连铸板坯质量判定专家系统应用及原理分析.docx
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连铸板坯质量判定专家系统应用及原理分析
连铸板坯质量判定专家系统应用及原理分析
2OO6年6月
第14卷第3期
河南冶金
}ⅡANM田^IIJ瓜GY
Jun.2OO6
V01.14No.3
连铸板坯质量判定专家系统应用及原理分析
王志政张慧
(1.安徽工业大学;
那贤昭王雪松
2.钢铁研究总院)
摘要介绍了几种类型连铸坯质量判定专家系统的应用及原理,并对目前正在开发的基于神经元网络的连铸坯质
量判定专家系统作出分析.
关键词连铸坯质量判定专家系统
APPLICATIONANDPRINCIPI~ANALYSISOFQUALrrYEVALUATION
EⅪTSY=IEM■DR0D】【0IIsCAr1NGs1.JAB
WangHui2NaXiand~2WangXuesongl
(1.山】llIliUniversityofTechnology;2.CentralIronandS~eelResearchInstitute)
ABSII~CTThispaperintroducestIleipkandapp~cafionofsomequalityevalua~onexl~rtsysten~forcontinuouscasting
slab,andanalyzestheql呦evalua~onexl~rtsystembasedonartificialneundneworksforcontinuouscas血lgslabwhichison
theprocessofexploration.
KEYWORDScontinuousrlgslabq啪山tyevalua~onexpertsystem
在连铸生产中,及时在线预报和检测铸坯质量,
对确保生产的连续性,提高产品质量及降低生产成
本具有重要的意义.连铸坯质量判定专家系统就是
为解决连铸生产过程中连铸坯质量问题而专门设计
的计算机判定系统.连铸生产过程中需要在线判定
连铸坯质量情况,以便解决不同铸坯的不同处理走
向,即:
对质量合格的连铸坯直接热送以有效节能;
对表面有缺陷的连铸坯离线修磨清理后再加热轧制
以减少钢材废品率,提高成材率;对内部缺陷严重的
1国内外连铸坯质量判定系统方面的进展
近十多年,国内外在连铸坯质量预报专家系统
的研究取得了很大的进步,许多钢铁公司开发了较
完善的专家系统,并实际应用于连铸生产,取得了显
着的效益.比较成功的系统有:
宝钢的板坯品质异
常把握模型和漏钢预报系统,奥地利Linz钢厂的计
算机辅助质量控制系统(),英国BritishSteel的
结晶器热监控系统(砌[M),德国MannesmanDemag
公司的质量评估专家系统(XQE)等J,国外典型的
连铸坯直接判废以减少进一步再加工成本.连铸坯质量判定专家系统各自的特点见表1.:
表1国外典型连铸坯质量判定系统特点
从表1中可以看出,国外典型的铸坯计算机质
量判定系统的应用都存在一定的局限性.一方面表
现在系统中对铸坯质量的因素影响规律利用了冶金
函数或数学模型的方法进行处理,冶金函数和数学
模型是有限的,复杂的连铸生产工艺过程中的众多
铸坯质量影响因素及影响规律并不都能够用冶金函
数和数学模型来描述,使得判定表现出了一定的局
限性;另一方面,系统只是对一些主要的影响因素及
联系人:
张慧,常务副主任,高级工程师,北京(100嘴1),钢铁研究总院连铸中心;收稿日期:
2o十5
2OO6年第3期河南冶金?
7?
影响规律进行了推理和判定(如德马克公司,英国钢
铁公司和新日铁公司),考虑因素有限,从而影响了
系统判断准确度J.
在国内,上海宝钢(集团)公司板坯连铸机上的
计算机辅助判定(CAQJ)系统,它要求收集28个参
数【7圳,其中包括三个方面【10]:
第一是来自炼钢计算
机传过来的炼钢异常信息,如钢水成分及再吹炼等;
第二是由连铸离散控制系统采集的信息,如拉速及
结晶器液面波动等;第三是由操作工输入的有害于
铸坯质量的信息.事实上,该系统是使用了这些异
常信息来预测铸坯表面质量及内部质量的等级,经
过等级分析,自动判定铸坯的处置方式,它只是一个
过程异常型质量诊断系统,并没有影响铸坯质量各
种缺陷的详细的知识库及相应的推理机制,根据专
家系统的定义,它并不是真正意义上的连铸坯质量
判定专家系统.天津钢管公司圆坯连铸机的质量评
估系统,该系统收集26个参数,根据参数的异常信
息(超过限定值范围)来预测圆坯质量,如外来夹杂
物,内生夹杂物,皮下偏析裂纹,中间裂纹,中心偏析
裂纹,表面裂纹,其它表面裂纹或几何缺陷.用
FORTRAN语言编制,由于种种原因,未进行热试,亦
未在线使用.
2连铸坯质量判定专家系统模型
对国内外比较成功的连铸坯质量判定专家系统
分析,主要有以下四种类型:
1)连铸坯质量预测专家系统;
2)连铸坯质量在线判定专家系统;
3)基于内部核心趋势分析模型的连铸坯质量判
定专家系统;
4)基于神经元网络的连铸坯质量判定专家系
统.
2.1连铸坯质量预测专家系统
连铸坯质量预测专家系统主要是结晶器热监控
系统(MTM),国外有许多钢铁公司开发应用此系统,
主要有英国钢铁公司,韩国浦项公司,美国A—L公
司Brackenridge厂,南非ColumbusStainlessSoutll厂,
英国AvestaShifield厂,美国IAlkn~Steel厂以及意大
利ILVATerra厂等.
基于MTM连铸坯质量预测专家系统的原理基
本相同.以美国A—L公司Brackenridge厂为例:
该
公司通过热电偶测定结晶器铜板温度场,不仅可用
于漏钢预报,还可以研究坯壳撕裂与结晶器内传热
的关系,保护渣性能与结晶器内传热的关系.该系
统已应用于以下三个方面:
1))对连铸坯表面纵裂报警;
2)选择适合不同钢种和不同拉速条件下的保护
渣;
3)对相关数据进行集中可视化显示.
2.1.1系统组成及原理u¨
'
1)硬件组成.MTM系统热电偶布置状况如图1
所示.宽面分为两排,上9根,下17根,对称分布;
窄面分为两排,上下各两根,对称分布.其他硬件包
括:
6根电缆线,用于连接热电偶与PIG模块,以及
PC机,用于进行数据处理.
202
一目图1美国A—L公司BfacI【锄d萨厂的MTM系统热电偶布置图
2)系统工作软件.系统工作软件分为在线工作
软件和离线工作软件.在线工作软件以友好的界面
将测得温度实时输出,输出温度每秒更新1次.同
时画面上还能显示如下一些工作数据.包括:
炉号,
结晶器宽度,中间包温度,浇铸长度,拉速和结晶器
液面波动等.该也能软件对异常浇铸情况发出报
警,包括:
粘结漏钢,结疤,角部裂纹;此外,系统可以
对质量有关的因素发出警报,如保护渣报警和铸坯
表面裂纹预报.离线工作软件主要是为冶金工程师
对存储的数据进行分析提供便利.
2.1.2质量预报原理
当发生异常浇注情况,如板坯质量问题时,系统
将从异常的温度曲线上找到原因.以表面裂纹为
例:
在这种情况下,底排的热电偶温度高于顶排的温
度,其原因是结晶器顶部熔渣较少,使得导热状况特
别差,从而导致顶部温度的降低.当出现上述情况
时,多半会出现裂纹.
2.2连铸坯质量在线判定专家系统
所谓连铸坯质量在线判定专家系统,就是根据
计算机在线收集到的(自动或手动收集)生产过程
(炼钢,二次精炼和连铸)数据,利用专家系统原理,
对铸坯质量作出评判.其功能是通过在线矫正过程
参数确保所生产的板坯尽可能多地符合热装和直接
轧制的要求,并且及时,迅速地判断所生产的板坯是
否适合热装或直接轧制J.
连铸坯质量在线判定专家系统包括三大部分,
第一部分是过程监控和数据采集,第二部分是缺陷
预报,第三部分是知识获取和知识库的维护,连铸坯
质量在线判定专家系统结构如图2所示.此系统跟
踪给出的生产工艺数据可判断分析在线连铸坯生产
过程情况,然后根据质量缺陷专家规则判定(与连铸
?
8?
河南冶金咖6年第3期
坯的缺陷直接相关,比如表面纵裂纹,表面横裂,中
心偏析,中心裂纹以及夹杂等)铸坯质量.
图2连铸坯质量在线判定专家系统原理图
由图2可见:
此系统可以获得全线跟踪数据满
足离线研究所需,具有可输入异常定义,质量缺陷预
报专家规则的框架,具备相当地灵活性,需要经验丰
富专家输入具体的异常定义及质量缺陷预报专家规
则.
2.3基于内部核心趋势分析模型的连铸坯质量判
定专家系统
基于内部核心趋势分析模型的连铸坯质量判定
专家系统是在连铸坯质量在线判定专家系统的基础
上增加了判断的另一种手段——内部核心趋势分析
模型(如图3所示).此模型能预报出最严重缺陷,
故有利于用户对最富含信息的区段做采样分析,从
而找到引起质量缺陷的主要问题.此模型还具有随
着生产质量水平的提高,将预报出新水平下的最严
重缺陷铸坯的动态适应特点.
一国/\一l常l—l陷l:
l台ll处ll判ll处ll理ll断l———]l理l
f『f『譬
图3基于内部核心趋势分析模型的连铸坯质量
判定专家系统原理图
由图3可见此系统的特点:
此系统除了具有与
连铸坯质量在线判定专家系统相同的特点外,只需
要一般经验专家,但对预报的有最严重缺陷的铸坯,
要求用户检验并输入其他实际质量检测结果,以便
内部模型完善自己的趋势分析.
2.4基于神经元网络的连铸坯质量判定专家系统
此类型连铸坯质量判定专家系统也是在在线质
量判定专家系统的基础上增加了判断地另一手段
——
神经元网络预报功能(如图4所示).
由图4可见此系统的特点:
此系统除具有与在
线质量判定专家系统相同的特点外,它只需要用户
有质量缺陷检验的设备能提供大量的实际质量信
一图誊
图4基于神经元网络的连铸坯质量判定专家系统原理图
息,供神经元网络学习.目前此类型连铸坯质量判
定专家系统正在研究开发中,受到了冶金领域专家
系统开发者的重视.
3结语
分析以上几种连铸坯质量判定专家系统有以下
共同特点:
1)能实现质量数据全线跟踪功能.此功能可以
使连铸生产工艺数据得到有机的组织,即可对每一
块铸坯了解其生产浇次,生产炉次,生产的所有生产
工艺数据.为对特殊区段的重点研究提供了条件,
为生产标准的修改,生产工艺的改进等长期研究课
题提供了条件.
2)在线异常监视功能.利用此功能可了解发生
在线异常生产情况,并对此情况作出相应措施.
3)在线质量缺陷判定功能.利用此功能可以在
线及时了解铸坯质量情况,并对铸坯不同的质量缺
陷作出相应的措施.
4)输入异常定义功能.实现了用户超标准异常
生产定义,免除了随着工艺上研究的深入或对标准
的提高或新钢种的投人生产,引起生产标准的变化
(即异常定义的变化),进而需对程序代码做维护的
工作.
5)输入质量缺陷预报专家规则功能.实现了用
户的质量缺陷预报专家规则,免除了随着专家经验
的积累或对产品质量要求标准的提高或新钢种的投
人生产的变化,引起质量缺陷预报专家规则的变化,
进而需对程序原代码做出维护的工作.
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(下转第18页)
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音奠不涪铝放电只有奠*帽的放电
}}『f}ll…l{……l}}lI时问
(a)时间与强度关系
藏
醇
茁
光谱强度
(b)强度与出现次数关系
圈1PDA法测定原理
奠涪●B化学分析值
(c)浓度与强度关系
为横坐标,以强度比为纵坐标,绘制Als的工作曲表2:
线.Als的分析线就是的分析线为394.4nm,由衰2精密度实验结果%
于光栅分辨能力很强,铝不受邻近元素干扰,不需要
进行干扰校正,经线性回归比较,可见Als曲线采用
二次方进行线性回归,陡度较好,其曲线如图2所
示:
ffl/''
圈2Ah的工作曲线
2.3不同的研磨设备对试样分析的影响
研磨设备可采用砂轮机,砂纸磨盘或砂带研磨
机(砂纸材质为()3),亦可采用铣床加工.对三个
试样用不同的研磨设备研磨后分析,得Als结果见
表1:
衰1不同的研磨设鲁分析结果%
试验证明不同设备研磨的试样对Als(含量大
于0.005%)的分析没有影响.
2.4样品分析
从生产试样中选出五块Als含量不同的样品在
光谱仪上连续激发l1次,统计出相对标准偏差.从
统计值来看,分析结果重现性较好,其对照结果见
然后,采用化学法对样品进行定值,并与光谱分
析比较,其对照结果见表3:
衰3样品结果化学和光谱对比%
从光谱PDA法与化学法分析值相比,光谱法的
结果较化学法略偏高,其分析允差满足GB223.37—
89规定的允差范围.
3结论
1)m光谱仪分析钢中Als,具有分析速度快,
重现性好,准确度高,检测直观灵敏等特点,适合于
炉前生产工艺控制;
2)该方法投入使用后,为炉前冶炼提供了准确
可靠的信息,对生产起到了指导作用;
3)试验表明,该方法在冶金分析中具有广泛的
推广应用价值.
4参考文献
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趟啊智
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