基于传热模型的连铸坯表面温度软测量的实现

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连铸过程中,连续、准确、稳定的铸坯表面温度测量是实现二冷闭环控制的基础,而传统的测温方法难以克服二冷区内高温水蒸汽、铸坯表面氧化皮等条件的影响,不满足反馈控制的要求。为此,本文提出了一种基于连铸坯传热模型的软测量方法。以软测量在线应用为目标,本文建立了连铸动态传热模型,并对动态模型的实时性、模型修正、可靠性等问题进行了分析与研究,同时开发了铸坯表面温度软测量软件NEU-CAST.应用NEU-CAST,可以对铸坯表面温度进行实时计算和分析。本文的主要研究内容和创新工作如下:(1)针对非稳态的连铸生产过程,建立了铸机的动态传热模型并进行软测量计算。在计算区域内,通过切片跟踪和切片移动替换的方式,可以根据生产过程参数的变化,实现对温度场的动态计算,从而奠定了软测量的基础。(2)通过变步长方法和非均匀网格划分相结合的方法,有效提高了传热模型的实时性。本文提出一种分段变步长的方法,可以大大减少连铸二维传热模型的计算量,从而提高模型的实时性,对于现场某铸机计算表明,采样周期为2s时,单流的计算时间为1.5s,最大计算时间为1.63s,基本达到单流实时计算的要求。同时,通过边界加密的非均匀网格划分方法,将模型的计算精度由≤18℃提高为≤±10℃,接近定步长均匀网格条件下网格独立的解的计算精度≤±8℃。(3)针对生产过程参数频繁变化的特点,本文提出并采用动态计算和实时测量手段相结合的方法对模型进行动态修正。通过可靠性分析和不同钢种下的计算结果表明:修正后的传热模型较为准确可靠。与比色测温比较,偏差≤±2%。(4)开发了应用软件NEU-CAST实现铸坯表面温度软测量。通过软件,可以实现对铸坯表面温度的软测量计算,并以某铸机GCr15钢为例,分析了生产过程参数对铸坯表面温度的影响。
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