王彥姣

（承德鋼鐵集團有限公司，河北 承德 067000）

智能自動化作為一種不需要人工參與的機械驅(qū)動方式，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等各個領(lǐng)域。其中，以工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛，已經(jīng)完成了從最初的機械自動化向著智能自動化發(fā)展過程[1]。

智能自動化技術(shù)特點，很好符合了金屬冶煉技術(shù)需求。金屬冶煉工藝主要根據(jù)金屬特有沸點將所需金屬從合金中提取出來，整個處理過程中對溫度的合理控制是冶煉的關(guān)鍵[2]。相對于人工溫度調(diào)節(jié)，智能自動化技術(shù)能夠有效減少人為控制中的不穩(wěn)定因素，不僅降低了人工成本，同時增加了施工安全性。

使用智能自動化技術(shù)取代人工操控是金屬冶煉最為科學(xué)的發(fā)展趨勢，為此提出智能自動化在金屬冶煉中的應(yīng)用研究[3]。智能自動化在金屬冶煉溫度控制中除必要的配備溫度傳感器設(shè)備等，能夠通過控制溫度設(shè)備調(diào)節(jié)至所需溫度，完成精準(zhǔn)冶煉溫度控制。

1 智能自動化在金屬冶煉中的應(yīng)用

1.1 金屬冶煉爐溫控制

金屬冶煉過程中存在諸多影響因素，其中以爐溫影響最大，其溫度控制直接影響了金屬冶煉品質(zhì)[4]。在金屬冶煉過程中，需要對爐缸時刻進行檢測，通過觀測熱流強度與冷卻壁水情況，檢測爐缸及冷卻壁反應(yīng)。金屬冶煉過程中，熱流強度為：

其中，v為冷卻水流速；T為水溫差；c為水比熱；S為冷卻壁面積。

同時設(shè)1m3的冶煉爐每天燃燒焦炭量為冶煉爐冶煉強度，記為1。根據(jù)公式（1），得到：

其中，JT為每天燃燒焦炭量；D為天數(shù)；V為高爐容積。

冷卻措施控制與冶煉過程強度相關(guān)，需要在達到合理冷卻溫度的同時保證最佳冶煉強度，因此得到多目標(biāo)函數(shù)：

其中，x為包括風(fēng)量、配料、冷卻水流等在內(nèi)的參數(shù)集。

根據(jù)計算結(jié)果，完成冶煉溫度有效控制。

1.2 金屬冶煉影響權(quán)重控制

影響金屬冶煉因素除爐溫外，同樣需要對相關(guān)影響權(quán)重控制，在對料速指數(shù)、風(fēng)溫、透氣性指數(shù)等以小時為單位進行平滑尺度處理后，得到：

其中，F(xiàn)I為相關(guān)控制指數(shù)；N為單位時間內(nèi)風(fēng)溫記錄總量。

利用卷積函數(shù)對公式（4）進行處理后，得到加權(quán)平均處理時效數(shù)據(jù)：

其中，X為爐級數(shù)據(jù)值；xi為冶煉過程中第一個時間單位數(shù)據(jù)值；wi為數(shù)據(jù)對金屬含量影響權(quán)重，其取值如表1所示：

表1 wi取值表

根據(jù)計算結(jié)果與wi取值，完成金屬冶煉影響權(quán)重控制[5]。

1.3 冶煉金屬分解控制

目前金屬冶煉過程中，在保證金屬電解產(chǎn)量與質(zhì)量的前提下，同樣需要考慮企業(yè)金屬冶煉直流電費最低。金屬分解供電以全天直流耗電為目標(biāo)函數(shù)，得到不同時段優(yōu)化電流密度，其目標(biāo)函數(shù)為：

其中，pi為不同時段實時電價；h為第i時段電耗；Vi為電解槽的槽電壓；Dk為電流密度；S為電流通過面積；n為電解槽的槽數(shù)；ti為不同時段電解時間。

根據(jù)實際冶煉生產(chǎn)情況，槽電壓與電流密度關(guān)系為：

其中，a0與a1為多項式系數(shù)在不同金屬比下取值。

為保證金屬冶煉智聯(lián)，設(shè)定日產(chǎn)量與產(chǎn)品質(zhì)量約束目標(biāo)函數(shù)為：

金屬反應(yīng)過程中，每一溫度下只產(chǎn)生一個隨機分解點，在初始溫度下分解的初始狀態(tài)，在一定程度上決定了分解速度，一般取值較大，以便能有一個較大的分解范圍。在常數(shù)范圍內(nèi)，分解速度與搜索范圍也有著一定影響，在分解處理跳出局部解的時間閾值比，以最大分解時間為基準(zhǔn)，避免陷入局部分解而達不到理想效果。后期分解突變決定后期分解溫度突變間隔時間，初始分解時間突變率與最大分解時間配合選取，保證了分解時間的增加遠大于初始分解溫度增加。

2 仿真實驗

2.1 實驗準(zhǔn)備

為分析智能自動化在金屬冶煉中應(yīng)用的實際性能，設(shè)計仿真實驗。實驗通過在同一模擬環(huán)境下，對比智能自動化金屬冶煉方法與傳統(tǒng)金屬冶煉方法對同一金屬冶煉成分控制。實驗中，傳統(tǒng)冶煉方法采用人工控制；智能自動冶煉方法采用多臺不同功能下位機與一臺計算機控制，每臺電爐有兩臺控制機互相輔助。采用WINDOWS NT 2000控制軟件、CLIENT/SERVER數(shù)據(jù)庫以及WINCC組態(tài)軟件。兩組實驗中，對同一金屬完成冶煉過程。兩組溫度、取樣、電源分合、添加脫氧劑、添加合金物料、處理結(jié)果等都采用同一標(biāo)準(zhǔn)。加料過程智能自動化冶煉方法借助加料系統(tǒng)，而傳統(tǒng)冶煉方法采用人工填加。抽取兩組冶煉方法中隨機15組樣本，測試其中金屬成分與預(yù)測誤差。

2.2 實驗結(jié)果對比

兩組金屬冶煉方法金屬成分預(yù)測結(jié)果，如表2所示：

表2 兩種冶煉方法金屬成分預(yù)測結(jié)果

從實驗結(jié)果中可以看出，智能自動化金屬冶煉方法能夠較好對金屬成分結(jié)果進行預(yù)測，其預(yù)測誤差值及相對誤差值，相對于傳統(tǒng)冶煉方法來說都較小，能夠完成更好的冶煉結(jié)果控制，提升冶煉質(zhì)量。

智能自動化冶煉方法主要采用微調(diào)控制溫度，能夠根據(jù)料速指數(shù)與透氣狀態(tài)不斷做出調(diào)整，將爐溫控制在最佳范圍內(nèi)，有效提高冶煉精準(zhǔn)度。

3 結(jié)語

智能自動化在金屬冶煉中的應(yīng)用主要以解決企業(yè)連續(xù)生產(chǎn)中問題為目標(biāo)，實現(xiàn)更高的經(jīng)濟生產(chǎn)效益。實時在線監(jiān)測生產(chǎn)過程參數(shù)，確保生產(chǎn)過程最優(yōu)狀態(tài)。在切實提高企業(yè)冶煉經(jīng)濟效益的同時，增強企業(yè)市場競爭力。由于金屬冶煉中的復(fù)雜反應(yīng)，建立生產(chǎn)目標(biāo)與冶煉參數(shù)間關(guān)系，影響了冶煉過程優(yōu)化控制的實現(xiàn)。針對金屬冶煉的特點及控制要求，提出不需先預(yù)測的實施冶煉預(yù)測能力。這一方法具有預(yù)測精度高、收斂速度快，且適合于非線性嚴重，特別是輸入變量較多的金屬冶煉。智能自動化在金屬冶煉中的應(yīng)用研究中，有效解決了金屬冶煉工藝在連續(xù)生產(chǎn)環(huán)境下對冶煉各項影響因素的精準(zhǔn)控制。改善了傳統(tǒng)冶煉技術(shù)消耗成本高且污染嚴重的問題。