连铸板坯质量判定专家系统应用及原理分析.docx

1、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ANM田IIJ瓜GYJun.2OO6V01.14No.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APPLICATIONANDPRINCIPIANALYSISOFQUALrrYEVALUATIONETSY=IEMDR0D】【0IIsCAr1NGs1.JABWangHui2NaXian

2、d2WangXuesongl(1.山】llIliUniversityofTechnology;2.CentralIronandSeelResearchInstitute)ABSIICTThispaperintroducestIleipkandappcafionofsomequalityevaluaonexlrtsystenforcontinuouscastingslab,andanalyzestheql呦evaluaonexlrtsystembasedonartificialneundneworksforcontinuouscas血lgslabwhichisontheprocessofexpl

3、oration.KEYWORDScontinuousrlgslabq啪山tyevaluaonexpertsystem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

4、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

5、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十52OO6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

6、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

7、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AL公司Brackenridge厂,南非ColumbusStainlessSoutll厂,英国AvestaShifield

8、厂,美国IAlknSteel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AL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u1)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

9、,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AL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

10、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

11、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

12、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ll陷l:l台ll处ll判ll处ll理ll断ll理lff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

13、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

14、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

15、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.4参考文献1李球生,毕学工.连铸坯质量预报专家系统发展及在我国的探讨J.钢铁研究,20b3,(2):4952.2金焱,毕学工.板坯表面质量预报专家系统J.河南冶金,2oo4,12(3):78+24.3JFexT.II珥aIlE0ll0fa0maidedqualitycontrolsystemforCCslabproductionatVoesteL.4thImemafimmJCOlLferetrlcee<mtinuotmctmg

16、,Bmme,1988.4IrviIlgW.R.OnlinequalityobrnIflorotilm帆lslyca或畿mis,ibid.5BroceholfR.Inlinequalitycontroldeterminationofcontinuously(下转第18页)质量判定结果一溷一-三d一譬一匪质量判定结果l嘬博一霍匿国习一一圆国介止一一常能一国一定一质量判定结果一涠一-三一.q一一匪河南冶金2OO6年第3期音奠不涪铝放电只有奠*帽的放电flllllI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

17、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

18、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GB223.3789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1周开亿.光电光谱分析J.光谱实验室,19

19、93,10(增刊):110.2张兵,杨体绍,李玉玲.光电光谱分析电炉钢中微量caJ.光谱实验实.2oo4.21(4):73573/.(上接第8页)aatmaterial,plDceediI0ftIleintemaionalc0ee0fCC,198.5.6余龙山.连铸板坯质量判定专家系统M.硕士论文重庆:重庆大学,2OOO.910.73职建军,文吴.宝钢板坯连铸漏钢预报系统的开发与应用.宝钢技术【J,2000(5):4547.83雷曼.在线铸坯质量评判专家系统J.钢铁研究,1998(3):15一l7.9余茂华,黄金刚,陈建尧等.连铸品质异常计算机管理技术.宝钢技术J,姗B(2):6265.1O中国金属学会连续铸钢学会编译.第一届欧洲连铸会议译文集.中国金属学会连铸学会出版杜,l991.11郝二虎,毕学工.基于fI1II系统的铸坯表面质量控制J.炼钢,2oo3,19(5):4547.趟啊智