动态显示,模型界面设计友好。
参考文献：
[1]. 连铸二冷水热传输及人工智能优化模型与控制[J]. 王春燕. 中小企业管理与科技(中旬刊). 2016
[2]. 连铸二冷水热传输及人工智能优化模型与控制[D]. 徐荣军. 中国科学院上海冶金研究所. 2000
[3]. 方坯连铸机拉速优化与控制研究[D]. 王煜. 东北大学. 2009
[4]. 连铸二冷过程建模及配水的智能优化研究[D]. 郑鹏. 东北大学. 2005
[5]. 基于改进PSO的连铸二冷水配水优化方法研究[D]. 王清超. 东北大学. 2014
[6]. 连铸机三电计算机控制系统[D]. 杨辉. 南昌大学. 2010
[7]. 大方坯连铸传热数学模型的研究及二冷配水的优化[D]. 李鹤鹏. 东北大学. 2012
[8]. 方坯连铸数学模型及质量控制研究[D]. 李东辉. 东北大学. 2011
[9]. 中薄板坯连铸二冷动态控制模型的研究[D]. 李强生. 辽宁科技大学. 2009
[10]. 连铸二次冷却动态模型算法研究及相关软件开发[D]. 李宏亮. 重庆大学. 2006