王春燕

摘 要：鋼鐵生產(chǎn)是冶金工業(yè)這一國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，連鑄工藝關(guān)鍵工藝之一，有效提高連鑄坯產(chǎn)量和質(zhì)量是提升煉鋼廠(chǎng)生產(chǎn)能力的重要方法，也是鋼鐵研究領(lǐng)域的熱門(mén)課題，鑄坯產(chǎn)品的質(zhì)量取決于鑄坯凝固的過(guò)程控制，二冷水的控制直接決定了連鑄生產(chǎn)的產(chǎn)量以及鑄坯質(zhì)量的好壞，本文探討了連鑄二冷水熱傳輸及人工智能優(yōu)化模型與控制的相關(guān)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：連鑄二冷水熱傳輸；人工智能優(yōu)化；模型與控制

1 連鑄及二冷水熱傳輸技術(shù)介紹

我國(guó)是世界上較早開(kāi)發(fā)及應(yīng)用連鑄技術(shù)的國(guó)家之一，連續(xù)鑄造工藝是指連續(xù)地將液態(tài)金屬澆注成特定形狀的鑄坯件的加工工藝，20實(shí)際60年代連鑄技術(shù)被廣泛應(yīng)用于在鋼鐵工業(yè)中[1]。對(duì)比傳統(tǒng)的模鑄技術(shù)，連鑄技術(shù)大幅簡(jiǎn)化了加工工藝流程，提高了鑄坯的生產(chǎn)效率和質(zhì)量水平，能耗和成本也明顯降低，因此在鋼鐵加工行業(yè)中具有重要地位。冶金鑄坯的冷卻凝固過(guò)程基本是在二次冷卻區(qū)中進(jìn)行的，鑄坯件的冷卻過(guò)程質(zhì)量管控與鑄坯質(zhì)量的好壞直接相關(guān)，因此二次冷卻相關(guān)的研究備受關(guān)注。二冷配水動(dòng)態(tài)控制建立在熱傳輸模型基礎(chǔ)之上存在著模型計(jì)算量大、占時(shí)長(zhǎng)、實(shí)時(shí)性差、精度不高的缺陷，因此，人工智能化模型與控制是二冷控制的發(fā)展趨勢(shì)。

2 二冷水熱傳輸核心技術(shù)

對(duì)于板坯連鑄機(jī)來(lái)說(shuō)，二次冷卻的控制直接關(guān)系到鑄坯的冷卻凝固時(shí)間和拉坯速度，決定著連鑄機(jī)的生產(chǎn)能力，同時(shí)還影響著鑄坯質(zhì)量，鑄坯過(guò)程中冷卻水控制與鑄坯表面溫度控制是核心。在連鑄過(guò)程中如果各環(huán)節(jié)的冷卻水的水量大小分配不科學(xué)：過(guò)多或過(guò)少，都會(huì)直接影響到鑄坯的表面溫度，如果不能實(shí)現(xiàn)表面溫度的穩(wěn)定控制，鑄坯質(zhì)量也就無(wú)從保障，甚至?xí)a(chǎn)出殘次品，報(bào)廢品。因此，連鑄技術(shù)中，對(duì)冷卻水的精確控制是非常關(guān)鍵的，關(guān)系到能否高效率地生產(chǎn)出質(zhì)量上乘的鑄坯，能否滿(mǎn)足加工要求。連鑄技術(shù)鑄坯的加工過(guò)程從物理學(xué)角度而言，其實(shí)質(zhì)是熱量的傳導(dǎo)與輸送，即將液態(tài)的鋼轉(zhuǎn)化成目標(biāo)形狀的固體形式的鋼，包括鑄坯溫度冷卻到液相線(xiàn)再到固相線(xiàn)溫度再到特定溫度過(guò)程中的熱量傳輸。保證鑄坯質(zhì)量，關(guān)鍵在于鑄坯表面溫度的控制，二冷區(qū)冷卻根據(jù)鋼種、鋼的高溫脆性曲線(xiàn)來(lái)決定，主要包括鑄坯表面溫度回升、冷卻速度等限制：鑄坯表面的再加熱會(huì)產(chǎn)生張應(yīng)力，表面溫度回升超過(guò)100攝氏度時(shí)會(huì)在鑄坯的內(nèi)部形成裂紋，鑄坯溫度冷卻過(guò)快同樣也會(huì)使鑄坯產(chǎn)生張應(yīng)力，這種應(yīng)力會(huì)致使原有的裂紋繼續(xù)擴(kuò)大，也極有可能在鑄坯件上增加新的裂紋。在相同的鋼種以用相同的澆鑄工藝基礎(chǔ)上，連鑄二冷技術(shù)的主要目的是在鑄坯過(guò)程中控制冷卻水的最佳使用量以及在拉坯方向中的最佳分布，通過(guò)對(duì)冷卻水與實(shí)際操作過(guò)程的合理掌控，以及掌握冷卻過(guò)程中鑄坯件的實(shí)時(shí)溫度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水量的自動(dòng)調(diào)節(jié)，完成動(dòng)態(tài)配水控制，達(dá)成穩(wěn)定控制鑄坯表面溫度，避免出現(xiàn)溫差過(guò)大的目的，從而確保生產(chǎn)加工過(guò)程的穩(wěn)定性、可控性，生產(chǎn)出滿(mǎn)足客戶(hù)質(zhì)量需求的好產(chǎn)品。

3 連鑄二冷配水控制技術(shù)的發(fā)展過(guò)程

連鑄二冷水動(dòng)態(tài)控制一直是連鑄研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，從最開(kāi)始的簡(jiǎn)單靜態(tài)控制方式逐漸進(jìn)步成現(xiàn)今的動(dòng)態(tài)控制方法：即主動(dòng)根據(jù)變化的工藝條件，自動(dòng)智能準(zhǔn)確地調(diào)整冷卻水量及溫度的控制。在連鑄技術(shù)發(fā)展的歷程中，典型方法有如下四種，手工控制法：由操作員根據(jù)儀表顯示的參數(shù)及個(gè)人工作經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)調(diào)節(jié)二冷水量，缺陷：原始簡(jiǎn)單精度差；滑道控制法：首先研究出連鑄加工過(guò)程中鑄坯的加工速度和所需冷卻水之間的關(guān)系，其次，將這種關(guān)系編寫(xiě)成固定的程序，最后在程序控制器中進(jìn)行存儲(chǔ)與運(yùn)算，通過(guò)存儲(chǔ)器自動(dòng)根據(jù)加工速度的變化自動(dòng)進(jìn)行冷卻水量的調(diào)節(jié)，這種方法的不足點(diǎn)是，由于實(shí)際速度與事先編寫(xiě)的程序并非時(shí)時(shí)同步，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)滯后現(xiàn)象，因此鑄坯表面的實(shí)際溫度會(huì)有較大的波動(dòng)性；溫度反饋控制法：事先在固定位置放置溫度傳感器，通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)采集傳感器的溫度數(shù)值，然后由計(jì)算機(jī)對(duì)實(shí)際溫度與事先設(shè)定的最佳溫度進(jìn)行比較，根據(jù)結(jié)果來(lái)進(jìn)行冷卻水量的調(diào)節(jié)。這是一種以實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)作為控制參數(shù)的方法，受限于惡劣的加工環(huán)境，測(cè)溫精度較差；數(shù)學(xué)模型控制法：由于鑄坯表面溫度反映了鑄坯的熱過(guò)程，且相比鑄坯內(nèi)部測(cè)溫要更易實(shí)現(xiàn)，以數(shù)學(xué)計(jì)算為基礎(chǔ)，使用數(shù)學(xué)模型，通過(guò)利用熱傳輸方程得出鑄坯表面溫度與冷卻水量的關(guān)系，并與理想表面溫度控制曲線(xiàn)進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制參數(shù)的修正，這種模式目前應(yīng)用廣泛，數(shù)學(xué)模型的正確與否對(duì)二冷水的控制效果有至關(guān)重要的影響。

4 連鑄二冷水熱傳輸中人工智能模型的應(yīng)用

隨著連鑄二冷理論模型的完善和發(fā)展，在連鑄坯溫度數(shù)學(xué)模型及仿真與智能優(yōu)化的基礎(chǔ)上提出了連鑄二次冷卻動(dòng)態(tài)控制方法，不再使用傳統(tǒng)的直接測(cè)量鑄坯表面溫度的方法，而是建立起科學(xué)的鑄坯冷卻凝固的傳熱數(shù)學(xué)模型，將最佳表面溫度作為模型的約束條件，采用新興的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，使用編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)連鑄二冷水熱傳輸控制系統(tǒng)的智能效果。人工智能模擬法中基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的專(zhuān)家系統(tǒng)在獲取知識(shí)的速度與效果上以及并行推理、聯(lián)想推理的能力、學(xué)習(xí)的適應(yīng)性以及容錯(cuò)能力方面均展現(xiàn)出了卓越性，使其在智能研究中占有不可取代的一席之地，將傳統(tǒng)的連鑄二冷控制系統(tǒng)中的模式識(shí)別方法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法相結(jié)合，建立基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的連鑄二冷配水專(zhuān)家系統(tǒng)是目前的重要研究方向之一，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)家系統(tǒng)如果和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器相結(jié)合，可直接作為控制模型使用，對(duì)于模式識(shí)別和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，需在生產(chǎn)中不斷地積累樣本，補(bǔ)充進(jìn)知識(shí)庫(kù)中，提高模型精度。

5 結(jié)束語(yǔ)

連鑄技術(shù)是目前冶金領(lǐng)域中最活躍的一個(gè)分支，傳統(tǒng)的連鑄工藝中其控制系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單分散的特點(diǎn)，受限于客觀(guān)技術(shù)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制效果的最佳化，計(jì)算機(jī)技術(shù)日新月異的發(fā)展在冶金行業(yè)的應(yīng)用，尤其是在連鑄技術(shù)中的使用實(shí)現(xiàn)了二冷水熱傳輸過(guò)程中溫度控制、應(yīng)力控制等各過(guò)程的綜合協(xié)調(diào)，系統(tǒng)的整體性能得到大幅提高。隨著近年來(lái)科學(xué)家在人工智能領(lǐng)域的深入化研究，社會(huì)各界的廣泛重視以及人工智能逐漸在控制系統(tǒng)及仿真系統(tǒng)中得到應(yīng)用，將會(huì)有更多新思想和新方法在連鑄二冷水熱傳輸控制中得以應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐榮軍.連鑄二冷水熱傳輸及人工智能優(yōu)化模型與控制[D].中國(guó)科學(xué)院上海冶金研究所，2000.

[2]鄭鵬.連鑄二冷過(guò)程建模及配水的智能優(yōu)化研究[D].東北大學(xué)，2005.