一種連鑄二冷區(qū)冷卻水對流換熱系數(shù)的優(yōu)化方法
【專利摘要】一種連鑄二冷區(qū)冷卻水對流換熱系數(shù)的優(yōu)化方法，屬于鋼鐵冶金連鑄【技術(shù)領(lǐng)域】。在連續(xù)檢測連鑄機(jī)各二冷區(qū)出口鑄坯表面溫度的基礎(chǔ)上，將粒子群優(yōu)化算法與鑄坯凝固傳熱數(shù)值計(jì)算有機(jī)結(jié)合，以各冷卻區(qū)對流換熱系數(shù)作為粒子群優(yōu)化的目標(biāo)參數(shù)，通過經(jīng)驗(yàn)傳熱系數(shù)公式估算對流換熱系數(shù)的取值范圍，并以此為依據(jù)設(shè)定各粒子位置的尋解區(qū)間，而后根據(jù)傳熱數(shù)值模型和實(shí)測溫度結(jié)果計(jì)算每個(gè)粒子的適應(yīng)值，對粒子的位置進(jìn)行修正，反復(fù)迭代，直到獲得滿足收斂條件的優(yōu)化結(jié)果為止。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是優(yōu)化結(jié)果準(zhǔn)確、效率高，將優(yōu)化后的對流換熱系數(shù)代入傳熱數(shù)值模型，能夠計(jì)算出更為符合實(shí)際工況的鑄坯溫度分布、液/固相分?jǐn)?shù)和凝固末端位置等信息，有助于提高鑄坯質(zhì)量。
【專利說明】-種連鑄二冷區(qū)冷卻水對流換熱系數(shù)的優(yōu)化方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及連鑄逐二次冷卻技術(shù)，具體涉及一種連鑄二冷區(qū)冷卻水對流換熱系數(shù) 的優(yōu)化方法，屬于鋼鐵冶金連鑄【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 連鑄過程中，二次冷卻控制是影響連鑄逐質(zhì)量的重要因素。目前，生產(chǎn)中廣泛采用 基于傳熱凝固數(shù)值模型的二冷水動態(tài)控制方法，根據(jù)模型計(jì)算出的鑄逐表面溫度和二冷各 回路設(shè)定的目標(biāo)溫度來調(diào)節(jié)冷卻水量，此類控制方法的成功與否取決于模型計(jì)算結(jié)果能否 如實(shí)地反映鑄逐表面的實(shí)際溫度及其變化規(guī)律。其中，傳熱凝固數(shù)值模型中鑄逐與冷卻水 對流換熱系數(shù)是計(jì)算鑄逐表面溫度的關(guān)鍵。然而，由于鑄逐表面溫度、水滴粒徑、親列布置、 噴嘴數(shù)目和各區(qū)水量分配的不同，W及噴嘴堵塞等情況，經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出的換熱系數(shù)很難 反映冷卻水與鑄逐換熱的真實(shí)狀態(tài)，直接影響數(shù)值計(jì)算的準(zhǔn)確性。因此，只有確定合理的換 熱系數(shù)，才能準(zhǔn)確模擬連鑄逐溫度場，進(jìn)而獲得鑄逐表面溫度、逐殼厚度、凝固末端位置等 信息。
[0003] 鑄逐在二冷區(qū)的凝固過程中，其傳熱包括W下四種方式；鑄逐與親子間的接觸換 熱、鑄逐表面與冷卻水霧間的強(qiáng)制對流換熱、鑄逐表面與周圍環(huán)境間的自然對流換熱和鑄 逐表面向周圍環(huán)境的福射散熱。
[0004] 其中，由于持續(xù)下移的鑄逐與連續(xù)旋轉(zhuǎn)的親子間為線性接觸，二者的接觸時(shí)間短、 面積小，且親子數(shù)目有限，鑄逐W傳導(dǎo)方式傳遞給親子的熱量僅占其傳熱總量極少的一部 分，因此，目前在計(jì)算鑄逐的溫度場時(shí)普遍將其忽略，即不予考慮鑄逐與親子的接觸換熱。
[0005] 對于數(shù)值模擬時(shí)所涉及的其余H種換熱方式，可采用W下方法計(jì)算：
[0006] 鑄逐表面與冷卻水霧間的強(qiáng)制對流換熱系數(shù)：
[0007]

【權(quán)利要求】
1. 一種連鑄二冷區(qū)冷卻水對流換熱系數(shù)的優(yōu)化方法，其特征在于，在連續(xù)檢測連鑄機(jī) 各二冷區(qū)出口鑄坯表面溫度的基礎(chǔ)上，將粒子群優(yōu)化算法與連鑄坯傳熱數(shù)值計(jì)算有機(jī)結(jié) 合，利用粒子群算法求解鑄坯在各二冷區(qū)的冷卻水對流換熱系數(shù)，具體包括以下步驟： 第1步：在連鑄機(jī)各二冷區(qū)出口處安裝紅外測溫裝置，連續(xù)采集鑄坯在各二冷區(qū)出口 位置的表面溫度TiM; 第2步：以鑄坯橫截面1/4為對象，建立鑄坯二維非穩(wěn)態(tài)傳熱凝固數(shù)值模型，利用有限 差分法對模型進(jìn)行離散； 第3步：首先利用經(jīng)驗(yàn)公式估算二冷區(qū)各區(qū)換熱系數(shù)Yipray的初值，然后將各區(qū)換熱系 數(shù)/4?#作為粒子群各個(gè)粒子的位置，采用粒子群算法對其進(jìn)行優(yōu)化： (1) 初始化粒子群優(yōu)化算法的相關(guān)參數(shù)，將各區(qū)作為粒子的位置，求解區(qū)間設(shè)為 EaXhisp^bXhispray], a是在O?1間的常量，b是大于1的常量，在解空間內(nèi)隨機(jī)生成初始 群體； (2) 將每次迭代中各區(qū)Mspray代入第2步建立的傳熱數(shù)值模型，計(jì)算連鑄坯溫度場，根 據(jù)各二冷區(qū)出口位置鑄坯表面的實(shí)測溫度TiM和計(jì)算溫度f。，計(jì)算出每個(gè)粒子的適應(yīng)值； ⑶對每個(gè)粒子的速度Vj = Ivjl, Vj2,…，VjJ T和位置Xj = (Xj1, Xj2,…，XjJ T進(jìn)行更新， 其中，j = 1，2, --?，!!!，m為種群中粒子的總數(shù)；n為粒子的長度； (4) 優(yōu)化結(jié)束條件判斷，如果全局最優(yōu)粒子的適應(yīng)值gbest小于設(shè)定值fitsrt或達(dá)到了最 大迭代次數(shù)Isrt，優(yōu)化過程結(jié)束；否則，返回步驟（2)，置迭代次數(shù)t加1，直至滿足優(yōu)化結(jié)束 條件； (5) 將優(yōu)化后的各區(qū)對流換熱系數(shù)Iiispray代入傳熱數(shù)值模型，計(jì)算得到與實(shí)測溫度更為 符合的連鑄述溫度分布。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連鑄二冷區(qū)冷卻水對流換熱系數(shù)的優(yōu)化方法，其特征在 于：所述方法適用于板坯、方坯、圓坯和異型坯連鑄的二冷區(qū)對流換熱系數(shù)優(yōu)化。
【文檔編號】B22D11/22GK104331540SQ201410539561
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月13日
【發(fā)明者】王旭東, 姚曼 申請人:大連理工大學(xué)