Optimization of nozzle layout in continuous casting machine

Abstract

The article presents the results of the scientific research around development of mathamatical foundation for calculating optimal nozzle layout in secondary cooling zone of continuous casting machine and describes implementation of this foundation in specialized computer-aided design system. Optimization procedure is based on the 2-dimensional mathematical model of the thermal state of the slab, which accounts nozzle layout, and optimization criteria for the cross-cut thermal profile of the slab surface. Optimization problem solution consists of two basic blocks: solving thermal conductivity problem and iterative search of the nozzle positions that provide best solution from the point of proposed criteria. The results of running optimization procedure on input conditions based on existing casting machine showed that the obtained solution enables to provide smoother cross-surface thermal profile of the slab. Results of the work can be used for design of new continouous casting machines, modernization of the secondary cooling system of existing machines, and general numeric analisys of secondary cooling system operation for user-provided conditions.В статье представлены результаты исследования, посвященного разработке математических основ для поиска оптимальной схемы расположения форсунок в зоне вторичного охлаждения машины непрерывного литья заготовок, а также описана реализация данных основ в рамках специализированной системы автоматизации проектирования. Процедура оптимизации основана на двумерной математической модели теплового состояния заготовки, учитывающей схему расположения форсунок, а также критерии оптимальности поперечного теплового профиля поверхности заготовки. Решение задачи оптимизации достигается путем итеративного моделирования теплового состояния заготовки и поиска таких позиций форсунок, при который результаты моделирования оказываются наилучшими с точки зрения предложенного критерия. Выполнение процедуры оптимизации на входных условиях, основанных на параметрах существующей машины непрерывного литья заготовок, показало, что оптимальная схема расположения форсунок позволяет обеспечить более гладкий поперечный тепловой профиль поверхности заготовки. Результаты исследования могут быть использованы в процессе проектирования новых машин непрерывного литья заготовок, модернизации существующих, а также для численных исследований работы системы вторичного охлаждения при различных параметрах.