Идентификация математических моделей внешнего теплообмена в машинах непрерывного литья заготовок

• Автор: Калитаев, Александр Николаевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Магнитогорск
• Количество страниц: 132 с. : ил.

1.1. Развитие работ в области математического моделирования затвердевания сплавов и применение их к обоснованию процессов, протекающих при непрерывной разливке стали
1.2. Применение методов идентификации параметров внешнего теплообмена непрерывнолитой заготовки при исследовании процесса затвердевания

1.3. Выводы по главе 1.

Глава 2. Идентификация параметров модели внешнего теплообмена статистическими методами.
2.1. Обоснование применения статистических методов в задаче идентификации параметров модели внешнего теплообмена.
2.2. Описание экспериментальных данных, применяемых в задаче идентификации температурного поля поверхности заготовки
2.3. Построение регрессионной модели распределения значений температуры поверхности непрерывнолитой заготовки
2.4. Идентификация температуры поверхности непрерывнолитой заготовки методами нейронных сетей.

2.4.1. Описание математического аппарата используемых нейросетевых методов

2.4.2. Описание структуры нейронной сети и результаты ее применения.

2.5. Сравнение статистических оценок точности регрессионной и нейросетевой моделей.

2.6. Определение параметров модели внешнего теплообмена в ЗВО МНЛЗ в условиях ОАО ММК.
2.7. Выводы по главе
Глава 3. Идентификация параметров модели внешнего теплообмена методами нелинейного программирования.
3.1. Критерии идентификации
3.1.1. Постановка задачи идентификациии
3.1.2. Опорные зависимости температуры поверхности непрерывнолитой заготовки вдоль технологической оси МНЛЗ.
3.2. Математическое описание процессов внешнего теплообмена при затвердевании непрерывнолитой заготовки
3.2.1. Описание внешнего теплообмена непрерывнолитой заготовки в кристаллизаторе и ЗВО
3.2.2. Квазиравновесная модель затвердевания расплава.
3.2.3. Численное решение задачи затвердевания непрерывнолитой заготовки
3.3. Алгоритм идентификации методами нелинейного программирования.
3.4. Анализ результатов идентификации параметров модели внешнего теплообмена
3.4.1. Анализ температурных полей и коэффициентов теплоотдачи
непрерывнолитых заготовок
3.4.2. Расчет расходов охладителя в ЗВО МНЛЗ в условиях
ОАО НЛМК.
3.4.3. Определение параметров теплообмена в ЗВО МНЛЗ в условиях ОАО ММК
3.5. Выводы по главе 3.
Глава 4. Оптимизация режимов охлаждения непрерывнолитой заготовки в МНЛЗ.
4.1. Методика расчета оптимальных режимов охлаждения, позволяющих получить заготовку с наилучшим качеством макроструктуры
4.2. Критериальная форма оценки качества заготовки
4.3. Оптимизация режимов охлаждения непрерывнолитой заготовки в МНЛЗ
4.4. Предложения по усовершенствованию режимов охлаждения в ЗВО МНЛЗ ККЦ ОАО ММК
4.5. Выводы по главе
Заключение
Библиографический список
Приложение
Введение


Процессы внешнего теплообмена и затвердевания непрерывнолитой заготовки в зоне вторичного охлаждения оказывают решающее влияние на его внутреннюю структуру. В связи с этим в процессе развития МНЛЗ уделялось большое внимание влиянию таких факторов, как интенсивность теплоотдачи от поверхности заготовки, скорость вытягивания заготовки, марка стали, конструктивные решения оборудования и т. ЗВО. Как известно, на ранней стадии развития процесса непрерывного литья стали получило распространение струйное вторичное охлаждение, при котором вода подается на слиток в виде отдельных струй. Струйное вторичное охлаждение, обладая значительной интенсивностью, отводило преимущественно физическое тепло затвердевшей оболочки заготовки, в результате чего температура поверхности заготовки падала до 0 0 С, резко понижаясь в первые моменты, а затем оставаясь практически постоянной. Таким образом, при струйном охлаждении затвердевшая оболочка заготовки переходила из области пластических в область упругих деформаций, что сразу же вызывало появление трещин вблизи фронта кристаллизации. Попытки снизить удельные расходы воды при струйном охлаждении положительных результатов не дали, так как при этом происходило раздутие заготовки под действием ферростатического давления. Стремление снизить удельные расходы воды и вместе с тем предотвратить раздутие заготовки привело к созданию форсуночнороликовой системы вторичного охлаждения, при которой по всей высоте ЗВО были установлены опорные ролики или продольные поддерживающие брусья, что предотвращало раздутие заготовки. Вода в такой системе вторичного охлаждения подается на поверхность заготовки форсунками с большим завихрением потока и достаточно распыленным факелом. Такое конструктивное решение вторичного охлаждения позволило значительно снизить интенсивность охлаждения и вместе с тем избежать раздутия непрерывнолитой заготовки, а следовательно, удержать температуру поверхности заготовки на уровне С, т. Однако созданием форсуночнороликовой системы задача оптимизации режима вторичного охлаждения не была исчерпана. Как было установлено многочисленными исследованиями 4, 5, одним из важнейших факторов в оптимизации режима вторичного охлаждения МНЛЗ является распределение расходов охлаждающей воды по высоте ЗВО, а также соотношение расходов воды на широкие и узкие грани прямоугольной заготовки. Решение этой задачи потребовало проведения расчетов затвердевания непрерывнолитой заготовки. Для уяснения постановки задачи расчета затвердевания запишем уравнения для теплового потока т от поверхности одной из граней непрерывнолитой заготовки в предположении, что влияние соседней грани незначительно
и
где г текущее время а коэффициент теплоотдачи от поверхности заготовки Тх,г функция температурного поля в заготовке х текущая координата, отсчитываемая от поверхности заготовки Я коэффициент теплопроводности стали Тср температура окружающей среды. Приравнивая соотношения 1. Из выражения 1. Иначе говоря, при постоянной скорости вытягивания заготовки коэффициент теплоотдачи распределен по длине ЗВО машины. Таким образом, если требования качественной структуры непрерывнолитой заготовки налагают определенные ограничения на температуру заготовки и, в частности, на распределение температуры поверхности заготовки по высоте машины, то это обстоятельство должно обязательно учитываться при распределении по длине ЗВО коэффициента теплоотдачи. Л, р теплоемкость, теплопроводность, плотность стали, зависящие от температуры х9 у координаты поперечного сечения заготовки. Применительно к задаче затвердевания нахождение решения уравнения 1. Строгих аналитических методов решения поставленной задачи, тем более для плоского поля, на сегодняшний день не существует. Исключение составляет известная одномерная задача Стефана 6,
1. Т0,т . Принято также, что теплота кристаллизации выделяется при постоянной температуре 7, фронт кристаллизации является плоским и , с и Я не зависят от температуры. В этом случае аналитическое решение для одномерного случая имеет вид
Тх,т Т0,тТкТ0,т
Ф
1. Из уравнения 1.