一、连铸坯凝固传热数学模型的研究与应用（论文文献综述）
屈永豪[1]（2021）在《连铸坯凝固过程热应力分析及微观组织模拟》文中认为随着钢铁行业和连铸技术的快速发展,怎样提高连铸坯的质量已经成为冶金学者关注和研究的主要问题之一。连铸坯的质量问题不仅影响连铸技术的发展速度和效率,而且一旦连铸坯出现质量问题,其后续产品的质量必然会受到一定程度的影响,连铸坯在不同的冷却阶段的凝固行为以及凝固组织是影响铸坯质量的最重要因素,因此,对不同连铸工艺下铸坯的凝固过程和凝固组织进行研究是非常有意义的。本文选择数值模拟的研究方法,以唐山某钢厂生产的截面尺寸为150mm×250mm的50号钢矩形坯连铸过程为研究对象,使用铸造仿真软件Pro CAST,完成了矩形坯在结晶器内的非稳态模拟、整个连铸凝固过程的稳态模拟以及对凝固组织的模拟。基于Mi LE算法建立了非稳态模型,通过对结晶器内的连铸过程进行非稳态模拟,得到了矩形坯的温度、应力和气隙的分布规律。铸坯在结晶器冷却段,角部因向两个方向散热最先凝固,受到的应力也最大,此外角部最先产生气隙且气隙最大。同时分别改变不同的浇铸温度和拉坯速度进行了模拟,发现拉坯速度的改变对模拟结果影响更加明显,增大浇铸温度或拉坯速度都会使得铸坯表面各个位置的温度升高,对应地造成各个位置的应力都减小。通过改变浇铸温度、拉速及二冷强度对整个连铸过程进行稳态模拟,得到了不同工艺下铸坯中心温度和固相率的分布规律以及糊状区和液相穴变化情况。结果表明,增大浇铸温度,铸坯达到稳态时中心位置的温度升高,糊状区长度没有明显变化,但起止位置更滞后同时液相穴变长;增大拉坯速度,铸坯达到稳态时中心位置的温度升高,糊状区起止位置更滞后且整体长度变大,液相穴也更长;增大二冷强度,稳态时中心位置温度降低,糊状区变短且起止位置提前,同时液相穴也变短。通过改变不同形核及工艺参数,对矩形坯的凝固组织进行了模拟分析,结果表明:平均形核过冷度越大,等轴晶占比越小,晶粒相对越粗大;最大形核密度越大,等轴晶越多,晶粒更加细小;浇铸温度越高,等轴晶越少,晶粒平均尺寸越粗大;拉坯速度越高,等轴晶越多,晶粒相对越细小;二冷强度越大,激冷层厚度变小,柱状晶越发达,晶粒平均尺寸越大。
赵子豪[2]（2021）在《连铸板坯传热/应力计算及其可视化》文中进行了进一步梳理结晶器内钢水凝固过程伴随的流动、溶质再分配、传热和应力等复杂行为,极易引发铸坯的各种缺陷,探索连铸坯凝固过程中发生的传热与力学行为,是解决铸坯中各种缺陷的重要途径。连铸生产工况恶劣,通过试验的手段对铸坯的凝固过程进行研究十分困难,鉴于此,本文的工作重点是对结晶器内铸坯传热/应力的数值计算与可视化方法进行研究,具体包括以下内容:首先,依据连铸的工艺特点,建立基于有限元方法的连铸坯传热控制模型和热弹黏塑性应力计算模型。为解决熔融钢水液固相变释放大量潜热导致计算不收敛的问题,通过热焓法处理凝固潜热;利用加权余量法构造了有限元形式的传热计算模型,将其作为应力计算的前提条件。之后,依据二维平面应变模型,考虑凝固收缩、弹性变形、塑性变形、蠕变对铸坯力学行为的影响,通过热弹黏塑性本构模型建立连铸坯应力计算模型。基于以上数学模型,运用C++编程语言自行开发设计面向对象的连铸坯有限元传热/应力计算专用程序,为研究铸坯在结晶器内的传热、凝固和变形提供可靠手段。然后,以国内某钢厂2300×220 mm的宽厚板坯为研究对象,依据结晶器铜板热电偶实测数据,通过传热反问题算法获得铸坯传热和凝固模块所需的边界条件,由此计算讨论了铸坯的传热与坯壳生长规律。基于传热计算结果,对铸坯宽面的应力、应变进行计算,分析了宽面力学行为的分布特点。重点考察了偏角部区域坯壳厚度、应力、应变的非均匀性及存在的差异,探讨近角部裂纹成因的影响因素。最后,在有限元传热/应力计算程序的基础上,运用OpenGL图形技术开发了面向对象的连铸坯传热、应力可视化模块和程序。采用平滑着色模式与深度测试功能,绘制三维图形,直观呈现铸坯和结晶器物理场的分布状态。通过响应键盘和菜单操作的消息处理,控制模型旋转和选择建模渲染对象,观察铸坯内部与表面任意区域的物理场分布,以便捷了解和掌握铸坯在结晶器内的凝固过程,为提升连铸过程的可视化水平及连铸坯质量提供技术支持和参考。
胡艳[3]（2021）在《工艺参数对多晶硅连铸坯温度、应力和凝固组织的影响》文中认为多晶硅太阳能电池转换效率的高低与少数载流子寿命的长短密切相关,多晶硅连铸坯中位错密度低、晶界数量少、晶界垂直于生长界面都会增加少数载流子寿命。而传统多晶硅连铸坯的位错密度、晶界数量等都不理想,且传统多晶硅铸造技术具有生产成本高、效率低等局限性。多晶硅连铸坯的应力小、凝固界面形状平直、柱状晶晶粒、晶粒尺寸大有利于降低位错密度、使晶界垂直于生长界面、减少晶界数量,且连续铸造技术具有可以提高材料的利用率、实现连续操作的优点。而多晶硅连铸坯的应力、凝固界面形状、晶粒形状、晶粒尺寸与凝固过程的温度场、应力场、凝固组织息息相关。因此,开展对多晶硅连铸过程的温度场、应力场与凝固组织演变的系统研究,对提高太阳能电池的转换效率具有重要意义。多晶硅连铸设备的核心部分是结晶器,文中参考其他材料连铸结晶器形状的特征,结合多晶硅凝固膨胀的特点,基于结晶器锥度的设计原理,制造了一套多晶硅连铸设备。基于连铸实验的实测温度数据,采用导热反问题计算与数值模拟相结合的方法,获得了多晶硅连铸过程的边界条件。基于ProCAST有限元软件与多晶硅连铸过程的边界条件,建立了圆坯连铸过程温度场的数学模型,采用连铸实验的实测温度数据对模型进行了验证。在此基础上,本论文将圆坯连铸过程温度场的数学模型所使用的热物性参数、初始条件、边界条件应用于方坯连铸过程温度场的数学模型,研究了浇注温度、二冷区冷却强度、连铸速度对圆坯、方坯连铸过程温度场的影响。研究结果表明:随着浇注温度的升高,连铸坯的温度略有升高,未完全凝固的熔体区域略有增加,凝固界面形状为平直的趋势降低。随着二冷区冷却强度的增加,连铸坯的温度显着降低,未完全凝固的熔体区域显着减少,凝固界面形状为平直的趋势增加。随着连铸速度的增加,连铸坯的温度显着升高,未完全凝固的熔体区域显着增加,凝固界面形状为平直的趋势降低。选取温度场的数值模拟结果作为热载荷,建立了多晶硅圆坯、方坯连铸过程应力场的数学模型,并通过实验和理论计算的方法分别对圆坯和方坯连铸过程应力场的数学模型进行了验证。在此基础上,研究了浇注温度、二冷区冷却强度、连铸速度对多晶硅圆坯、方坯连铸过程应力场的影响。研究结果表明:随着浇注温度的升高,连铸坯的应力略有减少,位于连铸坯中心线上且结晶器出口之上70mm处的参考点,当浇注温度从1500℃升高至1800℃时,圆坯该点处最大应力从47.2MPa减少至44.8MPa,方坯该点处最大应力从35.6MPa减少至34.0MPa。随着二冷区冷却强度的增加,连铸坯的应力显着增加,当二冷区冷却强度从Q/2增加至10Q时,圆坯该点处最大应力从36.5MPa增加至93.8MPa,方坯该点处最大应力从31.1MPa增加至62.0MPa。随着连铸速度的增加,连铸坯的应力显着减少,当连铸速度从0.5mm/s增加至1.5mm/s时,圆坯该点处最大应力从85.8MPa减少至28.3MPa,方坯该点处最大应力从53.3MPa减少至27.6MPa。基于多晶硅连铸设备、实验所得的连铸坯、实测温度数据、计算得到的连铸过程边界条件、连铸过程温度场的宏观传热模型,采用元胞自动机与传热相结合的计算方法,建立了多晶硅圆坯连铸过程凝固组织的数学模型,利用实验所得的连铸坯纵截面上的凝固组织和横截面上的晶粒尺寸对模型进行了验证。在此基础上,研究了浇注温度、底模冷却强度、连铸速度、型壁表面最大形核密度、型壁表面最大形核过冷度对多晶硅圆坯连铸过程凝固组织的影响。研究结果表明:浇注温度、底模冷却强度、连铸速度主要影响垂直于连铸坯底部生长的柱状晶区面积。随着浇注温度的升高,垂直于连铸坯底部生长的柱状晶区面积略有减少。当连铸速度为0.1mm/s-1.5mm/s时,随着连铸速度的增加,垂直于连铸坯底部生长的柱状晶区面积显着减少,当连铸速度为1.5mm/s-2.5mm/s时,随着连铸速度的增加,垂直于连铸坯底部生长的柱状晶区面积几乎保持不变。随着底模冷却强度的增加,垂直于连铸坯底部生长的柱状晶区面积显着增加。型壁表面最大形核密度、型壁表面最大形核过冷度对连铸坯的晶粒尺寸影响显着。随着型壁表面最大形核密度的增加,连铸坯的晶粒尺寸减少。随着型壁表面最大形核过冷度的增加,连铸坯底模冷却表面及其附近的晶粒尺寸减少,而远离底模冷却表面的晶粒尺寸增加。在多晶硅连铸坯的研制与生产过程中,合理配置工艺参数是高效、低成本制备高质量连铸坯的关键。本论文基于自行设计的多晶硅连铸设备,采用连铸实验与多尺度数值模拟技术探究了工艺参数对多晶硅连铸过程温度场、应力场、凝固组织的影响规律,为制备高性能、低成本的多晶硅连铸坯提供了重要的理论与技术基础。
陈威[4]（2021）在《连铸过程钢液多相流动、传热、凝固及夹杂物捕获的大涡模拟研究》文中研究指明本研究首先通过耦合大涡模拟湍流模型、VOF多相流模型、离散相模型建立三维数学模型,对结晶器水模型和实际板坯连铸结晶器内多相流场及气泡分布进行了研究。通过用户自定义子程序计算了净卷渣速率、不同位置卷渣发生概率以及卷入渣滴直径分布规律,为后续卷渣类夹杂物分布预测提供了初始条件。通过对比预测值与粒子图像测速仪（PIV）测量值得出曳力系数采用Kolve模型[1],升力系数采用Tomiyama模型[2],虚拟质量力系数采用0.5,并且考虑压力梯度力和壁面润滑力的影响时能够较为准确地预测结晶器内多相流及气泡分布。气泡受浮力及曳力的影响最大,在湍流运动剧烈区域所受曳力、升力、压力梯度力、虚拟质量力大小基本相等;而在上浮过程中升力、压力梯度力、虚拟质量力的大小则会减小至阻力和浮力的1%-10%。小尺寸气泡可以忽略升力的影响,而当气泡直径增大至0.5 mm以上时需要考虑各个相间作用力的影响。断面1000 mm×230 mm、拉速1.8 m/min、水口浸入深度150mm以及吹氩流量6NL/min下结晶器内流态为典型的双环流流态。该流态下液位波动大小从窄面到水口方向逐渐降低,且通过初始钢渣界面以下0.13 m处的净卷渣速率为0.05376 kg/s;目前双环流流态下卷渣主要发生在结晶器宽度1/4处及水口和宽面之间区域,主要为剪切卷渣和旋涡卷渣。绝大部分卷入的渣滴平均直径在2-5 mm。拟合得到了不同直径渣滴占比的关系式。液位波动、卷渣速率随着吹氩流量和拉速的增大而增大。其次,通过耦合大涡模拟湍流模型、传热凝固模型、溶质传输模型实现了从弯月面到凝固终点范围内流场、温度、溶质分布以及凝固坯壳厚度分布的预测。结果表明结晶器内传输现象呈现瞬态不对称的周期性变化,出口近窄面处瞬态速度的变化周期约为43 s;不对称的流场造成了温度和溶质浓度分布的不对称及坯壳的不均匀生长,也是造成连铸坯中夹杂物分布不均匀的原因之一;凝固终点三维形貌呈现“W”形,考虑碳、硫传输条件下计算得到的凝固坯壳厚度比忽略这两个元素传输的条件下相对较大,与测量值更加接近。上表面附近冷却速率和凝固速率较大,分别可达35-75 K/s和2.2 mm/s左右,且沿着拉坯方向逐渐降低,出结晶器后基本维持在1-4K/s和0.1 mm/s。一次枝晶间距沿着拉坯方向也相应减小,且最小值在60 μm以上。最后,在全凝固模型的基础上耦合离散相模型及夹杂物在凝固前沿的捕获模型,实现了连铸坯中夹杂物数量、大小和空间位置分布的预测。考虑一次枝晶间距、夹杂物不同受力以及临界捕获速度等因素的改进捕获模型成功消除了简易模型条件下夹杂物的带状分布特征,并预测得到了与自动扫描电镜检测相吻合的分布结果。夹杂物在内弧和外弧表层以及距离内弧和外弧1/4连铸坯厚度处存在明显的聚集。内弧和外弧表层聚集区的形成主要由结晶器内双环流流态造成,双环流流态下夹杂物在上环流区域内与凝固前沿接触几率增大导致捕获率增大。小尺寸夹杂物在距内弧和外弧1/4连铸坯厚度处都易聚集,而大尺寸夹杂物则更容易在距内弧1/4连铸坯厚度处聚集。这与距内、外弧1/4连铸坯厚度处夹杂物所受马兰戈尼力达到峰值相关。马兰戈尼力使得夹杂物被推向凝固前沿的几率增大。此外,由于浮力的作用,夹杂物也更趋向于在内弧侧被捕获。
张亦弛[5]（2020）在《连铸二冷配水工艺研究与优化》文中指出连铸过程作为冶金生产中的重要一环,其先进性和高效性一直是钢铁企业提高生产效率、优化产品质量以及增强市场竞争力重要保障。而连铸过程中的二次冷却工艺作为连铸的核心工艺,会直接影响到铸坯的凝固过程及缺陷的产生。因此,连铸二次冷却控制工艺的优化研究对于提高生产线自动化、智能化水平,促进企业生产结构改革,提高铸机产能,减少铸坯缺陷以及满足可持续发展战略要求有着重要的意义。首先,以板坯连铸为研究对象,结合凝固与传热理论建立了相应的凝固传热模型以模拟铸坯实际生产过程中的冷却凝固过程。综合考虑导热系数、比热容和固液相线温度等物性参数,建立了二维凝固传热数学模型,并采用有限差分法进行模型求解,为之后的二冷配水工艺优化研究提供了基础。其次,针对标准粒子群算法的早熟收敛、全局寻优能力弱的问题,提出了一种新的自适应混沌粒子群（ACPSO）算法,该方法通过引入立方映射来产生混沌序列构成混沌粒子群算法,并对算法惯性权重的选取进行动态自适应处理来解决传统算法局部早熟等问题并且明显加快了收敛速度。并与其他两种方法（PSO、CFPSO）进行对比验证,表明了本文算法在对于复杂非线性问题的处理时的优越性。再次,在综合考虑目标温度、温度限制、温升/温降速率、鼓肚限制、冷却水量与拉坯速度等冶金准则和浇铸工艺的前提下,利用改进的自适应混沌粒子群算法对二冷配水进行优化,通过优化后的冷却水量、表面温度以及收敛速度的比较,验证了本文自适应混沌粒子群算法在二次冷却工艺优化中的良好表现。最后,对连铸二冷喷淋的非均匀性问题展开研究。结合二冷喷嘴的冷态性能和铸坯的凝固传热特性对二冷喷嘴的选型与布局进行优化处理。通过仿真分析证明了优化之后铸坯的温度波动有着较为显着的改良效果,验证了本文铸坯喷淋均匀性改善方法的可行性和有效性。
徐旺[6]（2020）在《冷却工艺对连铸结晶器铜壁传热的影响》文中研究说明基于方坯结晶器内冷却水、铜壁和铸坯之间的传热行为,创建了结晶器内二维流-固-热耦合数值模型。铜壁冷面最低温度区出现在冷却水入口处,温度与进水温度基本相同;热面最高温度区形成于弯月面下50mm附近,最高温度值为148～168℃。结晶器出口端存在高温区。冷却水温度和速度对铜壁温度存在明显影响,降低水温和提高水速能够使铜壁整体温度普遍降低。水缝内冷却水温度分布不均匀,铜壁侧温度上升较快,水套侧升温缓慢。冷却水最高温度区出现在铜壁侧弯月面下40mm附近,最高温度值为73～94℃。水缝出口处冷却水温度趋于均匀。供水方式由下供水改为上供水时,铜壁上部高温区温度降低、下部低温区温度升高,改善了铜壁温度均匀性。在典型工艺条件下,采用下供水方式,使弯月面下50mm位置铜壁热面温度降低8.3℃。提高拉速使铜壁温度普遍上升。在典型冷却条件下,拉速由2.5m/min提高到4.5m/min,铜壁下部最高升温约13℃,而铜壁最高温度仅仅上升1.9℃。浇注温度对冷却水和铜壁温度没有明显影响。图43;表5个;参68篇。
李璐[7]（2020）在《连铸方坯凝固传热数值模拟及铸坯升温工艺探究》文中研究说明近年来我国的钢铁产量稳步上升,2019年产值达近12.05亿吨,已占到世界总产量的53%,矿产资源进口量超过60%,为我国经济发展提供了有力支撑。但同时,也面临着能源、资源、环境、产能过剩等问题的困扰,如何有效的节能减排、降低生产成本成为了需要解决的问题。在此形式下,相关学者提出了棒线材免加热直接轧制技术(简称DROF[1])。而在保证不漏钢的前提下,尽可能提高铸坯温度是实施免加热直接轧制工艺的关键技术之一。针对该技术当前连铸段铸坯提温需求,以及当下制约铸坯温度提高的相关问题（目前国内铸机拉速较慢、二冷配水不均匀、工艺参数设置等）。本文以承钢连铸直轧120t生产线的连铸段为参考,以传热学理论知识为基础,利用大型动力学软件ANSYS和材料性能软件Jmatpro,动态设定了热物性参数,建立了小方坯在连铸过程中的二维非稳态传热数学模型:（1）在考虑前人忽略的结晶器角部气隙对铸坯温度的影响效果的基础上,通过现场实测小方坯在结晶器出口、二冷区出口,空冷区出口的温度及壳厚值,与ANSYS瞬态热分析所模拟小方坯在连铸过程中实时温度与壳厚值相比较,探究适合该现场实际最优的热物性参数处理方式,发现JMat Pro计算得出的热物性参数所建立的凝固传热模型温度与实际误差在5%之内,较为真实地反映了铸坯温度的发展过程。（2）详细分析了现行工艺下,铸坯在结晶器出口、二冷区各段出口、空冷区出口的断面温度分布及坯壳厚度分布情况,并提出改进:需合理增强结晶器及足辊段冷却强度以增加坯厚;同时对比分析了过热度、拉速、二冷水等工艺参数对铸坯截面温度的影响。研究结果表明:随凝固过程的进行,钢水过热度对表面温度影响逐渐减小,且升高10℃的过热度会致使液芯长度延长0.15m,容易拉漏及偏析。当从改变二冷区冷却强度的角度来提高铸坯温度时,只改变二冷区中一段的冷却强度并不能有效改善二冷区出口处的铸坯温度,故需对二冷区全部分区进行冷却强度的调整。本文基于传热学理论,构建小方坯凝固传热数值模型,能预测铸坯在连铸运行过程中某点的铸坯温度和铸坯壳厚,能合理判别铸坯是否满足DROF工艺需求。同时,探究了连铸段相关工艺参数对铸坯升温工艺的影响效果,满足了应用连铸直接轧制技术的基础需求。为确定铸坯提温工艺参数提供依据,并对下一步优化免加热直接轧制下铸坯质量提供了基础。
王少伟[8]（2019）在《42MH连铸坯偏析控制模型》文中指出42MH铸坯由于其含碳量较高,易产生中心偏析和显微偏析,影响产品质量。动态轻压下技术是改善连铸坯中心偏析和中心疏松的有效手段。本文以42MH连铸坯为研究对象,分别对其轻压下参数和枝晶结构进行了研究,以改善铸坯宏观偏析和显微偏析。首先测试了42MH铸坯高温力学性能,研究温度对强度和塑性的影响。并采用SEM和金相显微镜对拉伸断口形貌以及金相组织进行观察,研究42MH在不同温度下的断裂机理;其次,建立了42MH凝固传热数学模型和轻压下数学模型,并计算了连铸工艺参数对轻压下位置、压下量和压下速率的影响。最后建立了42MH连铸坯枝晶结构计算模型,并研究连铸工艺参数对42MH铸坯一次枝晶间距（λ1）和二次枝晶间距（λ2）的影响。由高温力学性能测试结果可知,42MH铸坯抗拉强度和屈服强度较高（450℃的抗拉强度为676.37 MPa,屈服强度为211 MPa）,随温度升高,强度降低。42MH铸坯脆性温度区分别为850717℃的双相脆性区和700550℃的单相脆性区。9251200℃范围内,42MH铸坯塑性较好。因此,42MH连铸过程中其铸坯宜保持在此温度区间。综合考虑溶质偏析和糊状区流动补缩性,确定轻压下位置为fs=0.600.95。计算结果表明,42MH轻压下位置与拉坯速度和过热度呈线性增加关系,即:Lfs 0.55（28）-9.4（10）29.5 00V,Lfs 0.95（28）-12.1（10）35.1 40V,Lfs 0.55（28）18.9（10）0.05 8（35）T,Lfs 0.95（28）21.8（10）0.0 63（35）T。比水量与42MH轻压下位置呈线性下降关系,即:Lfs 0.55（28）27.7-7.5 20W,L fs 0.95（28）33.2-9.9 90W。其中拉坯速度对42MH铸坯压下位置的影响最大,其次是比水量。根据压下区间坯壳厚度,结合临界应变可计算得到轻压下的压下量。通过连铸工艺参数和压下位置的定量关系式,有助于工厂在调整连铸工艺参数时快速方便地制定轻压下参数。由模型计算确定比水量1.0W、拉速1.05m/min、过热度20℃为42MH最佳连铸工艺参数,其轻压下参数为9#扇形段压下2.9mm和10#扇形段压下2.8 mm。相较于原钢厂的轻压下参数,在没额外引发铸坯裂纹情况下,中心偏析得到改善。采用Wolf等人统计得出的半经验公式计算得出42MH铸坯压下速率为常数1.28 mm/min。随着拉坯速度加快、比水量减小,λ1和λ2增大。通过对比拉坯速度、比水量对λ1、λ2影响率,发现拉速对λ1和λ2的影响较大。枝晶间距越大,越易产生显微偏析。因此,控制42MH连铸过程的拉速尤为重要。另外,铸坯的枝晶渗透率随着拉速增大、比水量变小而降低。基于以上研究结果,为控制42MH铸坯中心偏析和显微偏析,选择的连铸工艺参数为1.0W、V=1.05 m/min、ΔT=20℃。
贾晓娟[9]（2019）在《凝固末端电磁超声检测机理及点聚焦换能器设计技术研究》文中研究指明连铸坯作为机械设备、建筑行业等领域的主要来源,其铸坯质量和材料属性与国民经济和人民生活息息相关。准确检测和预报凝固末端的位置信息,不仅为连铸机设计和连铸工艺控制提供参考依据,还是实现轻压下和电磁搅拌技术的前提和关键,对改善铸坯内部质量和提高生产效率具有重要意义。由于电磁超声换能器（Electromagnetic Acoustic Transducer,简称EMAT）具有非接触、无需耦合剂、耐高温（900℃以上）以及防水雾等诸多优势,以及高功率超短脉冲激励电源技术和超声波信号处理技术的发展,电磁超声技术已成为连铸坯凝固末端位置检测的新途径,在未来的工业领域中具有广泛的适用价值和应用前景。然而,作为电磁超声检测技术的核心组件,EMAT具有较低的换能效率,还存在多模式、指向性较差、谐振频率易受外界环境影响等诸多问题,大大制约了电磁超声检测技术的进一步推广与发展。为了解决上述问题,本文针对用于连铸坯凝固末端位置检测EMAT的优化设计和谐振频率跟踪控制进行了深入研究。针对应用于凝固末端检测的EMAT,通过建立凝固末端电磁超声传输谱线的理论计算模型,详细分析了凝固末端电磁超声检测机理。然后,基于电场方程、磁场方程、弹性动力学方程和声场方程,建立了包含静、动态洛伦兹力的EMAT三维有限元模型,该模型涵盖了电磁超声换能器换能过程所涉及的全部物理场和换能器的全部结构参数,有效弥补了EMAT模型精度和完整性较低的不足,为开展聚焦型EMAT的优化设计与分析奠定了基础。针对电磁超声曲折线圈换能器存在的接收信号弱、指向性差等不利影响,在EMAT三维有限元模型仿真分析的基础上,研究了同轴曲折线圈不同孔径角对信号强度、聚焦偏移量和声束聚焦模式的影响关系,其中还考虑了设计聚焦深度的影响。然后,提出了基于正交试验设计的点聚焦同轴曲折线圈SV（Shear Vertical）波EMAT的优化设计方法,获得了换能器设计参数对优化目标的影响等级关系,确定了换能器设计因素的最优参数组合,并归纳了点聚焦SV波同轴曲折线圈EMAT的基本设计准则。针对EMAT存在的谐振频率漂移问题,建立了EMAT谐振频率附近的等效电路导纳模型,从理论角度分析了EMAT的阻抗匹配特性,总结出了换能器阻抗匹配方法的依据及规律。在此基础上,通过引入低通滤波器将系统输入隐含在非线性不确定函数的非仿射换能器系统转换为易于研究的仿射系统,设计了基于神经网络自适应的谐振频率跟踪控制器,并对考虑环境温度和提离距离的外界干扰因素的控制器进行了仿真验证,结果表明基于神经网络自适应谐振频率追踪算法可实现换能器系统固有谐振频率的自动跟踪控制,该控制器具有良好的动态特性和稳定性。最后,为了验证所设计的点聚焦同轴曲折线圈SV波EMAT对连铸坯凝固末端的检测能力,建立了含液芯的凝固末端电磁超声检测有限元模型,并分析了换能器偏移距离、液芯深度和液芯尺寸对铸坯凝固末端电磁超声检测能力的影响。针对连铸坯凝固末端检测的实际工程背景,设计并搭建了电磁超声检测系统,并利用所设计的点聚焦同轴曲折线圈SV波EMAT实现了凝固末端的有效检测。本论文研究的连铸坯凝固末端检测EMAT设计为连铸坯的在线自动检测技术奠定了良好基础。
何文杰[10]（2019）在《180mm方坯连铸二次冷却工艺模型研究》文中研究说明连铸过程是钢铁生产流程中质量控制的重要环节,对整个钢铁生产过程及铸坯的质量保证有着关键作用。而在连铸过程中,二冷工艺控制是最重要的控制部分,二冷工艺控制水平的高低会对铸坯的质量产生直接且严重的影响。实现连铸二冷区喷淋水量的合理分配是保证铸坯均匀冷却的前提之一,均匀冷却对提高铸坯质量有重要意义。因此对连铸过程中的二次冷却进行优化和控制具有很大的实践价值和研究意义。本论文以某钢厂180mm断面方坯连铸机为研究对象,建立了方坯连铸凝固传热数学模型。采用有限差分法求解方程,并通过现场实际铸坯表面温度测量数据修正确定了模型的传热边界条件。通过对连铸过程进行仿真模拟,然后对仿真得到的主要凝固参数研究分析,将分析结果和铸机生产实际结合起来为连铸生产提供指导意义。合理的二冷结构是保证二冷工艺实施效果和质量的前提。使用方坯连铸二次冷却仿真软件,对铸机的二冷结构进行了优化。分析了现有铸机二冷结构所存在的问题,根据铸坯均匀冷却的原则及安全生产的角度提出了适用于所研究铸机的喷嘴布置的方案,从而确定了该方坯铸机的二次冷却结构。对该钢厂方坯铸机的产品大纲进行钢种分类,根据各类钢种二冷特性的不同将钢种进行了分类,以对各类钢种制定相匹配的二冷制度。在传统参数控制法的基础上,提出了基于钢液过热度和二冷水温的二冷工艺新模型。详细分析了钢液浇铸温度的变化及钢水成分的变化对二次冷却的影响,并将两者综合考虑统一于钢液过热度的变化对连铸二次冷却的影响;还分析了不同季节二冷进水温度对连铸二次冷却的影响。最后建立了基于过热度和二冷水温的二冷控制工艺新模型。应用方坯连铸二次冷却仿真软件,以两类典型钢种A和B为研究对象,对其连铸过程进行了仿真计算,获得了两类典型钢种的二冷制度。并分析了两类典型钢种在拉坯方向上铸坯表面温度的变化规律、铸坯中心温度的变化规律及典型位置处铸坯的温度场分布等。
二、连铸坯凝固传热数学模型的研究与应用（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、连铸坯凝固传热数学模型的研究与应用（论文提纲范文）
（1）连铸坯凝固过程热应力分析及微观组织模拟（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 连续铸钢技术 |
| 1.2.1 连续铸钢技术的国内外发展现状 |
| 1.2.2 连续铸钢技术的基本原理和特点 |
| 1.3 矩形坯质量与连铸凝固过程的关系 |
| 1.3.1 矩形坯质量缺陷的形成原因 |
| 1.3.2 高质量矩形坯连铸凝固要求 |
| 1.3.3 连铸的主要工艺参数 |
| 1.4 铸造数值模拟技术 |
| 1.4.1 铸造过程数值模拟的原理 |
| 1.4.2 铸造过程的数值模拟流程 |
| 1.4.3 连铸过程数值模拟技术的研究现状 |
| 1.5 课题的主要研究内容 |
| 第2章 矩形坯连铸过程数值计算模型的构建 |
| 2.1 凝固传热数学模型的建立 |
| 2.1.1 传热模型的假设 |
| 2.1.2 导热微分方程 |
| 2.1.3 初始条件和边界条件的确定 |
| 2.1.4 铸坯热物性参数的选择 |
| 2.2 连铸过程应力分析 |
| 2.2.1 连铸坯受力分析 |
| 2.2.2 基本假设 |
| 2.2.3 矩形坯高温力学性能 |
| 2.2.4 热应力计算 |
| 2.3 凝固组织数学模型的建立 |
| 2.3.1 基本假设 |
| 2.3.2 形核模型 |
| 2.3.3 生长模型 |
| 2.4 有限元模型的建立 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 矩形坯结晶器内热应力分析 |
| 3.1 矩形坯非稳态模拟 |
| 3.1.1 连铸机主要工艺参数 |
| 3.1.2 有限元模型的导入及前处理过程 |
| 3.2 热应力模拟结果 |
| 3.2.1 矩形坯连铸过程动态分析 |
| 3.2.2 结晶器内气隙模拟结果 |
| 3.2.3 铸坯表面热-力分析 |
| 3.3 不同工艺条件下的热应力模拟结果 |
| 3.3.1 不同浇铸温度对结果的影响 |
| 3.3.2 不同拉坯速度对结果的影响 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 矩形坯连铸过程稳态模拟 |
| 4.1 连铸坯温度分布及凝固进程分析 |
| 4.2 不同工艺条件下矩形连铸坯的凝固及传热 |
| 4.2.1 浇铸温度对铸坯凝固传热的影响 |
| 4.2.2 拉坯速度对铸坯凝固传热的影响 |
| 4.2.3 二冷条件对铸坯凝固传热的影响 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 矩形坯凝固组织模拟结果及分析 |
| 5.1 铸坯组织的形成过程 |
| 5.2 凝固组织模拟结果 |
| 5.3 凝固组织模拟结果的验证 |
| 5.4 形核参数对铸坯组织形成过程的影响 |
| 5.4.1 形核过冷度对铸坯组织的影响 |
| 5.4.2 形核密度对铸坯组织的影响 |
| 5.5 工艺参数对铸坯组织形成过程的影响 |
| 5.5.1 浇铸温度对铸坯组织的影响 |
| 5.5.2 拉坯速度对铸坯组织的影响 |
| 5.5.3 冷却强度对铸坯组织的影响 |
| 5.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间承担的科研任务及主要成果 |
| 致谢 |
（2）连铸板坯传热/应力计算及其可视化（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 结晶器内铸坯的传热与力学行为 |
| 1.1.1 结晶器内铸坯的凝固 |
| 1.1.2 结晶器内铸坯传热与力学行为数值模拟 |
| 1.2 连铸坯表面裂纹 |
| 1.2.1 表面裂纹成因 |
| 1.2.2 表面裂纹影响因素 |
| 1.3 连铸过程的有限元计算与结果可视化 |
| 1.3.1 有限元在连铸过程的应用 |
| 1.3.2 可视化技术 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 2 连铸坯传热/凝固有限元数值计算模型 |
| 2.1 连铸坯凝固传热/凝固模型的数学描述 |
| 2.1.1 传热模型基本假设 |
| 2.1.2 传热模型控制方程 |
| 2.2 微分方程的等效形式和加权余量法 |
| 2.2.1 微分方程的等效形式 |
| 2.2.2 加权余量法 |
| 2.3 单元计算格式的建立 |
| 2.3.1 形函数 |
| 2.3.2 有限元传热控制方程 |
| 2.3.3 有限元传热矩阵组装 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 连铸坯热弹黏塑性应力有限元数值计算模型 |
| 3.1 连铸坯应力/应变模型的数学描述 |
| 3.1.1 应力模型基本假设 |
| 3.1.2 热弹黏塑性本构模型 |
| 3.2 铸坯力学行为的有限元求解 |
| 3.2.1 应力有限元控制方程 |
| 3.2.2 有限元应力矩阵组装 |
| 3.3 应力求解中的关键问题 |
| 3.3.1 应力求解步骤 |
| 3.3.2 有界Newton-Raphson迭代法 |
| 3.4 计算流程 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 基于实测反问题的连铸坯传热/应力计算与分析 |
| 4.1 实验条件与计算参数 |
| 4.1.1 铸机设备与工艺参数 |
| 4.1.2 物性参数 |
| 4.1.3 计算域网格离散及特征位置选取 |
| 4.2 基于实测温度的结晶器热流反问题计算 |
| 4.2.1 反问题简介 |
| 4.2.2 结晶器铜板温度检测 |
| 4.2.3 结晶器传热反问题算法 |
| 4.3 铸坯传热与坯壳生长 |
| 4.3.1 铸坯表面热流 |
| 4.3.2 铸坯表面温度 |
| 4.3.3 坯壳生长行为 |
| 4.4 铸坯宽面的传热和力学行为 |
| 4.4.1 宽面特征点沿浇铸方向的力学行为 |
| 4.4.2 铸坯沿宽度方向的传热/应力行为 |
| 4.5 铸坯角部区域的传热和力学行为 |
| 4.5.1 角部温度分布 |
| 4.5.2 角部等效应力分布 |
| 4.5.3 偏角部区域沿浇铸方向的应力与应变 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 基于OpenGL的连铸坯凝固过程可视化系统开发 |
| 5.1 OpenGL图形技术 |
| 5.2 绘制铸坯物理场的基础和功能实现 |
| 5.3 铸坯可视化模块构建及程序开发 |
| 5.3.1 创建图形输出窗口 |
| 5.3.2 绘图初始化 |
| 5.3.3 铸坯三维物理场绘制 |
| 5.3.4 键盘消息响应和视窗重构 |
| 5.4 铸坯传热/力学行为可视化 |
| 5.4.1 板坯传热状态可视化 |
| 5.4.2 板坯应力分布可视化 |
| 5.4.3 数据文件可视化模块 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（3）工艺参数对多晶硅连铸坯温度、应力和凝固组织的影响（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 多晶硅及其制备方法 |
| 1.1.1 多晶硅的性质 |
| 1.1.2 多晶硅的制备方法 |
| 1.1.3 铸造多晶硅的概述 |
| 1.2 多晶硅的铸造工艺 |
| 1.2.1 浇铸法 |
| 1.2.2 定向凝固法 |
| 1.2.3 连续铸造法 |
| 1.3 多晶硅铸造过程模拟的研究进展 |
| 1.3.1 铸造模拟的概述 |
| 1.3.2 温度场模拟的研究进展 |
| 1.3.3 应力场模拟的研究进展 |
| 1.3.4 凝固组织模拟的研究进展 |
| 1.4 铸造过程导热反问题的研究进展 |
| 1.5 本文主要研究内容 |
| 2 多晶硅连铸过程边界传热系数的研究 |
| 2.1 多晶硅的连铸特性 |
| 2.1.1 连铸工艺的可行性分析 |
| 2.1.2 凝固膨胀特性 |
| 2.2 多晶硅连铸设备 |
| 2.2.1 加热系统 |
| 2.2.2 水冷铜结晶器 |
| 2.2.3 水冷铜底模与牵引系统 |
| 2.2.4 支撑架 |
| 2.3 实验步骤与测温方法 |
| 2.3.1 实验材料 |
| 2.3.2 实验步骤 |
| 2.3.3 测温方法 |
| 2.4 边界传热系数的数学模型 |
| 2.4.1 导热正问题的数学模型 |
| 2.4.2 初始与边界条件 |
| 2.4.3 导热反问题的数学模型 |
| 2.5 边界传热系数的反算与验证 |
| 2.5.1 空冷表面传热系数 |
| 2.5.2 底模冷却表面传热系数 |
| 2.5.3 未知边界传热系数 |
| 2.5.4 边界传热系数验证 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 多晶硅连铸过程温度场模拟 |
| 3.1 凝固界面形状的研究 |
| 3.1.1 凝固模拟计算条件 |
| 3.1.2 凝固界面演变模拟分析 |
| 3.2 连铸过程温度场模拟及实验验证 |
| 3.2.1 MILE算法的概述 |
| 3.2.2 连铸过程温度场模型的建立 |
| 3.2.3 连铸过程温度场模型的验证 |
| 3.2.4 工艺参数对连铸过程温度场的影响 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 多晶硅连铸过程应力场模拟及验证 |
| 4.1 连铸过程应力场模型的建立 |
| 4.1.1 计算区域与网格划分 |
| 4.1.2 传热与应力方程 |
| 4.1.3 热物性与力学性能参数 |
| 4.1.4 初始与边界条件 |
| 4.2 连铸过程应力场模型的验证 |
| 4.2.1 钻孔法测量残余应力的实验验证 |
| 4.2.2 半逆解法求解热应力的理论验证 |
| 4.3 工艺参数对连铸过程应力场的影响 |
| 4.3.1 浇注温度对连铸过程应力场的影响 |
| 4.3.2 二冷区冷却强度对连铸过程应力场的影响 |
| 4.3.3 连铸速度对连铸过程应力场的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 多晶硅连铸坯凝固组织模拟及其影响因素研究 |
| 5.1 连铸坯凝固组织模型的建立 |
| 5.1.1 计算区域与网格划分 |
| 5.1.2 宏观与微观数学模型 |
| 5.1.3 初始与边界条件 |
| 5.2 连铸坯凝固组织模型的验证 |
| 5.2.1 凝固组织的实验验证 |
| 5.2.2 晶粒尺寸的实验验证 |
| 5.3 连铸坯凝固组织的模拟结果与分析 |
| 5.3.1 连铸坯凝固组织的演变 |
| 5.3.2 连铸速度对连铸坯凝固组织的影响 |
| 5.3.3 浇注温度对连铸坯凝固组织的影响 |
| 5.3.4 底模冷却强度对连铸坯凝固组织的影响 |
| 5.3.5 型壁表面最大形核密度对连铸坯凝固组织的影响 |
| 5.3.6 型壁表面最大形核过冷度对连铸坯凝固组织的影响 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（4）连铸过程钢液多相流动、传热、凝固及夹杂物捕获的大涡模拟研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 引言 |
| 2 文献综述 |
| 2.1 湍流大涡模拟的基本原理及应用 |
| 2.1.1 湍流基本性质 |
| 2.1.2 湍流数值模拟方法 |
| 2.1.3 滤波函数 |
| 2.1.4 亚格子模型 |
| 2.1.5 大涡模拟在连铸结晶器内的应用 |
| 2.2 连铸结晶器内钢液多相流动研究 |
| 2.2.1 多相流场研究方法 |
| 2.2.2 结晶器内多相流动的数值模拟结果 |
| 2.2.3 连铸结晶器内气泡行为 |
| 2.2.4 气泡在钢液内的受力与运动 |
| 2.3 连铸过程钢液传热凝固的研究 |
| 2.4 气泡及夹杂物被凝固坯壳捕获的研究 |
| 2.4.1 气泡被凝固坯壳捕获 |
| 2.4.2 夹杂物被凝固坯壳捕获的研究 |
| 2.5 课题研究背景及意义 |
| 3 结晶器内气液两相流相互作用研究 |
| 3.1 数学模型 |
| 3.1.1 计算域及网格划分 |
| 3.1.2 控制方程 |
| 3.1.3 边界条件 |
| 3.2 相间作用力对流场及气泡分布的影响 |
| 3.2.1 曳力的影响 |
| 3.2.2 升力的影响 |
| 3.2.3 压力梯度力的影响 |
| 3.2.4 虚拟质量力的影响 |
| 3.2.5 壁面润滑力的影响 |
| 3.3 相间作用力对比 |
| 3.4 结晶器内流场及气泡分布 |
| 3.5 小结 |
| 4 连铸板坯结晶器内多相流大涡模拟研究 |
| 4.1 数学模型 |
| 4.1.1 计算域与网格划分 |
| 4.1.2 氩气与连续相之间的相互作用 |
| 4.1.3 气泡直径分布模型 |
| 4.1.4 卷渣定量化统计 |
| 4.1.5 边界条件 |
| 4.2 结晶器内瞬态多相流分布 |
| 4.3 结晶器内气泡分布规律 |
| 4.3.1 气泡空间分布规律 |
| 4.3.2 相间作用力的对比 |
| 4.4 卷渣定量化研究 |
| 4.4.1 卷入渣滴性质研究 |
| 4.4.2 卷渣发生位置研究 |
| 4.5 连铸工艺参数对流场、气泡分布以及卷渣的影响 |
| 4.5.1 吹氩流量的影响 |
| 4.5.2 拉速的影响 |
| 4.6 小结 |
| 5 连铸板坯中非金属夹杂物空间分布的全断面检测 |
| 5.1 实验方法 |
| 5.2 非金属夹杂物成分与形貌 |
| 5.3 非金属夹杂物在连铸坯断面上空间分布规律 |
| 5.3.1 连铸坯断面上非金属夹杂物分布 |
| 5.3.2 连铸坯厚度方向非金属夹杂物分布 |
| 5.3.3 连铸坯宽度方向非金属夹杂物分布 |
| 5.4 非金属夹杂物聚集分布原因探究 |
| 5.5 小结 |
| 6 连铸过程流动、凝固及溶质传输的大涡模拟研究 |
| 6.1 数学模型 |
| 6.1.1 计算域与网格划分 |
| 6.1.2 控制方程 |
| 6.1.3 边界条件 |
| 6.2 模型验证 |
| 6.3 连铸过程流场、温度和凝固坯壳分布 |
| 6.3.1 瞬态流场和温度场分布 |
| 6.3.2 凝固坯壳及凝固终点分布 |
| 6.4 碳和硫元素分布 |
| 6.5 小结 |
| 7 连铸板坯全断面非金属夹杂物空间分布预测 |
| 7.1 数学模型 |
| 7.1.1 夹杂物传输模型 |
| 7.1.2 夹杂物捕获模型 |
| 7.2 简单模型下非金属夹杂物在连铸坯全断面上空间分布的预测 |
| 7.2.1 非金属夹杂物去向分布 |
| 7.2.2 夹杂物在结晶器上表面的上浮去除 |
| 7.2.3 夹杂物被凝固坯壳捕获 |
| 7.3 改进模型下非金属夹杂物在连铸坯全断面上空间分布的预测 |
| 7.3.1 一次枝晶间距分布验证 |
| 7.3.2 非金属夹杂物去向分布 |
| 7.3.3 夹杂物在结晶器上表面的上浮去除 |
| 7.3.4 夹杂物在连铸坯全断面上空间分布的预测 |
| 7.4 卷渣类夹杂物被凝固坯壳捕获 |
| 7.5 小结 |
| 8 结论及创新点 |
| 8.1 结论 |
| 8.2 创新点 |
| 参考文献 |
| 作者简历及在学研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（5）连铸二冷配水工艺研究与优化（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 连铸技术的概述 |
| 1.1.1 连铸技术的发展历程 |
| 1.1.2 连铸技术的优势 |
| 1.2 连铸二次冷却控制技术的研究概况 |
| 1.2.1 连铸二次冷却技术简介 |
| 1.2.2 二冷控制的技术与方法 |
| 1.2.3 基于人工智能算法的二冷控制方法 |
| 1.3 连铸二冷喷淋非均匀性国内外研究近况 |
| 1.3.1 二冷喷嘴水流密度测定研究 |
| 1.3.2 二冷喷嘴其他冷态性能实验研究 |
| 1.4 本文的主要工作 |
| 2 板坯连铸过程的二维凝固传热模型 |
| 2.1 铸坯凝固过程的传热特点 |
| 2.2 凝固传热的数学模型 |
| 2.2.1 研究对象的选取 |
| 2.2.2 凝固传热微分方程的建立 |
| 2.2.3 模型的边界条件以及初始条件 |
| 2.3 物性参数的选择与处理 |
| 2.3.1 固、液相线温度 |
| 2.3.2 比热和凝固潜热 |
| 2.3.3 导热系数 |
| 2.3.4 铸坯密度 |
| 2.4 凝固传热数学模型的求解 |
| 2.4.1 模型网格的划分 |
| 2.4.2 有限差分方程的建立 |
| 2.4.3 稳定性以及收敛条件 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 粒子群优化算法及其改进 |
| 3.1 标准的粒子群算法 |
| 3.1.1 粒子群算法简介 |
| 3.1.2 粒子群算法的基本原理 |
| 3.1.3 粒子群算法的标准流程 |
| 3.2 粒子群算法的改进优化算法 |
| 3.2.1 标准粒子群算法的优缺点 |
| 3.2.2 粒子群算法的改进和优化 |
| 3.3 混沌粒子群算法 |
| 3.3.1 混沌序列 |
| 3.3.2 混沌PSO算法基本流程 |
| 3.4 改进的混沌粒子群优化算法 |
| 3.5 算法仿真分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 基于改进混沌粒子群算法的二冷水量优化方法 |
| 4.1 基于冶金准则的价值函数的设定 |
| 4.2 ACPSO水量优化的实现流程 |
| 4.3 优化结果及讨论 |
| 4.3.1 ACPSO算法优化参数的设置 |
| 4.3.2 主要相关技术参数 |
| 4.3.3 不同粒子群算法寻优效率对比 |
| 4.3.4 连铸二冷工艺优化结果分析 |
| 4.4 铸坯工艺参数变化对凝固进程的影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 连铸坯二冷区宽面冷却非均匀性研究 |
| 5.1 二次冷却对铸坯内部质量的影响 |
| 5.2 二冷喷嘴选型与布置的理论机理研究 |
| 5.3 二冷喷嘴布局对铸坯冷却均匀性的影响 |
| 5.4 铸机参数及喷嘴布置 |
| 5.5 铸机二冷喷嘴布局结构的优化 |
| 5.5.1 铸机二冷喷嘴布置优化 |
| 5.5.2 铸机二冷喷嘴优化后结果对比 |
| 5.6 本章小结 |
| 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 发表论文情况 |
| 致谢 |
（6）冷却工艺对连铸结晶器铜壁传热的影响（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 结晶器内冷却工艺参数 |
| 1.1.1 结晶器冷却水道 |
| 1.1.2 结晶器进出口水温差 |
| 1.1.3 结晶器冷却水缝宽度 |
| 1.1.4 结晶器冷却水流速 |
| 1.2 连铸过程中结晶器传热 |
| 1.2.1 凝固坯壳与结晶器之间的传热 |
| 1.2.2 结晶器铜壁与冷却水之间的传热 |
| 1.2.3 结晶器传热行为研究现状 |
| 1.2.4 结晶器铜壁的温度分布 |
| 1.3 冷却水对流传热分析模型 |
| 1.3.1 冷却水流动模型 |
| 1.3.2 湍流模型选择 |
| 1.3.3 ANSYS流体分析模块FLOTRAN |
| 1.4 研究方案 |
| 1.4.1 研究目标 |
| 1.4.2 关键问题 |
| 1.4.3 研究内容 |
| 第2章 数学模型建立 |
| 2.1 铸坯铜壁传热模型 |
| 2.1.1 二维传热数学模型和基本假设 |
| 2.1.2 结晶器二维传热有限元模型 |
| 2.1.3 传热物性参数选取 |
| 2.1.4 二维模型的分析方法 |
| 2.1.5 潜热的处理 |
| 2.1.6 初始条件和边界条件 |
| 2.2 铜壁冷却水模型建立 |
| 2.2.1 模型的简化与假设 |
| 2.2.2 铜壁冷却水二维有限元模型 |
| 2.2.3 模型的分析方法 |
| 2.2.4 初始条件和边界条件 |
| 2.3 工艺条件 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 数值模拟结果分析 |
| 3.1 铸坯铜壁传热分析 |
| 3.1.1 铸坯铜壁温度场 |
| 3.1.2 结晶器铜壁温度变化规律 |
| 3.2 铜壁冷却水传热分析 |
| 3.2.1 结晶器铜壁温度场 |
| 3.2.2 结晶器冷却水温度场 |
| 3.2.3 结晶器铜壁温度变化规律 |
| 3.2.4 结晶器冷却水温度变化规律 |
| 3.2.5 冷却水速度场 |
| 3.2.6 冷却水速度变化规律 |
| 3.3 两个数值模型的结果对比分析 |
| 3.4 模型准确性验证 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 冷却工艺参数变化对结晶器铜壁传热的影响 |
| 4.1 水温变化对结晶器铜壁传热的影响 |
| 4.1.1 水温变化对铜壁温度场的影响 |
| 4.1.2 水温变化对铜壁温度变化规律的影响 |
| 4.1.3 水温变化对冷却水温度变化规律的影响 |
| 4.2 水速变化对结晶器铜壁传热的影响 |
| 4.2.1 水速变化对铜壁温度场的影响 |
| 4.2.2 水速变化对铜壁温度变化规律的影响 |
| 4.2.3 水速变化对冷却水温度变化规律的影响 |
| 4.3 供水方向的改变对结晶器铜壁传热的影响 |
| 4.3.1 供水方向变化对铜壁温度场的影响 |
| 4.3.2 供水方向变化对铜壁温度变化规律的影响 |
| 4.3.3 供水方向变化对冷却水温度变化规律的影响 |
| 4.3.4 反向供水时冷却水速度变化规律 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 浇注工艺参数变化对结晶器铜壁传热的影响 |
| 5.1 拉速变化对结晶器铜壁传热的影响 |
| 5.1.1 拉速变化对铜壁温度场的影响 |
| 5.1.2 拉速变化对铜壁温度变化规律的影响 |
| 5.1.3 拉速变化对冷却水温度变化规律的影响 |
| 5.2 浇注温度变化对结晶器铜壁传热的影响 |
| 5.2.1 浇注温度变化对铜壁温度场的影响 |
| 5.2.2 浇注温度变化对铜壁温度变化规律的影响 |
| 5.2.3 浇注温度变化对冷却水温度变化规律的影响 |
| 5.3 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间研究成果 |
（7）连铸方坯凝固传热数值模拟及铸坯升温工艺探究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 连铸-轧制技术简介 |
| 1.2.1 连铸技术的发展简介 |
| 1.2.2 连铸轧制衔接技术 |
| 1.3 免加热直接轧制工艺概述 |
| 1.4 连铸方坯传热过程温度场的研究现状 |
| 1.5 国内外数值模拟技术在连铸传热过程中的研究现状 |
| 1.6 本文研究目标及内容 |
| 1.6.1 研究目标 |
| 1.6.2 研究内容 |
| 第二章 连铸过程中的传热基理 |
| 2.1 传热学基础 |
| 2.1.1 三种基本传递热量的方式 |
| 2.1.2 总传热过程 |
| 2.2 连铸工艺总体热交换 |
| 2.2.1 连铸机热平衡 |
| 2.2.2 凝固潜热的处理 |
| 2.3 结晶器中的热交换 |
| 2.3.1 钢水在结晶器内的凝固过程 |
| 2.3.2 结晶器内的传热过程 |
| 2.3.3 结晶器冷却的研究 |
| 2.4 二冷区的热交换 |
| 2.4.1 二次冷却区传热方式 |
| 2.4.2 二冷区传热的影响因素 |
| 2.5 小结 |
| 第三章 连铸小方坯凝固传热模型的建立 |
| 3.1 凝固传热方程的建立 |
| 3.2 传热方程的初始条件和边界条件 |
| 3.2.1 传热方程的初始条件 |
| 3.2.2 传热方程的边界条件 |
| 3.3 小方坯连铸凝固传热有限元模型的建立 |
| 3.4 小结 |
| 第四章 连铸小方坯凝固传热模型参数选取 |
| 4.1 弧形连铸机基本参数 |
| 4.2 钢种及成分 |
| 4.3 模型热物性参数的确定 |
| 4.3.1 液、固相线温度 |
| 4.3.2 HRB400钢的密度 |
| 4.3.3 HRB400钢的热焓 |
| 4.3.4 HRB400钢的导热系数 |
| 4.3.5 铸坯液芯对流换热的处理 |
| 4.4 基于三种方法的数值模拟及实测温度比较 |
| 4.5 小结 |
| 第五章 小方坯连铸凝固传热模型计算结果的详细分析 |
| 5.1 基于现行工艺,有限元分析结果 |
| 5.1.1 结晶器区 |
| 5.1.2 二冷区 |
| 5.1.3 空冷区 |
| 5.1.4 基于当前工艺所提出的改进与问题 |
| 5.2 各种工艺参数对铸坯温度的影响 |
| 5.2.1 过热度对铸坯温度的影响 |
| 5.2.2 二冷区冷却强度对铸坯温度的影响 |
| 5.2.3 拉坯速度对铸坯温度的影响 |
| 5.2.4 铸坯不同角部形状对铸坯温度的影响 |
| 5.3 实测值与模拟值的比较分析 |
| 5.4 小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间学术成果 |
（8）42MH连铸坯偏析控制模型（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 引言 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 连铸工艺发展的历程及趋势 |
| 1.2 中高碳钢连铸坯的中心质量问题 |
| 1.2.1 中高碳钢连铸坯中心偏析和中心疏松出现的原因 |
| 1.2.2 中心偏析和中心疏松的危害及其改善方法 |
| 1.3 轻压下技术 |
| 1.3.1 轻压下技术的原理 |
| 1.3.2 连铸坯轻压下技术的发展历程 |
| 1.3.3 轻压下技术的关键参数 |
| 1.4 连铸坯高温力学性能 |
| 1.5 连铸坯凝固组织枝晶结构与偏析 |
| 1.6 ProCAST软件在连铸中应用 |
| 1.7 本课题研究意义与内容 |
| 1.7.1 研究意义 |
| 1.7.2 研究内容 |
| 第二章 实验方案与模型建立 |
| 2.1 实验材料 |
| 2.2 42MH铸坯高温力学性能测试实验方案 |
| 2.2.1 42MH铸坯相变温度测试方案 |
| 2.2.2 42MH铸坯高温力学性能测试方案 |
| 2.2.3 42MH铸坯断口形貌与金相组织观察方案 |
| 2.3 42MH连铸坯凝固传热模型和轻压下模型的建立 |
| 2.3.1 凝固传热模型的建立 |
| 2.3.2 42MH连铸动态轻压下模型的建立 |
| 2.4 42MH连铸坯枝晶结构数学模型的建立 |
| 2.4.1 42MH连铸坯凝固传热模型的建立 |
| 2.4.2 枝晶间距模型的建立 |
| 第三章 42MH铸坯高温力学性能测试结果与讨论 |
| 3.1 42MH铸坯相变温度测试结果与讨论 |
| 3.2 42MH铸坯高温力学性能测试结果与讨论 |
| 3.2.1 42MH铸坯应力-应变曲线 |
| 3.2.2 温度对42MH连铸坯强度的影响 |
| 3.2.3 温度对42MH连铸坯塑性的影响 |
| 3.3 42MH铸坯拉伸断口形貌及金相组织分析与讨论 |
| 3.3.1 42MH铸坯拉伸断口形貌分析 |
| 3.3.2 42MH铸坯金相组织分析 |
| 3.4 小结 |
| 第四章 42MH连铸坯凝固末端轻压下控制模型 |
| 4.1 连铸坯凝固传热模型及轻压下模型的建立 |
| 4.2 42MH连铸坯轻压下计算结果与分析 |
| 4.2.1 连铸工艺参数对42MH连铸坯温度场的影响 |
| 4.2.2 连铸工艺参数对42MH连铸坯压下区间的影响 |
| 4.2.3 连铸工艺参数对42MH连铸坯压下量的影响 |
| 4.3 42MH连铸坯凝固末端轻压下优化对比 |
| 4.4 小结 |
| 第五章 42MH连铸坯枝晶结构数值模拟 |
| 5.1 42MH连铸坯枝晶结构计算结果与分析 |
| 5.1.1 连铸工艺参数对42MH连铸坯枝晶间距的影响 |
| 5.1.2 连铸工艺参数对42MH连铸坯枝晶结构的影响率 |
| 5.1.3 连铸工艺参数对42MH连铸坯枝晶渗透率的影响 |
| 5.2 小结 |
| 第六章 结论 |
| 参考文献 |
| 研究成果 |
| 致谢 |
（9）凝固末端电磁超声检测机理及点聚焦换能器设计技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题研究背景和意义 |
| 1.2 凝固末端检测技术研究现状 |
| 1.2.1 凝固末端检测常见技术研究现状 |
| 1.2.2 凝固末端电磁超声检测技术研究现状 |
| 1.3 电磁超声换能器研究现状 |
| 1.3.1 电磁超声换能器优化设计研究现状 |
| 1.3.2 电磁超声换能器聚焦技术研究现状 |
| 1.4 本文研究内容及章节安排 |
| 2 凝固末端电磁超声检测机理及换能器三维建模 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 凝固末端电磁超声检测机理 |
| 2.2.1 凝固末端形成问题描述 |
| 2.2.2 凝固末端电磁超声传输谱线建模与分析 |
| 2.3 电磁超声换能器的工作原理 |
| 2.4 电磁超声换能器的换能机制 |
| 2.4.1 洛伦兹力机制 |
| 2.4.2 磁致伸缩力机制 |
| 2.5 电磁超声剪切波换能器有限元建模 |
| 2.5.1 建模流程 |
| 2.5.2 模型建立 |
| 2.5.3 结果分析 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 点聚焦剪切波电磁超声换能器的优化设计 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 点聚焦剪切波电磁超声换能器工作机理 |
| 3.3 点聚焦剪切波电磁超声换能器仿真分析 |
| 3.3.1 孔径角对信号幅值的影响 |
| 3.3.2 孔径角对聚焦偏移量的影响 |
| 3.3.3 孔径角对聚焦性能的影响 |
| 3.3.4 设计深度对聚焦偏移的影响 |
| 3.3.5 实验验证 |
| 3.4 点聚焦剪切波电磁超声换能器优化设计 |
| 3.4.1 优化设计目标 |
| 3.4.2 优化设计对象 |
| 3.4.3 优化设计方法 |
| 3.4.4 结果分析 |
| 3.4.5 实验验证 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 电磁超声换能器谐振频率跟踪控制 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 电磁超声换能器的等效电路模型 |
| 4.3 电磁超声换能器的导纳特性研究 |
| 4.3.1 电磁超声换能器的并联谐振频率和反谐振频率 |
| 4.3.2 电磁超声换能器的并联谐振频率临近态 |
| 4.3.3 电磁超声换能器的上下限截止频率 |
| 4.3.4 其他特征频率 |
| 4.4 电磁超声换能器电端匹配特性 |
| 4.4.1 电磁超声换能器阻抗匹配方法 |
| 4.4.2 电磁超声换能器阻抗匹配约束条件 |
| 4.5 电磁超声换能器自适应频率跟踪控制 |
| 4.5.1 预备知识 |
| 4.5.2 电磁超声换能器数学模型 |
| 4.5.3 谐振频率跟踪控制器设计 |
| 4.5.4 仿真分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 凝固末端电磁超声检测仿真与实验分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 凝固坯典型液芯类型 |
| 5.3 凝固末端电磁超声检测仿真分析 |
| 5.3.1 凝固末端检测有限元建模 |
| 5.3.2 凝固末端检测频域分析 |
| 5.3.3 凝固坯末端检测仿真分析 |
| 5.4 凝固末端电磁超声检测实验分析 |
| 5.4.1 常温下凝固末端检测 |
| 5.4.2 高温下凝固末端检测 |
| 5.4.3 实验结果与分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| A. 作者在攻读博士学位期间取得的主要学术成果 |
| B. 攻读博士期间参与的主要科研项目 |
| C. 攻读博士期间申请的发明专利 |
| D. 学位论文数据集 |
| 致谢 |
（10）180mm方坯连铸二次冷却工艺模型研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| 英文摘要 |
| 1 绪论 |
| 1.1 连铸技术的发展 |
| 1.2 连铸二次冷却技术研究现状 |
| 1.2.1 连铸二次冷却概述 |
| 1.2.2 二次冷却对铸坯质量的影响 |
| 1.2.3 连铸二次冷却控制方法 |
| 1.3 课题的研究背景和研究内容 |
| 1.3.1 课题研究的意义 |
| 1.3.2 课题研究的内容 |
| 2 方坯连铸凝固传热数学模型 |
| 2.1 方坯连铸凝固传热数学模型 |
| 2.1.1 模型控制方程与模型假设 |
| 2.1.2 差分方程 |
| 2.2 边界条件的确定及修正 |
| 2.2.1 铸坯表面温度测试 |
| 2.2.2 仿真结果与实测温度的对比 |
| 2.2.3 边界条件的最终确定 |
| 2.2.4 钢种A和钢种B的热物性参数 |
| 2.3 空间步长和时间步长的选择 |
| 2.4 方坯连铸二次冷却仿真软件简介 |
| 2.4.1 钢种热物性参数的设置界面 |
| 2.4.2 方坯连铸机的结构参数设置界面 |
| 2.4.3 方坯连铸仿真软件运行界面 |
| 2.4.4 仿真计算结果输出界面 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 方坯连铸机二冷结构的优化 |
| 3.1 方坯连铸机的原始二冷结构 |
| 3.2 铸机二冷结构的优化 |
| 3.3 方坯连铸机优化后的二次冷却结构 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 方坯连铸机连铸钢种及二次冷却分类 |
| 4.1 钢种分析 |
| 4.2 钢种二冷分类 |
| 4.2.1 概述 |
| 4.2.2 钢种归类分析 |
| 4.2.3 钢种二冷分类细化 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 方坯连铸二冷控制的工艺新模型 |
| 5.1 过热度变化对二次冷却的影响 |
| 5.2 二冷水温对二次冷却的影响 |
| 5.3 基于钢液过热度和二冷水温的二冷工艺新模型 |
| 5.3.1 系数a、b、c的确定 |
| 5.3.2 过热度影响系数d的确定 |
| 5.3.3 二冷水温影响系数F的确定 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 方坯连铸二冷制度仿真研究 |
| 6.1 钢种A的连铸二冷制度研究 |
| 6.1.1 钢种A的连铸二冷制度 |
| 6.1.2 钢种A铸坯温度的变化规律 |
| 6.1.3 钢种A铸坯凝固坯壳厚度的变化规律 |
| 6.2 钢种B的连铸二冷制度研究 |
| 6.2.1 钢种B的连铸二冷制度 |
| 6.2.2 钢种B铸坯温度的变化规律 |
| 6.2.3 钢种B铸坯凝固坯壳厚度的变化规律 |
| 6.3 本章小结 |
| 7 结论 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录 |
| B.作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目 |
| C.学位论文数据集 |
| 致谢 |
四、连铸坯凝固传热数学模型的研究与应用（论文参考文献）
- [1]连铸坯凝固过程热应力分析及微观组织模拟[D]. 屈永豪. 燕山大学, 2021(01)
- [2]连铸板坯传热/应力计算及其可视化[D]. 赵子豪. 大连理工大学, 2021(01)
- [3]工艺参数对多晶硅连铸坯温度、应力和凝固组织的影响[D]. 胡艳. 大连理工大学, 2021
- [4]连铸过程钢液多相流动、传热、凝固及夹杂物捕获的大涡模拟研究[D]. 陈威. 北京科技大学, 2021(02)
- [5]连铸二冷配水工艺研究与优化[D]. 张亦弛. 渤海大学, 2020(04)
- [6]冷却工艺对连铸结晶器铜壁传热的影响[D]. 徐旺. 华北理工大学, 2020(02)
- [7]连铸方坯凝固传热数值模拟及铸坯升温工艺探究[D]. 李璐. 太原科技大学, 2020(03)
- [8]42MH连铸坯偏析控制模型[D]. 王少伟. 安徽工业大学, 2019(02)
- [9]凝固末端电磁超声检测机理及点聚焦换能器设计技术研究[D]. 贾晓娟. 重庆大学, 2019(01)
- [10]180mm方坯连铸二次冷却工艺模型研究[D]. 何文杰. 重庆大学, 2019(11)