连铸二冷与电磁搅拌协调优化及控制研究

发布时间：2017-07-15 09:03

  本文关键词：连铸二冷与电磁搅拌协调优化及控制研究

  更多相关文章： 连铸 多目标优化 Pareto 粒子群算法 自适应网格

【摘要】：连铸冷却过程是一个非线性、强耦合、多输入多输出系统,现有过程控制中二冷和末端电磁搅拌控制为两个独立的控制系统,其控制参数优化采用独立模型,没有考虑二者之间的耦合作用,导致过程参数或钢种变化时铸坯质量波动。因此,协调优化两个控制系统参数,对进一步提高连铸技术以及钢材质量有着理论意义和实用价值。本文主要工作如下:一、方坯连铸凝固传热模型研究。由连铸凝固传热特点,采用控制容积法构建二维变网格连铸过程铸坯凝固传热模型,给出了求解凝固传热微分方程的方法,即隐式法及追赶法,使用源项法处理凝固传热过程中的相变现象,并分析了拉速、过热度等参数对温度场的影响,为二冷优化问题的研究奠定的基础。二、通过数值模拟分析了二冷及末端电磁搅拌对凝固过程影响。结合末端电磁搅拌的最佳搅拌条件及要求,通过仿真分析拉速、过热度和四段水量的不同变化引起温度场、末端处坯壳厚度、温升温降等目标控制参数的耦合本质和变化规律。为下一步协调优化二冷和末端电磁搅拌提供理论基础和数据支撑。三、基于Pareto多目标粒子群优化算法研究。连铸二冷与末端电磁搅拌的协调优化过程本质上属于多目标优化问题(简称MOP),多目标优化问题往往存在若干个彼此矛盾的目标。本文根据MOP问题和PSO算法的特征,即容易出现优化解集的一致性不高、分布均匀性较差等缺陷,通过对粒子超出搜索空间的减弱处理,使用自适应网格修剪解集分布,采用多维向量权重处理获得的最终Pareto最优解权重参数,形成改进的基于Pareto多目标粒子群优化算法。通过仿真表明,该算法能够有效提升Pareto解集一致性,改善Pareto前沿分布性,使决策者的最优解方案选择更加丰富。四、对基于Pareto连铸二冷与电磁搅拌多目标协调优化问题进行优化求解。以凝固传热数学模型为基础,以二冷区温度场、温升温降值和满足最佳末端电磁搅拌条件的液芯半径为目标函数构建多目标优化算法。将改进的基于Pareto多目标粒子群优化算法引入连铸二冷与电磁搅拌多目标协调优化问题中,仿真结果表明,该算法能够改善上述两个独立控制系统的耦合作用,扩充最优解集的选择空间,优化Pareto前沿的分布性,提高过程变量波动引起的抗扰性能,从而减小过程参数或钢种变化引起的铸坯质量波动。
【关键词】：连铸 多目标优化 Pareto 粒子群算法 自适应网格
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TF777;TP18
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第1章 绪论13-22
• 1.1 课题研究的意义13-15
• 1.2 连铸二冷优化控制技术的发展及研究现状15-16
• 1.3 连铸电磁搅拌技术的发展及研究现状16-18
• 1.4 多目标粒子群优化算法的发展及研究现状18-19
• 1.5 本文的主要工作及创新点19-22
• 第2章 方坯连铸凝固传热模型建立与求解22-37
• 2.1 铸坯凝固过程的传热特点22-23
• 2.2 铸坯凝固传热数学模型23-28
• 2.2.1 研究对象的选取23
• 2.2.2 凝固传热过程中的假设23-24
• 2.2.3 凝固传热的控制方程的建立24-27
• 2.2.4 控制方程的初始条件和边界条件27-28
• 2.3 物性参数的选择及处理28-30
• 2.4 凝固传热模型的求解30-33
• 2.5 铸坯凝固过程温度场计算33-36
• 2.5.1 模型计算结果及温度场特征33-34
• 2.5.2 模型计算结果分析34-36
• 2.6 本章小结36-37
• 第3章 二冷及末端电磁搅拌对凝固过程影响37-51
• 3.1 影响合金钢冶金缺陷的基本因素]37
• 3.2 高碳钢连铸的凝固特点37-39
• 3.2.1 高碳钢产生中心偏析的机理38
• 3.2.2 高碳钢连铸需要凝固末端电磁搅拌38-39
• 3.3 凝固末踹电磁搅拌安装位置的确定39-41
• 3.3.1 安装位置确定的重要性39-40
• 3.3.2 确定F-EMS的安装位置的几种方法40-41
• 3.4 凝固末端电磁搅拌工艺参数的调控41-49
• 3.4.1 圆(方)坯凝固定律41-42
• 3.4.2 拉速、钢水过热度变化对末搅位置液芯大小的影响分析42-43
• 3.4.3 最佳频率的选取43-44
• 3.4.4 末端电磁搅拌电流和磁感应强度与液芯关系44-47
• 3.4.5 拉速、目标温度、液芯大小变化与二冷区水量的关系分析47-49
• 3.5 本章小结49-51
• 第4章 基于PARETO多目标优化算法及其改进51-63
• 4.1 PARETO最优相关定义51-52
• 4.2 多目标进化算法的分类52-54
• 4.3 粒子群算法简述54-55
• 4.4 基于PARETO的粒子群多目标优化算法55-62
• 4.4.1 自适应网格改善Pareto前沿分布性56-58
• 4.4.2 基于二阶系统性能指标的粒子更新58-59
• 4.4.3 粒子跳出搜索空间的处理59
• 4.4.4 Pareto最优解集权重处理59-60
• 4.4.5 算法流程60-62
• 4.5 本章小结62-63
• 第5章 基于PARETO连铸二冷与电磁搅拌多目标协调优化63-74
• 5.1 目标函数及约束处理63-65
• 5.1.1 二冷区多目标优化目标函数63-64
• 5.1.2 末端电磁搅拌优化目标函数64
• 5.1.3 多目标优化约束函数64-65
• 5.2 应用实例求解65-70
• 5.2.1 问题描述65
• 5.2.2 问题求解与分析65-70
• 5.3 连铸二冷优化模型建立70-73
• 5.4 本章小结73-74
• 结论74-76
• 参考文献76-81
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果81-82
• 致谢82

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 冯新;吴金武;王恩政;;电磁搅拌系统在连铸的应用[J];科技资讯;2006年16期

2 彭勇生;陈伟庆;;电炉电磁搅拌强度的冷态测定试验[J];浙江冶金;2009年03期

3 大久保国雄;金得福;;熔铝炉熔体的电磁搅拌[J];轻合金加工技术;1987年11期

4 方文伟;蔡希镇;章连成;;电磁搅拌在连铸的应用和效果[J];浙江冶金;2001年02期

5 付海燕,李晓强;电磁搅拌在连铸中的应用[J];一重技术;2002年04期

6 张殿彬 ,安东 ,张艳国;电磁搅拌在铝熔铸行业中的应用[J];世界有色金属;2005年01期

7 林国强;谢植;于小方;李俊;孔凡杰;贾光霖;;末端电磁搅拌工业应用参数的优化试验分析[J];重庆大学学报(自然科学版);2007年09期

8 张红霞;杜永胜;杜晓红;;电磁搅拌中旋转磁场及洛伦兹力的数值模拟[J];大学物理实验;2010年05期

9 顾兆祖;;方坯结晶器内置式电磁搅拌的应用[J];甘肃冶金;2011年05期

10 张红霞;杜永胜;张雪峰;;频率对电磁搅拌磁流耦合特性的影响研究[J];铸造技术;2012年11期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 张桂芳;;连铸电磁搅拌的冶金基础[A];第五期连铸电磁搅拌技术学习研讨班论文集[C];2008年

2 王庆贤;;电磁搅拌的工业应用[A];第五期连铸电磁搅拌技术学习研讨班论文集[C];2008年

3 金茹;许晓东;李本海;;首钢连铸电磁搅拌系统的开发与应用[A];2004年全国炼钢、轧钢生产技术会议文集[C];2004年

4 吕彦军;麻永林;王贵;孙海明;;电磁搅拌过程的数值模拟[A];第八届全国塑性加工理论与新技术学术会议论文集[C];1999年

5 叶枫;季文豪;;电磁搅拌对连铸小方坯的质量影响[A];第六届连续铸钢全国学术会议论文集[C];1999年

6 李峰;成永久;史凤武;;连铸小方坯电磁搅拌工艺对产品质量的影响研究[A];第八届全国连铸学术会议论文集[C];2007年

7 杨忠;刘海平;张元;周德刚;李爱武;蒋海波;;铜管绕组结晶器内置式电磁搅拌研制与应用[A];第八届全国连铸学术会议论文集[C];2007年

8 李爱武;蒋海波;;板坯连铸高磁力电磁搅拌辊技术及应用[A];2008年连铸设备技术交流会论文集[C];2008年

9 王宝峰;;电磁搅拌数值计算及对连铸坯质量的影响[A];第五期连铸电磁搅拌技术学习研讨班论文集[C];2008年

10 苏志坚;陈进;中岛敬治;赫冀成;;线性电磁搅拌下低碳钢凝固过程枝晶破碎准则[A];第七届(2009)中国钢铁年会论文集（上）[C];2009年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 百木牛;首钢长白连铸末端电磁搅拌应用效果显著[N];中国冶金报;2007年

2 王民章;优化参数增强电磁搅拌效果[N];中国冶金报;2009年

3 梁亚　董光军;辊式电磁搅拌在大板坯连铸机上的应用[N];世界金属导报;2011年

4 金百刚 王军;电磁装备为洁净钢生产“扫清”障碍[N];中国冶金报;2009年

5 李占军;宣钢电磁搅拌设备投入生产应用[N];中国冶金报;2005年

6 冶文;电磁冶金技术装备助力钢铁工业振兴[N];中国冶金报;2009年

7 邓小彬;亚赛电磁 淘尽黄沙始见金[N];鞍山日报　;2007年

8 肖述兵;铝液铸造的节能之宝——电磁搅拌[N];中国有色金属报;2005年

9 杨爽;Ugine Ardoise 采用达涅利罗特莱克电磁搅拌技术[N];世界金属导报;2003年

10 本报记者 高翔;将连铸生产线“武装到牙齿”[N];中国冶金报;2009年

中国博士学位论文全文数据库 前8条

1 屈磊;磁场作用下Cu-Fe复合导线的组织调控及性能研究[D];东北大学;2013年

2 战国锋;电磁搅拌作用下特种钢凝固组织的研究[D];东北大学;2012年

3 张静;连铸电磁搅拌结晶器内钢液流动的数值模拟与实验研究[D];东北大学;2011年

4 汤孟欧;环缝式电磁搅拌理论与工艺研究[D];北京有色金属研究总院;2012年

5 李伟轩;电磁场在铜连铸中应用的研究[D];上海大学;2009年

6 吴扣根;圆坯连铸结晶器电磁搅拌过程数学模拟与实验研究[D];上海大学;2001年

7 李炎华;电磁场影响渣金界面反应动力学条件的实验研究[D];东北大学;2010年

8 赵倩;螺旋磁场搅拌对合金内在质量影响的模拟与实验研究[D];大连理工大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 胡凤洋;钢连铸电磁搅拌工艺中磁流体场的数值分析[D];东北大学;2008年

2 翟孟姣;电磁搅拌作用下结晶器内多物理场耦合数值模拟研究[D];燕山大学;2015年

3 李微;短时电磁搅拌和细化剂制备7A04铝合金半固态浆料的研究[D];西南交通大学;2015年

4 周翔宇;电磁场对铸造铝合金凝固过程的影响[D];江西理工大学;2015年

5 任占友;电磁搅拌作用下1Cr13马氏体不锈钢凝固组织的研究[D];东北大学;2013年

6 姜东滨;方坯连铸机凝固末端电磁搅拌工艺过程数值模拟研究[D];东北大学;2013年

7 余小斌;电磁搅拌激光立体成形GH4169合金的组织和力学性能研究[D];南昌航空大学;2015年

8 陈伟;圆坯连铸电磁搅拌的模拟与工艺研究[D];东北大学;2014年

9 李星;电磁搅拌圆坯连铸结晶器电磁场与流场的数值模拟研究[D];东北大学;2014年

10 房元明;7075铝合金螺旋电磁搅拌流变压铸工艺研究[D];北京有色金属研究总院;2016年

，

本文编号：543167