[发明专利]一种连铸二次冷却水量动态优化方法

权利要求书

1.一种连铸二次冷却水量动态优化方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1：获取铸坯在连铸生产过程中生产信息，所述生产信息包括铸坯的热物性参数以及连铸机设备的参数；

步骤2：根据步骤1获取的铸坯的相关参数建立非稳态传热模型，并确定其初始条件与边界条件，所述相关参数包括固相线的温度、导热系数、密度、比热，液相线的温度、导热系数、密度、比热以及凝固潜热；

步骤3：根据步骤2的边界条件和初始条件，利用有限差分法求解非稳态传热模型得到铸坯此时刻温度分布，最终得到铸坯的温度场；

步骤4：基于步骤3生成的铸坯的温度场，利用混合共轭梯度算法得到非稳态传热模型中的最优换热系数；

步骤5：利用步骤4得到的最优换热系数，计算二冷区喷水量。

2.根据权利要求1所述的一种连铸二次冷却水量动态优化方法，其特征在于，步骤1所述铸坯的热物性参数包括铸坯的宽度、导热系数、密度、比热、固相线的温度、液相线的温度、凝固潜热、拉坯速度的变化率和铸坯的温度；所述连铸机设备的参数包括连铸机的冶金长度、铸造速度、有效模具长度、喷雾水的温度、连铸机二冷区的分段数、每段的喷水量和每段给定的期望温度。

3.根据权利要求1所述的一种连铸二次冷却水量动态优化方法，其特征在于，步骤2具体为：

步骤2.1：确定铸坯在变拉速下的非稳态传热模型为：

式中，V_cast为铸坯的拉速；ρ(T)、c_eff(T)、λ(T)分别表示钢种的密度、等效比热、导热系数；T是铸坯的温度；x∈[0,l],z∈[0,L],t∈[0,t_m]，其中l为铸坯的宽度，L为铸坯的长度，t_m为铸坯的停留时间；

其中，非稳态传热模型的初始条件设置为：T_begin＝T_cast＝T₀，其中，T_begin为初始温度，T_cast为浇注温度，T₀为一个常数；

非稳态传热模型的边界条件设置为：

其中，h(z,t)为换热系数；

步骤2.2：根据固、液相线的温度确定不同状态下钢的密度ρ：

式中，ρ_s为钢的固相密度，ρ_l为钢的液相密度，T_s为固相线的温度，T_l为液相线的温度；

步骤2.3：根据固、液相线的温度确定不同状态下钢的导热系数的分段函数λ(T)：

式中，其中λ_s为钢的固相导热系数，λ_l为钢的液相导热系数，m为一个工艺参数；

步骤2.4：根据等效比热容法确定钢水从液态到固态的物相转换过程中释放的凝固潜热量；所述等效比热容c_eff为：

c_eff＝c_l+(c_s-c_l)(T_l-T)/(T_l-T_s)+L_τ/(T_l-T_s),                 (4)

式中，c_s为钢的固相比热，c_l为钢的液相比热，L_τ为凝固潜热。

4.根据权利要求1所述的一种连铸二次冷却水量动态优化方法，其特征在于，步骤3具体为：

步骤3.1：利用有限差分法求解式(1)，进行离散化得到如下表达式：

其中，i，j为计算单元的位置，n、n+1为时间间隔增加之前、时间间隔增加之后，为位置i，j的密度，为位置i，j的等效比热，为位置i，j的温度，Δt为时间间隔，为位置i，j的导热系数，Dx,Dz分别表示宽度方向、长度方向的空间间隔；

步骤3.2：带入初始条件和边界条件得到非稳态传热模型中各边界以及主要节点的离散方程，从而得到铸坯的温度分布。