[发明专利]一种连铸二冷区冷却水对流换热系数的优化方法

摘要

一种连铸二冷区冷却水对流换热系数的优化方法，属于钢铁冶金连铸技术领域。在连续检测连铸机各二冷区出口铸坯表面温度的基础上，将粒子群优化算法与铸坯凝固传热数值计算有机结合，以各冷却区对流换热系数作为粒子群优化的目标参数，通过经验传热系数公式估算对流换热系数的取值范围，并以此为依据设定各粒子位置的寻解区间，而后根据传热数值模型和实测温度结果计算每个粒子的适应值，对粒子的位置进行修正，反复迭代，直到获得满足收敛条件的优化结果为止。本发明的优点是优化结果准确、效率高，将优化后的对流换热系数代入传热数值模型，能够计算出更为符合实际工况的铸坯温度分布、液/固相分数和凝固末端位置等信息，有助于提高铸坯质量。

主权项

一种连铸二冷区冷却水对流换热系数的优化方法，其特征在于，在连续检测连铸机各二冷区出口铸坯表面温度的基础上，将粒子群优化算法与连铸坯传热数值计算有机结合，利用粒子群算法求解铸坯在各二冷区的冷却水对流换热系数，具体包括以下步骤：第1步：在连铸机各二冷区出口处安装红外测温装置，连续采集铸坯在各二冷区出口位置的表面温度Tⁱ_M；第2步：以铸坯横截面1/4为对象，建立铸坯二维非稳态传热凝固数值模型，利用有限差分法对模型进行离散；第3步：首先利用经验公式估算二冷区各区换热系数的初值，然后将各区换热系数作为粒子群各个粒子的位置，采用粒子群算法对其进行优化：(1)初始化粒子群优化算法的相关参数，将各区作为粒子的位置，求解区间设为[a×hⁱ_spray,b×hⁱ_spray]，a是在0～1间的常量，b是大于1的常量，在解空间内随机生成初始群体；(2)将每次迭代中各区hⁱ_spray代入第2步建立的传热数值模型，计算连铸坯温度场，根据各二冷区出口位置铸坯表面的实测温度Tⁱ_M和计算温度Tⁱ_c，计算出每个粒子的适应值；(3)对每个粒子的速度v_j＝{v_j1,v_j2,…,v_jn}^T和位置x_j＝{x_j1,x_j2,…,x_jn}^T进行更新，其中，j＝1,2,…,m，m为种群中粒子的总数；n为粒子的长度；(4)优化结束条件判断，如果全局最优粒子的适应值g_best小于设定值fit_set或达到了最大迭代次数I_set，优化过程结束；否则，返回步骤(2)，置迭代次数t加1，直至满足优化结束条件；(5)将优化后的各区对流换热系数hⁱ_spray代入传热数值模型，计算得到与实测温度更为符合的连铸坯温度分布。