【摘要】：連鑄作為鋼鐵生產(chǎn)的中心環(huán)節(jié),對保證鋼鐵產(chǎn)品加工性能和使用性能具有重要作用,其中連鑄二冷區(qū)更是影響鑄坯質(zhì)量的關(guān)鍵�；谀棠Ｐ偷倪B鑄二冷配水優(yōu)化是提高鑄坯質(zhì)量的有效手段,而二冷區(qū)換熱系數(shù)的準(zhǔn)確性是保證模型可靠性的基礎(chǔ)。本文采用實(shí)驗(yàn)的研究方法對二冷區(qū)換熱系數(shù)展開研究,基于噴嘴冷態(tài)和熱態(tài)實(shí)驗(yàn)得出換熱系數(shù)與水流密度、鑄坯表面溫度的關(guān)系,最后將換熱系數(shù)應(yīng)用于連鑄建模及二冷配水優(yōu)化研究中。本文的主要研究內(nèi)容如下:(1)連鑄噴嘴冷態(tài)和熱態(tài)實(shí)驗(yàn)研究。完善冷態(tài)實(shí)驗(yàn)平臺,通過集水試管搜集水量,確定噴嘴流量、氣壓與水流密度分布的關(guān)系。改進(jìn)熱態(tài)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),針對水流密度的非均勻分布及熱電偶安裝位置等對測溫的影響進(jìn)行分析,確定新的測溫打孔方案。通過實(shí)驗(yàn)確定噴嘴不同氣壓、流量條件下的非穩(wěn)態(tài)溫降曲線,為確定換熱系數(shù)奠定基礎(chǔ)。(2)基于Tikhonov正則化的換熱系數(shù)求解。換熱系數(shù)是在導(dǎo)熱正問題模型的基礎(chǔ)上利用測量的溫度數(shù)據(jù)反算得出。為保證求解的穩(wěn)定性和精度,采用Tikhonov正則化方法并改進(jìn),即采用粒子群算法優(yōu)化得出正則化參數(shù)α。通過數(shù)值實(shí)驗(yàn),基于改進(jìn)的Tikhonov正則化方法求解誤差≤5%,具有較高的求解精度。最后,反算得出不同水流密度、鑄坯表面溫度下的換熱系數(shù)并擬合得到相應(yīng)解析的關(guān)系式。(3)二冷區(qū)換熱系數(shù)準(zhǔn)確性驗(yàn)證。將換熱系數(shù)關(guān)系式應(yīng)用到連鑄凝固傳熱模型中,建立二冷區(qū)水流密度非均勻分布條件下的準(zhǔn)確邊界條件,與現(xiàn)場實(shí)測鑄坯表面溫度比較,偏差≤6.9℃。而采用換熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式的模型計(jì)算的偏差為16.7℃。表明測算得到的換熱系數(shù)具有較高的準(zhǔn)確性。(4)連鑄二冷配水優(yōu)化研究�；诒疚臏y算換熱系數(shù)關(guān)系式建立配水優(yōu)化模型,提高研究的可靠性。針對現(xiàn)有混沌粒子群優(yōu)化算法采用混沌序列簡單處理惰性粒子,優(yōu)化效果不理想的問題進(jìn)行改進(jìn),引入混沌因子r將混沌融入到粒子運(yùn)動中,通過數(shù)值實(shí)驗(yàn),表明該算法有更好的全局搜索能力。采用該算法優(yōu)化二冷各段水量,確定新的二冷配水配方并應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場。
【圖文】：

應(yīng)線圈消耗的能量與鋼坯在冷卻過程中散失的熱量近似相等，由此得出在一定溫度時的逡逑鋼坯表面換熱系數(shù)。穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)難度大，設(shè)計(jì)成本高，因控制系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)的滯逡逑后性實(shí)驗(yàn)精度也不易控制，但穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚩焖俚贸鰺崃髅芏�。穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)示意圖如圖１．１逡逑所示。逡逑ｒ＝二控制器邋電ｓｔａ．邋｜采集系統(tǒng)逡逑感應(yīng)線圈逡逑熱電偶逡逑｜邐￣￣？逡逑１邋鋼坯邐一逡逑１邋ｃ）0ｏｃｎｘ0ｊ0，逡逑圖ｉ．ｉ穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｓｔｅａｄｙ－ｓｔａｔｅ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ逡逑國外針對高溫鑄坯表面換熱系數(shù)的非穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)平臺設(shè)計(jì)。ＷｅｎｄｅｌｓｔｏｒｆＪ邋｜７］為了使換逡逑熱過程接近一維模型，利用Ｎｉ打磨成厚度為１ｍｍ、直徑為７０ｍｍ的圓盤，將５對熱電逡逑偶焊接在圓盤下面，對其加熱到１２００°Ｃ，噴嘴噴淋整個裝置，模擬一維傳熱過程；Ｆ．逡逑ＲａｍＳｔｏｒｆｅｒ［ｌｉｌ將高溫鑄坯加熱到１２５０°Ｃ，除了冷卻面，其余面被包裹起來，噴嘴從下到逡逑上噴射射流冷卻鑄坯，測試鑄坯降溫?cái)?shù)據(jù)，；ＩｔｏＹ等Ｍ在在鋼板上嵌入２６個熱電偶，，熱逡逑電偶測溫點(diǎn)距離鋼坯表面３ｍｍ，將鋼坯加熱到１２７３Ｋ后開始放到冷卻平臺下冷卻，冷逡逑卻到６３７Ｋ后停止冷卻，保存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。相對穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)，非穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)簡電，成本較逡逑低

邐第２章二冷區(qū)噴嘴冷態(tài)和熱態(tài)實(shí)驗(yàn)研究逡逑據(jù)后翻轉(zhuǎn)卡槽，倒出試管中積累的水。如圖２．１所不。逡逑！邋－邋－逡逑－邋－逡逑■邐＿邋ｉ逡逑ｌ１柋山１．皿丨川１N１皿：＿邋．逡逑圖２．１冷態(tài)實(shí)驗(yàn)水流密度測試示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｓｋｅｔｃｈ邋ｏｆ邋ｃｏｌｄ－ｓｔａｔｅ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ邋ｗａｔｅｒ邋ｄｅｎｓｉｔｙ邋ｔｅｓｔ逡逑２．１．２熱態(tài)實(shí)驗(yàn)基本原理逡逑熱態(tài)實(shí)驗(yàn)的目的是獲得高溫鑄坯在噴嘴噴霧冷卻時內(nèi)部若干點(diǎn)的降溫?cái)?shù)據(jù)，為反算逡逑換熱系數(shù)提供數(shù)據(jù)。換熱系數(shù)表征鑄坯表面與冷卻水之間熱交換的激烈程度，該換熱情逡逑況非常復(fù)雜，屬于固液兩相間的對流傳熱，受到鑄坯表面溫度、氧化皮、冷卻水溫度以逡逑及噴霧顆粒運(yùn)動狀態(tài)等諸多因素影響，若采用鑄坯表面溫度計(jì)算換熱系數(shù)，溫度的測量逡逑十分困難，因此本實(shí)驗(yàn)測定鑄坯內(nèi)部溫降數(shù)據(jù)，采用反算法求解換熱系數(shù)。逡逑本文采用非穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)的方法，將鋼坯加熱到一定溫度并充分保溫，移動鋼坯至冷卻逡逑平臺，測量鋼坯內(nèi)部若干點(diǎn)的溫降數(shù)據(jù)，依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求解高溫鋼坯表面換熱系數(shù)，實(shí)逡逑驗(yàn)測溫示意圖
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TF777

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2708569