连铸作为钢铁生产的中心环节,对保证钢铁产品加工性能和使用性能具有重要作用,其中连铸二冷区更是影响铸坯质量的关键。基于凝固模型的连铸二冷配水优化是提高铸坯质量的有效手段,而二冷区换热系数的准确性是保证模型可靠性的基础。本文采用实验的研究方法对二冷区换热系数展开研究,基于喷嘴冷态和热态实验得出换热系数与水流密度、铸坯表面温度的关系,最后将换热系数应用于连铸建模及二冷配水优化研究中。本文的主要研究内容如下:(1)连铸喷嘴冷态和热态实验研究。完善冷态实验平台,通过集水试管搜集水量,确定喷嘴流量、气压与水流密度分布的关系。改进热态实验系统,针对水流密度的非均匀分布及热电偶安装位置等对测温的影响进行分析,确定新的测温打孔方案。通过实验确定喷嘴不同气压、流量条件下的非稳态温降曲线,为确定换热系数奠定基础。(2)基于Tikhonov正则化的换热系数求解。换热系数是在导热正问题模型的基础上利用测量的温度数据反算得出。为保证求解的稳定性和精度,采用Tikhonov正则化方法并改进,即采用粒子群算法优化得出正则化参数α。通过数值实验,基于改进的Tikhonov正则化方法求解误差≤5%,具有较高的求解精度。最后,反算得出不同水流密度、铸坯表面温度下的换热系数并拟合得到相应解析的关系式。(3)二冷区换热系数准确性验证。将换热系数关系式应用到连铸凝固传热模型中,建立二冷区水流密度非均匀分布条件下的准确边界条件,与现场实测铸坯表面温度比较,偏差≤6.9℃。而采用换热系数经验公式的模型计算的偏差为16.7℃。表明测算得到的换热系数具有较高的准确性。(4)连铸二冷配水优化研究。基于本文测算换热系数关系式建立配水优化模型,提高研究的可靠性。针对现有混沌粒子群优化算法采用混沌序列简单处理惰性粒子,优化效果不理想的问题进行改进,引入混沌因子r将混沌融入到粒子运动中,通过数值实验,表明该算法有更好的全局搜索能力。采用该算法优化二冷各段水量,确定新的二冷配水配方并应用于生产现场。