下载文档原格式
基于改进多目标遗传算法的连铸二冷过程优化翟莹莹;厉英;敖志广【摘要】采用一种改进的多目标遗传算法对二冷工艺进行优化.改进的多目标遗传算法应用概率法选取选择算子,根据适应度值来动态计算交叉和变异概率,能够得到更好的全局最优解,提高算法精度和整体性能.在基于凝固传热模型的二冷优化过程中,采用变间距差分法离散求解传热方程,对比粒子群算法、多目标遗传算法,改进的多目标遗传算法搜索效率高,得到的价值函数最小.在实际生产中,采用优化后的二冷工艺,使得总用水量减少约10％,提高了铸坯质量,达到了节能降耗的要求.【期刊名称】《东北大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(040)005【总页数】5页(P658-662)【关键词】连铸;二冷工艺;凝固传热模型;多目标遗传算法;冶金准则【作者】翟莹莹;厉英;敖志广【作者单位】东北大学计算机科学与工程学院,辽宁沈阳 110169;东北大学冶金学院,辽宁沈阳 110819;东北大学计算机科学与工程学院,辽宁沈阳 110169【正文语种】中文【中图分类】T391.4连铸过程中,二次冷却工艺用于加速铸坯凝固进程,对出结晶器的带液芯的铸坯进行冷却,避免铸坯表面和内部产生缺陷,因此,合理控制各段水量是提高铸坯质量的重要因素.二次冷却工艺控制有静态和动态两种方式,目前,动态控制方式多处于理论研究阶段.国内外连铸生产中仍普遍采用静态控制方法.静态控制模式易于实现,在其他工艺参数变化不大,拉速较平稳时可以保证铸坯质量.连铸二冷过程优化既要使各段水量合理分配,又要使得铸坯凝固过程中的温度梯度和前沿速度在一定区间内,是典型的多目标优化问题.基于二维传热模型,应用冶金准则函数与先进的优化策略相结合的方法[1-2],建立稳定的二冷工艺优化模型能够提高连铸坯的质量.在优化模型中,需要分析数值求解传热模型的计算量,及基于冶金准则的价值函数的复杂性等问题,而传统的优化方法[3]求解该非线性优化问题的效率较低.为了合理控制工艺,提高铸坯质量,国内外学者做了大量研究工作,基于智能优化算法提出了多种二冷控制模式[4-8],如多目标优化[4]、粒子群算法[5]、遗传算法[7]等.但在优化过程中仍然存在很多问题,如基于凝固传热模型的求解优化过程中的收敛速度慢、搜索能力弱、优化时间长等.为了提高算法的收敛速度和局部搜索能力,本文提出一种基于改进的多目标遗传算法的二冷多目标优化方法,在建立铸坯凝固传热仿真模型的基础上,应用改进的多目标遗传算法,提高算法收敛精度,获取全局最优解,得到连铸二冷工艺的最优方案,使得铸坯均匀冷却,提高铸坯质量.1 多目标遗传算法及改进遗传算法是基于模拟生物进化过程与机制求解的自组织和自适应的人工智能技术,是一种从种群到种群的全局随机搜索和优化方法,广泛应用于多目标优化问题的求解.1.1 基本多目标遗传算法应用多目标遗传算法(MOGA)[9]求解,首先要找到Pareto最优解的评价方法,然后设计不同的选择、交叉和变异算子.在多目标算法优化设计过程中,利用优化关系,既可以独立地对每个子目标函数进行选择,也可以各个子目标函数进行个体选择.对于实际的多目标优化问题,如何选择算法,主要取决于决策者对问题的分析及算法的偏好.多目标遗传算法求解优化问题的步骤如下:步骤1 确定个体表现型及解空间,即决策变量和约束条件;步骤2 描述问题的数学形式及最终目标函数,构建优化模型;步骤3 确定个体表现型转换成基因型的编码方法及可行解的搜索空间;步骤4 确定个体基因型转换成表现型的解码方法;步骤5 确定适应度函数,明确目标函数与个体之间的映射规则;步骤6 设计选择、交叉、变异等算子的实现方法及遗传算法的运行参数.该算法在进化初期,能够保留适应度较好的个体,淘汰了种群中的其他个体,加快了种群的收敛速度.但是,在进化后期,种群中的个体处于停滞状态,很难收敛到全局最优解,易产生算法早熟收敛.1.2 改进的多目标遗传算法为了提高遗传算法的性能,克服求解问题中的困难,改善算法的早熟收敛性,本文提出了一种改进的多目标遗传算法(IMOGA),首先,为了降低算子的局部收敛性,本文采用概率法对选择算子进行筛选,在下一代中保留适应度较大的个体.具体步骤如下:步骤1 个体在下一代中的生存期望fiti根据群体中的个体适应度值来计算:(1)步骤2 计算个体的生存期望值Ni，取其整数部分[Ni]作为下一代的生存数目.步骤3 下一代个体的适应度值为(2)用基本比例法随机确定下一代中余下的个体.进一步地,根据适应度值来动态调整交叉概率、变异概率和基于概率法进行选择算子的选取.该方法降低了局部收敛性,提高全局搜索能力.交叉和变异概率公式为(3)(4)其中：fmax是种群的最大适应度值;favg是每代种群的平均适应度值;f′是交叉操作的两个个体中较大的适应度值;f是变异个体的适应度值;Pc3<Pc2<Pc1∈(0,1);Pm3<Pm2<Pm1∈(0,1).Pc和Pm随f呈阶段性线性变化,并且Pc和Pm在fmax的个体处均不为零,提高种群中优秀个体的Pc和Pm,使得这些个体一直处于运算过程中,算法不会局限于局部解,克服早熟收敛,从而得到全局最优解.2 连铸二冷工艺优化建模2.1 连铸坯凝固传热模型连铸凝固传热模型采用内热源的非稳态方程描述,根据不同的初始边界条件模拟铸坯的凝固过程,用于实际生产中的工艺参数优化.本文采用有限差分法求解凝固传热模型,得到铸坯的温度场分布、坯壳厚度及液芯长度等数据.1) 凝固传热建模.为了描述凝固传热模型,对具体的连铸过程进行假设:沿拉坯方向上铸坯的温度不随时间变化;忽略凝固冷却收缩引起的铸坯尺寸变化;在液相区中,采用增大导热系数法把对流传热等效成传导传热;忽略辊子的接触传热.采用薄片移动法,根据铸坯表面在不同冷却段的换热条件,建立热流与时间的函数关系,其中xy方向为铸坯的横截面;连铸过程的二维凝固传热控制方程:(5)其中:T为铸坯温度,K;ρ为密度,kg/m3;c为等效热容,J/(kg·℃);λ为导热系数,W/(m·℃);Q为内热源项.采用增大对流系数[10]的方式来处理二冷区不同传热方式带走的热量.对流传热方程:q=h(ts-ta)+σε[(ts+273)4-(ta+273)4].(6)其中:h为综合对流换热系数,W/(m2·℃);ts为铸坯表面温度,℃;ta为室温,℃;σ为斯蒂芬-玻耳兹曼常数,值为5.67×10-8W/(m2·K4);ε为铸坯表面黑度系数,值为0.8. 二冷区综合对流换热系数:h=[1 570W0.55(1-0.007 5tw)]/C.(7)其中:tw为二冷水温度,℃;W为水流密度,L/(m2s);C为常量,在不同的连铸过程中取值不同.2) 离散方法.凝固传热模型采用薄片移动法模拟,在空间上采用变间距有限差分法进行离散化处理,在时间上采用向后差分进行处理.为了保证差分计算精度和收敛性,采用变间距网格划分,圆坯横截面划分为外环部分和内环部分,在内外环划分大小不同的切向角网格,其交界位置可任意选择,在温度变化较大的外环区域,网格稠密,在温度较为平缓的内环区域,网格稀疏.2.2 基于冶金准则的多目标优化模型连铸坯在冷却过程中,水量分配不均,导致铸坯产生裂纹、疏松等缺陷.在二冷过程中应考虑冷却强度、水量分配、喷雾区的划分以及喷嘴的布置形式等冶金准则.基于传热模型,采用多目标遗传算法迭代计算各二冷段的传热系数,使价值函数的值最小,得到满足冶金准则的二冷区的工艺参数.1) 表面目标温度.根据钢的高温力学性能、冶金准则及生产工艺要求确定的铸坯表面目标温度tM,i,计算得到的表面温度tb,i应该充分接近目标温度,该函数尽量取最小值.f1,i(Qi)=(tM,i-tb,i)2.(8)2) 冷却水量消耗.从节能减排的角度考虑,整个二冷区的总冷却水量越少越好.即表示任一冷却段,n为总的冷却段数,该函数应取最小值,优化过程中,各个段的水量取为相应的目标水量:f2,i(Qi)=Qi.(9)3) 冶金长度限制.考虑到生产安全及连铸坯质量,液芯长度应该限制在某一区间内.为了减少应力作用下铸坯凝固前沿产生的裂纹,液芯LM在矫直点Ld之前完全凝固. f3,i(Qi)=(Max(0,LM-Ld))2.(10)4) 表面温度的最大冷却速度和回升速率限制.铸坯表面温度回升使得凝固前沿产生巨大的应力,铸坯内部易产生裂纹;铸坯沿拉坯方向的表面回温速率上限值Cp(℃·m)和冷却率上限为Cn(℃·m)，表面回温速率和最大冷却速率满足限制条件:(11)(12)5) 其他约束性条件.矫直区温度应避开脆性温度区间,可以减少横裂纹的产生,脆性温度取值范围700 ℃<tBmin<900 ℃;铸坯鼓肚时,沿铸坯凝固前沿产生拉应力,使得凝固前沿发生断裂或者偏析.通常铸坯表面温度tBmax<1 100 ℃,即温度脆性区间温度取值范围为tBmax>ti,τ>tBmin,拉速根据实际生产状况,限定范围vmax>v貌一新i>vmin.由于以上各约束条件的单位不同,数量差异很大,为此需要将上述目标函数进行归一化处理fk,i∈[0,1],k=1,2,…,5.由于上述不同的约束条件对铸坯质量的影响程度不同,为此,选定不同加权系数对多目标价值函数进行评价:(13)其优化策略是通过寻找主控向量Q=[Q1,…,Qn]T(n为二冷区的分段个数),得到价值函数的最小值.3 现场应用及结果分析为了测试应用改进的多目标遗传算法的二冷优化模型的精确性,对石油套管钢26CrMoVTiB圆坯的二冷工艺进行优化分析.根据现场实际工艺条件,连铸机的主要设备参数为:圆坯直径为178 mm;结晶器长度0.9 m,足辊段长度为0.35 m,水雾冷却区分四段,长度分别为1.55,1.4,2.9,3.5 m,辐射区长度为5 m.浇注过程中拉速为1.9 m/min;浇铸温度为1 554 ℃;液相线温度为1 508 ℃,固相线温度为1 420 ℃;结晶器水流量为1 700 L/min,冷却水温差6.5 ℃.26CrMoVTiB的物性参数为:比热容为830 J/(kg·K);液态钢密度为ρl=6.9×103kg/m3, 固态钢密度ρs=7.5×103kg/m3;导热系数液态为kl=31.2 W/(m·K),固态为ks=37.4 W/(m·K).在传热模型及其他工艺条件相同的情况下,使用多目标遗传算法(MOGA)、粒子群算法(PSO)和改进的多目标遗传算法(IMOGA)对二冷工艺进行优化,其迭代搜索的优化过程如图1所示.IMOGA比其他两种算法的收敛效果更好,在经过35次迭代后,价值函数的取值最低,寻优效果最好.图1 二冷配水优化搜索过程的寻优曲线Fig.1 Optimization curve of water distribution in secondary cooling zone表1为优化前后二冷配水量对比.由表1可知,优化后的总用水量较优化前节省了10%左右,二冷各段的水量均有不同程度的降低,沿拉坯方向水量逐渐减少,减少铸坯应力的产生,不易产生内裂纹.表1 优化前后二冷配水量对比Table 1 Compare water distribution of secondary cooling scheme L/min二冷各段拉速 1.9m/min拉速2.1m/min拉速2.3m/min优化前优化后优化前优化前优化后优化前足辊段30.928.13431.162.259.31段45.941.147.544.268.466.32段28.925.527.325.739.337.93段20.718.522.719.337.236.94段16.815.917.715.629.127.6总水量143.2129.1149.2135.9236.2228.026CrMoVTiB钢优化前后的表面温度和液芯温度及坯壳厚度分布如图2所示.优化后26CrMoVTiB钢铸坯表面温度在结晶器出口处温度高于900 ℃,避开了低塑性区,不易在弯曲段出现裂纹;二冷区的铸坯表面温度低于1 100 ℃,符合防止铸坯鼓肚的要求;铸坯表面温度的回温速率低于100 ℃/m,表面温度降温速率小于200 ℃/m,温度变化平缓,有效地防止铸坯表面裂纹生成.二冷区三段、四段的铸坯表面温度波动幅度较小,均在奥氏体化温度以上,减小铸坯内的热应力及相变引起的组织应力,防止内裂纹的产生.图2 优化前后铸坯温度对比Fig.2 Comparison temperature distribution before and after optimization在实际生产中,分别抽取优化前和优化后的铸坯40块,铸坯质量缺陷等级分布如图3所示.水量优化后,温度变化更加平缓,温度梯度变小,铸坯质量较优化前提高较大.其中,中心疏松小于1.0级由49.45%上升到85.26%,中心缩孔小于1.0级由68.13%上升到80.17%,中心裂纹低于0.5级由44.84%上升到70.01%,且平均等轴晶率由28.42%上升到42.13%.二冷工艺优化后,铸坯低倍评级得到明显改善.图3 铸坯质量缺陷等级分布Fig.3 Grade distribution of various defects4 结论1) 本文提出了一种改进的多目标遗传算法,增强了全局搜索能力,避免过早陷入局部最优,解决了不可微、非线性优化问题,提高了算法的收敛精度.2) 采用改进的多目标遗传算法,优化连铸二冷工艺,其价值函数比改进前低0.1,比粒子群算法低0.05,得到了更优的全局解.3) 优化后的二冷工艺应用于生产实际中,铸坯表面温度和温度梯度趋势平缓,减少铸坯缺陷,二冷总用水量减少了约10%,既达到节能降耗的要求,又提高铸坯质量.参考文献：【相关文献】[1]Santos C A,Spim J A,Garcia A.Mathematical modeling and optimization strategies applied to the continuous casting of steel [J].Engineering Applications of Artificial Intelligence,2003,16(5/6):511-527.[2]Cheung N,Garcia A.The use of a heuristic search technique for the optimization of quality of steel billets produced by continuous casting [J].Engineering Applications of Artificial Intelligence, 2001,14(2):229-238.[3]Lotov A V,Kamenev G K,Berezkin V E,et al.Optimal control of cooling process in continuous casting of steel using a visualization-based multi-criteria approach [J].Applied Mathmatical Modeling,2005,29(7):653-672.[4]Imran M,Pambudi N,Farooq M.Thermal and hydraulic optimization of plate heat exchanger using multi objective genetic algorithm [J].Case Studies in Thermal Engineering,2017,10(9):570-578.[5]纪振平,马交成,谢植,等.基于混沌蚁群算法的连铸二冷参数多准则优化[J].东北大学学报(自然科学版),2008,29(6):782-785.(Ji Zhen-ping Ma Jiao-cheng,Xie Zhi,et al.Multi-criteria optimization based on chaos ant colony algorithm for secondary cooling parameters in continuous casting [J].Journal of Northeastern University(Natural Science),2008,29(6):782-785.)[6]Chakraborti N,Gupta R S P.Optimization of continuous casting process using genetic algorithms:studies of spray and radiation cooling regions [J].Ironmaking and Steelmaking,2003,30(4):273-278.[7]Zhai Y Y,Li Y,Ma B Y,et al.The optimisation of the secondary cooling water distributionwith improved genetic algorithm in continuous casting of steels [J].Materials Research Innovations,2015,19(1):26-31.[8]Wang X D,Wang Z F,Liu Y,et al.A particle swarm approach for optimization of secondary cooling process in slab continuous casting [J].International Journal of Heat and Mass Transfer,2016,93(1):250-256.[9]Fonseca C M,Fleming P J.Genetic algorithms for multiobjectiveoptimization:formulation,discussion and generalization [C]//Proceedings of the Fifth International Conference on Genetic Algorithms.San Mateo,1993:416-423.[10]Mosayebidorcheh S,Gorji-Bandpy M.Local and averaged-area analysis of steel slab heat transfer and phase change in continuous casting process [J].Applied Thermal Engineering,2017,118:724-733.。
北京科技大学科技成果——连铸二冷配水模型及自
动控制技术
成果简介
连铸二次冷却对铸坯的表面与内部质量具有显著的影响。
欲得到优质铸坯，重要的是合理地控制浇铸过程铸坯温度，而连铸二冷配水的目的是均匀冷却铸坯，使铸坯表面温度保持在允许的范围内，对提高连铸坯的质量和连铸生产具有重要的作用。
原冶金部科技司将此项目列为“八五”攻关课题“大型连铸机自动控制系统的研究开发”中一个重要研究课题，主要是以济钢板坯连铸机二冷控制为研究对象，应用二维传热数学模型，建立了板坯连铸机二冷配水计算模型，编制了二冷配水计算软件，完成了对不同钢种和断面的连铸冷却的配水计算和控制系统，实现了对连铸二冷配水的在线控制。
本项目主要用在板坯、矩形坯、方坯连铸机二冷配水控制系统，结合现场具体条件，利用传热学基本原理建立凝固传热数学模型和计算软件，计算配水参数，实现二冷水自动控制，从而确保连铸机高的产量和良好的质量。
经济效益及市场分析
本项目自1995年开发以来已与多家钢厂合作，如济钢、武钢、鞍钢等，连铸二冷配水自动控制系统投入应用后，铸坯质量明显改善，效果非常显著。
连铸机二冷水自动控制系统文均、刘卫标、李会祥、粟小琴昆钢重装集团维检中心摘要：炼钢厂3＃、4＃连铸机二冷水系统的升级改造，通过增加二冷水自动控制功能、采用PID控制调节阀，实现了对水量的精确控制，获得铸坯最佳冷却效果，满足了生产工艺需要，降低了漏钢率，提高了铸坯外形质量。
关键词: 二冷水、拉速、配水模型、PID调节1 引言炼钢厂3#、4＃连铸机建于2003年，机型为三机三流全弧形二点矫直小方坯连铸机。
从浇注到成材需要经过两次水冷却，即一次冷却和二次冷却。
一次冷却是由结晶器来完成，这个阶段的目的是使钢水在结晶器内冷却形成坯壳，然后钢坯进入二冷区，二次冷却水在整个连铸生产阶段是非常重要的，它的冷却效果直接影响着钢坯的质量。
由于原来二冷水流量固定不可调节，没有跟随拉速变化，近年来随着股份公司品种钢的开发，在生产优钢过程中，由于二次冷却控制不当，出现了一些铸坯缺陷：如内部裂纹、铸坯菱变（脱方)、铸坯鼓肚、表面裂纹。
原有的二冷水流量固定配水方式已不能满足工艺需要，达不到最佳的冷却效果，严重影响了钢坯的质量.鉴于这一原因，必须采用二冷水动态调节,获得最佳冷却效果。
2 二冷水的工艺简介及控制思路连铸机在生产过程中，钢水从中间包到结晶器（一冷）冻结成型,在引锭杆的牵引下钢坯进入二冷环节的冷却，然后到拉矫机，经火切机切割后输出钢坯.整个工艺品过程钢水从1500度的液态变成700度方钢坯。
对于高效连铸而言,二冷水的配置是否合理，是钢坯生产较为关键的因素,直接关系到铸坯质量的优劣，合理的冷却制度是杜绝铸坯内部裂纹的关键工艺要素。
良好的二冷模式应具有以下特点：有助于铸坯内部质量乃至表面质量的提高；能延长二次冷却区设备的使用寿命；用水量少；满足生产效率的要求。
二冷水的控制方式根据现场实际工艺要求（包括钢种、规格、质量等要求)，理论上确定沿浇铸方向预测凝固厚度梯度和温度分布变化，用拉速来控制冷却水的流量。
控制过程如下图：炼钢厂3#、4#连铸机改造后二次冷却水分三段进行水量的比例配水控制，即足辊段、Ⅰ段、Ⅱ段。
提高小方坯连铸内部质量通过对小方坯连铸内部中的质量问题进行分析，并对小方坯连铸机二级控制系统的应用进行了介绍，提出了加强小方坯连铸内部质量的措施。
标签：小方坯连铸；内部质量；控制引言：在当前，连铸工艺及其相关的配套技术均获得了较大程度的发展，但为了更有效地进行投资与生产成本控制，逐渐降低大方坯应用率而更多采用小方坯已逐渐成为了当前高碳硬线钢生产的重点研究方向之一。
在初步的应用实践过程中，高碳钢小截面方坯目前仍受到诸如中心偏析、中心缩孔以及内部裂纹等多方面问题的困扰，继而在很大程度上对方坯的质量构成了非常不利的影响，相关研究指出，由于这些缺陷的存在，将会显著增加发生高碳钢盘条拉拔断裂的几率，因此，加强其内部质量的控制是非常有必要的。
一、连铸小方坯内部质量存在的问题（一）连铸小方坯中心偏析产生的原因连铸小方坯产生中心偏析的原因多是因为其中心区域具有C，Mn，P和S 等溶质元素分布并不是十分均匀的情况，以至于时常会在铸坯横剖面上表现为铸坯中心处溶质元素的浓度出现峰值，而两边的浓度则相对处于更低的水平，再从铸坯纵剖面上的情况来看，其表观形态存在的形式则更多的表现为V形偏析、U 形偏析、点状偏析、线状偏析或是缩孔等，整体来看，沿中心线，溶质元素多呈现出近似周期性的波动。
多数时候，连铸方坯中心偏析不足以影响终极产品的质量，在一定范围内是允许存在的。
但诸如含碳量相对较高的硬线、钢帘线钢种以及对C，Mn，S偏析更为敏感的抗氢致开裂管线钢种等特殊钢种，中心偏析则将会对其最终产品的质量以及加工性能等造成不同程度的影响，故一般被认为是一种非常典型的铸坯内部缺陷。
在当前连铸方坯钢种档次持续提升的过程中，铸坯中心偏析的问题实则将愈发变的更加突出。
（二）连铸小方坯中心缩孔产生的原因从工艺方面来看，实践表明中心缩孔的产生多与钢水过热度过高、比水量不妥以及二冷水压不稳等几方面因素关联密切，故需给予这些因素有针对性的改进措施。
二、小方坯连铸机二级控制系统的应用（一）系统硬件结构系统由服务器、工作站等相关的网络设备组成硬件系统，由于系统需要尽可能多的收集数据来增加质量判定的准确度，系统数据来源具有多样性，主要包括：L3级调度网、转炉和精炼生产网以及连铸L1级网络等，网络结构如图1所示。
城市供水系统两级优化调度研究
城市供水系统节能与优化运行是近年来水务行业的发展方向。
目前我国大多数水厂管理水平较为落后,基于人工经验运行依然是主要的调度方式,管网压力分布不均衡、夜间供水压力偏高,造成明显的能量浪费。
供水系统优化调度研究在于保证居民正常用水的前提下优化管网压力分布并节约供水能耗,对提高供水企业的经济效益与供水管网的科学化管理具有重要意义。
本文以管网宏观模型为基础进行了供水系统两级优化调度的研究,主要包括城市用水量预测、分时段管网宏观模型、一级优化调度模型与二级优化调度模型等内容。
首先基于最小二乘支持向量回归算法建立时用水量预测模型,使用连续7天的时用水量数据作为训练样本,第8天的数据作为预测目标,经测试模型预测精度符合优化调度的要求。
建立基于BP神经网络的分时段管网宏观模型,按照24小时的用水量变化规律将一天分为6个时段,以符合泵站的实际调度需求。
将各个时段管网压力监测点数据和水厂出厂流量作为输入,水厂出厂压力作为输出,完成宏观模型驯化过程。
以供水总成本作为优化目标,以管网供需水量平衡、测压点压力约束与管网宏观模型作为约束条件建立一级优化调度模型,使用罚函数法转化为非约束问题并借助遗传算法求解,得到二级优化调度泵站的目标流量和压力。
二级优化调度以泵站运行费用最低为目标函数,使用遗传算法求解最优的水泵运行组合,在满足供水量与供水压力的前提下,使水泵都运行在高效段内,减少了能量浪费。
最后以沧州市供水系统为例进行了两级优化调度模型的测试,优化后的管网压力分布均衡、泵站电耗更低,验证了模型的实际应用价值。
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2023 年第 42 卷第 S1 期水冷式复叠制冷系统的在线动态模拟与优化张瑞杰1，刘志林1，王俊文1，张玮1，韩德求2，李婷2，邹雄2（1 太原理工大学化学工程与技术学院，山西 太原 030024；2 黄河三角洲京博化工研究院有限公司过程工程研究所，山东 滨州 256505）摘要：针对某装置的乙烯-丙烯复叠式制冷系统和循环水冷却系统耦合而成的复杂换热系统（水冷式复叠制冷系统），使用Unisim 建立了严格的动态机理模型，并利用OPC 技术实现了现场数据的实时获取，从而建立了在线动态模拟系统。
通过在线动态模拟实现了模型与现场装置的同步跟随，在线动态模型可反映现场装置的当前运行状态，从而得到了一个高精度的数字孪生模型。
此外，为解决系统能耗高的问题，以系统总功耗最小为目标函数，循环上水温度为决策变量，进行了全局模拟优化。
其中，对于风机功率的计算，通过利用工厂一年的历史数据回归得到了风机功率的预测模型，从而解决了优化过程中功率计算的问题。
最后，将优化结果在数字孪生模型进行了在线验证计算，并预测了优化效果。
优化后系统总计节省功耗772.69MW ，合计每年节省费用56.4万元，为企业带来了显著的经济效益。
关键词：在线动态模拟；复叠式制冷；节能优化；数字孪生中图分类号：TQ021.8 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2023）S1-0124-09On-line dynamic simulation and optimization of water-cooled cascaderefrigeration systemZHANG Ruijie 1，LIU Zhilin 1，WANG Junwen 1，ZHANG Wei 1，HAN Deqiu 2，LI Ting 2，ZOU Xiong 2(1 Institute of Chemical Engineering and Technology, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030000, Shanxi, China;2Process Engineering Research Institute, Yellow River Delta Jingbo Chemical Research Institute Co., Ltd., Binzhou 256600,Shandong, China)Abstract: A rigorous dynamic mechanism model was established using Unisim for a complex heat exchange system (water cooled cascade refrigeration system) coupled with an ethylene propylene cascade refrigeration system and a circulating water cooling system in a certain device. Real time acquisition of on-site data was achieved using OPC technology, resulting in the establishment of an online dynamic simulation system. Through online dynamic simulation, synchronous tracking between the model and the on-site device was achieved. The online dynamic model can reflect the current operating status of the on-site device, thus obtaining a high-precision digital twin model. In addition, to address the issue of high system energy consumption, a global simulation optimization was conducted with the objective function of minimizing total system power consumption and the decision variable of circulating water temperature. Among them, for the calculation of fan power, a prediction model for fan power was obtained through研究开发DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2023-1020收稿日期：2023-06-20；修改稿日期：2023-09-22。
板坯连铸二冷动态配水的研究与应用
刘振起;胥明旺;赵一臣;马交成;榭植
【期刊名称】《冶金标准化与质量》
【年(卷),期】2010(000)003
【摘要】以津西钢铁集团股份有限公司2#板坯连铸机为研究对象，建立凝固传热数学模型，分析了连铸坯的温度场及其坯壳厚度以及二冷各段的回温，同时通过凝固坯壳射钉测厚对模型进行校正。
采用离线计算在线控制的二冷动态配水模式，在传热模型的基础上通过优化建立拉速、过热度和冷却水量的关系。
经过实际应用验证了配水方案的有效性。
【总页数】4页(P29-32)
【作者】刘振起;胥明旺;赵一臣;马交成;榭植
【作者单位】河北津西钢铁集团股份有限公司,河北唐山064302;东北大学,辽宁沈阳110004
【正文语种】中文
【中图分类】TF777
【相关文献】
1.板坯连铸动态二冷配水技术的工业应用 [J], 冯科;孔意文;曹建峰;韩志伟;王水根
2.板坯连铸二冷配水模型及控制策略研究 [J], 王明毅;李俊;饶俊国;程浩
3.连铸板坯二冷配水动态控制研究 [J], 施晨杰;茅忠明
4.连铸板坯三维二冷动态配水与精准压下研究与应用 [J], 张炯明;周青海;尹延斌;
吴星星;刘华阳
5.板坯连铸二冷段的动态配水模型研究与应用 [J], 薛建国;王长松;张玉宝
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
