王立杰，趙 楊，張燕平

（1.唐山鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司，河北063016；2.唐山不銹鋼有限公司，河北，063105）

0 引言

隨著連鑄高效化生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展，鑄坯質(zhì)量在線(xiàn)判定、連鑄與熱軋之間的工序銜接和匹配智能化控制等系統(tǒng)，對(duì)保證連鑄生產(chǎn)的連續(xù)、高效、高質(zhì)和減少資源的浪費(fèi)等都具有重要意義[1]。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，連鑄自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，極大的推動(dòng)了鑄坯質(zhì)量在線(xiàn)判定技術(shù)的高速發(fā)展。 國(guó)內(nèi)部分鋼廠采用以電磁感應(yīng)技術(shù)或光學(xué)檢測(cè)技術(shù)為基礎(chǔ)的物理檢測(cè)方法對(duì)鑄坯質(zhì)量缺陷在線(xiàn)判定。 但由于高溫鑄坯受氧化鐵皮、保護(hù)渣的影響，使用精密設(shè)備檢測(cè)鑄坯表面質(zhì)量的效果并不理想，部分研究人員利用專(zhuān)家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能技術(shù)開(kāi)發(fā)在線(xiàn)判定系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)鑄坯質(zhì)量在線(xiàn)判定[2-4]。

將連鑄工藝過(guò)程控制納入鑄坯質(zhì)量判定已經(jīng)成為發(fā)展趨勢(shì)，目前，國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)也在逐步開(kāi)展相關(guān)工作，但整體看，真正實(shí)現(xiàn)并運(yùn)用全工序、系統(tǒng)化、智能化系統(tǒng)進(jìn)行鑄坯質(zhì)量等級(jí)在線(xiàn)判定的企業(yè)還比較少。 本文就唐鋼不銹鋼公司鑄坯質(zhì)量在線(xiàn)判定系統(tǒng)的研發(fā)進(jìn)行了闡述，并對(duì)投運(yùn)效果進(jìn)行了分析和總結(jié)。

1 傳統(tǒng)鑄坯質(zhì)量判定存在問(wèn)題

鋼鐵企業(yè)在對(duì)最終產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤時(shí)，逐步意識(shí)到鑄坯生產(chǎn)過(guò)程的工藝控制情況對(duì)最終產(chǎn)品質(zhì)量影響非常大。目前鑄坯質(zhì)量判定多基于對(duì)鑄坯成分、外形尺寸、表面質(zhì)量等內(nèi)容的分析、檢測(cè)，不能完全真實(shí)反映鑄坯的實(shí)際質(zhì)量，質(zhì)量管控風(fēng)險(xiǎn)較大。

在鑄坯生產(chǎn)過(guò)程中，連鑄工藝過(guò)程控制情況往往通過(guò)人員在系統(tǒng)外進(jìn)行信息溝通與判定，該控制模式不能全面、快速、準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)多工序、系統(tǒng)化工藝信息集成，更不能將工藝信息快速、精確計(jì)算后輸出。 因此需要建立一套集工藝過(guò)程數(shù)據(jù)采集、集成、計(jì)算與質(zhì)量等級(jí)決策的鑄坯質(zhì)量在線(xiàn)自動(dòng)判定系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)鑄坯實(shí)際質(zhì)量與訂單質(zhì)量要求的準(zhǔn)確對(duì)接、匹配。

2 鑄坯質(zhì)量在線(xiàn)判定系統(tǒng)主要機(jī)理

鑄坯在線(xiàn)質(zhì)量判定系統(tǒng)是根據(jù)鑄坯的純凈度、鑄坯表面缺陷、鑄坯內(nèi)部缺陷、鑄坯形狀缺陷等質(zhì)量影響因素，確認(rèn)不同鋼種對(duì)應(yīng)的不同缺陷性質(zhì)，以及不同的缺陷對(duì)應(yīng)不同的影響因素和生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)。

首先進(jìn)行鑄坯生產(chǎn)過(guò)程異常數(shù)據(jù)和事件采集，將生產(chǎn)過(guò)程工藝參數(shù)、鋼種成分、生產(chǎn)控制要求、過(guò)程異常數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)、頭尾坯、混坯等對(duì)連鑄板坯質(zhì)量等級(jí)判定造成影響的數(shù)據(jù)和事件進(jìn)行采集，基于此煉鋼記號(hào)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格要求，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和評(píng)估，提供判定鑄坯所需的全面的質(zhì)量評(píng)估和決策架構(gòu)。 然后將鑄坯質(zhì)量在線(xiàn)判定系統(tǒng)的判定等級(jí)傳遞至軋鋼系統(tǒng)，軋鋼排產(chǎn)人員根據(jù)判定結(jié)果和訂單需求組織排產(chǎn)，保證板卷質(zhì)量達(dá)到客戶(hù)需求，提升客戶(hù)滿(mǎn)意度。

3 鑄坯質(zhì)量在線(xiàn)判定系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方案與流程

3.1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

鑄坯在線(xiàn)質(zhì)量判定系統(tǒng)是以QMS 系統(tǒng)為基礎(chǔ)，所需數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)圖見(jiàn)圖1。主要有MES 系統(tǒng)、PI 系統(tǒng)、ODS 系統(tǒng)等提供數(shù)據(jù)來(lái)源和支撐。 根據(jù)不同的數(shù)據(jù)，將判定系統(tǒng)分為不同的模塊，例如異常事件計(jì)算模塊，界面和規(guī)則編輯器等。具體業(yè)務(wù)流程如圖2所示。

圖1 QMS 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)圖

圖2 鑄坯在線(xiàn)質(zhì)量判定系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

3.2 鑄坯質(zhì)量在線(xiàn)判定系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息

煉鋼工序的關(guān)鍵過(guò)程參數(shù)的狀態(tài)將直接影響板坯的質(zhì)量特性，尤其是連鑄機(jī)拉速、中間包鋼水溫度、結(jié)晶器液面波動(dòng)等工藝數(shù)據(jù)對(duì)板坯質(zhì)量分級(jí)判定至關(guān)重要，可能導(dǎo)致產(chǎn)品缺陷，或者可能無(wú)法保證按目標(biāo)質(zhì)量生產(chǎn)合格產(chǎn)品。 因此，基于公司的生產(chǎn)信息，將一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)等信息化系統(tǒng)煉鋼全流程的數(shù)據(jù)采集，為QMS 系統(tǒng)提供連鑄機(jī)的（拉速、中間包鋼水溫度等）過(guò)程數(shù)據(jù)。

3.3 異常事件計(jì)算規(guī)則

板坯最終成品質(zhì)量不但與連鑄工序的過(guò)程參數(shù)有關(guān)，而且澆鑄前煉鋼工序的關(guān)鍵過(guò)程參數(shù)的狀態(tài)也直接影響板坯的質(zhì)量特性，尤其是異常波動(dòng)、控制失敗事件因素可能導(dǎo)致產(chǎn)品缺陷，或者可能無(wú)法保證按目標(biāo)質(zhì)量生產(chǎn)合格產(chǎn)品，因此鑄坯在線(xiàn)判定系統(tǒng)異常事件計(jì)算模塊的收集要延伸至煉鋼工序。

為了實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)易于識(shí)別的目的，每個(gè)質(zhì)量異常事件定義為以字母、數(shù)字、符號(hào)組成的代碼，并以異常代碼的形式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。 為準(zhǔn)確識(shí)別質(zhì)量影響因素，將轉(zhuǎn)爐、精煉、連鑄工序?qū)Ξ惓Ｊ录氖占?lèi)型，分為判斷項(xiàng)類(lèi)和監(jiān)控項(xiàng)類(lèi)。 煉鋼全流程共收集項(xiàng)目185 項(xiàng)，分為監(jiān)控項(xiàng)和判定項(xiàng)。

3.4 質(zhì)量評(píng)估模塊建立

3.4.1 規(guī)則編輯

規(guī)則編輯器是鑄坯在線(xiàn)判定系統(tǒng)的核心，主要是用來(lái)制定鑄坯質(zhì)量判定的規(guī)則，并對(duì)規(guī)則進(jìn)行維護(hù)和修改的模塊。 鑄坯在線(xiàn)判定系統(tǒng)的規(guī)則編輯器的邏輯計(jì)算為EEC 邏輯計(jì)算模塊，是用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，結(jié)合異常事件邏輯計(jì)算規(guī)則，實(shí)現(xiàn)異常事件邏輯判斷的過(guò)程。 EEC 邏輯計(jì)算模塊流程圖見(jiàn)圖3。

異常事件邏輯判斷分為兩部分：一部分是數(shù)據(jù)可計(jì)算部分，基于每塊鑄坯工藝數(shù)據(jù)信息，按照異常事件的邏輯計(jì)算規(guī)則實(shí)施計(jì)算，計(jì)算后輸出數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果，并將計(jì)算結(jié)果與異常事件代碼對(duì)接；另外一部分不需要計(jì)算，主要為無(wú)法信息采集的異常情況信息，該信息由MES 系統(tǒng)直接轉(zhuǎn)換為異常事件代碼傳遞至EEC 邏輯計(jì)算模塊。

圖3 EEC 邏輯計(jì)算模塊

EEC 邏輯計(jì)算模塊中的主要功能為：

（1）對(duì)異常事件的控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂，修訂時(shí)確定部門(mén)或人員權(quán)限；

（2）異常事件要基于不同產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，且在不同產(chǎn)線(xiàn)下的異常事件的控制標(biāo)準(zhǔn)、 判定標(biāo)準(zhǔn)不同，滿(mǎn)足不同的設(shè)計(jì)要求；

（3）異常事件邏輯計(jì)算公式中的相關(guān)固定數(shù)可以結(jié)合不同產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行修改，例如塞棒漲桿、涮桿對(duì)鑄坯拉速影響的系數(shù)，塞棒顫動(dòng)影響值等。

3.4.2 鋼種分類(lèi)

對(duì)現(xiàn)有的300 多個(gè)鋼種進(jìn)行了鋼種組類(lèi)別的設(shè)置，有新鋼種時(shí)可以手動(dòng)增加到鋼種組內(nèi)，便于接到訂單時(shí)依據(jù)鋼種類(lèi)別判定。

3.4.3 異常事件對(duì)應(yīng)鑄坯質(zhì)量等級(jí)確定

每個(gè)異常事件與鋼種對(duì)應(yīng)等級(jí)匹配，是鑄坯判定系統(tǒng)的工藝核心，自動(dòng)判定的依據(jù)。 這是工藝、質(zhì)量知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的沉淀和傳遞，需要各產(chǎn)線(xiàn)結(jié)合自己的特點(diǎn)，對(duì)應(yīng)產(chǎn)品特殊屬性，對(duì)規(guī)則進(jìn)行不斷的修正、完善。 異常事件對(duì)應(yīng)鑄坯質(zhì)量等級(jí)錄入界面如圖4 所示。

圖4 異常事件對(duì)應(yīng)鑄坯質(zhì)量等級(jí)錄入界面

4 鑄坯質(zhì)量在線(xiàn)判定系統(tǒng)使用及特點(diǎn)

鑄坯質(zhì)量在線(xiàn)判定系統(tǒng)對(duì)經(jīng)過(guò)生產(chǎn)線(xiàn)的所有鑄坯均進(jìn)行在線(xiàn)的質(zhì)量判定，判定用的規(guī)則為產(chǎn)品的客戶(hù)訂單、產(chǎn)品用途和異常事件信息等。 判定結(jié)果界面包含了鑄坯生產(chǎn)信息，異常事件信息、判定信息和人工判定窗口。

（1）生產(chǎn)過(guò)程中，質(zhì)量判定單元采集實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)，并與判定規(guī)則中的相關(guān)判定規(guī)則進(jìn)行對(duì)比，按照規(guī)則要求對(duì)生產(chǎn)的相應(yīng)鑄坯進(jìn)行判級(jí)，把判定結(jié)果上傳到數(shù)據(jù)庫(kù)中保存[5]，并依據(jù)鋼種類(lèi)別和廠家要求進(jìn)行邏輯處理，依據(jù)不同目標(biāo)要求給出不同的等級(jí)，如圖5 所示。

（2）將等級(jí)結(jié)果和異常信息通過(guò)三級(jí)和四級(jí)系統(tǒng)傳遞至熱軋工序，便于熱軋工序根據(jù)廠家和訂單需求進(jìn)行不同規(guī)格的軋制處理。

（3）鑄坯在線(xiàn)判定系統(tǒng)的判定結(jié)果將形成數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行保留，工藝、質(zhì)量等管理人員可以根據(jù)判定數(shù)據(jù)進(jìn)行工藝質(zhì)量分析和查詢(xún)，在此基礎(chǔ)上，對(duì)運(yùn)行規(guī)則進(jìn)行優(yōu)化和完善，實(shí)現(xiàn)鑄坯判定后的分級(jí)管理，提升客戶(hù)滿(mǎn)意度和產(chǎn)品定位。

5 結(jié)語(yǔ)

唐鋼不銹鋼公司鑄坯質(zhì)量在線(xiàn)判定系統(tǒng)投入運(yùn)行以來(lái)，顯著提高了鑄坯質(zhì)量控制水平，也提升了煉鋼廠對(duì)鑄坯質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)控能力。

圖5 鋼種不同類(lèi)型對(duì)應(yīng)質(zhì)量判定等級(jí)

（1）鑄坯在線(xiàn)判定系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)判定結(jié)果在上下游工序共享，在本工序接收到上工序產(chǎn)品時(shí)，通過(guò)系統(tǒng)及時(shí)、 方便地查詢(xún)到上工序產(chǎn)品的質(zhì)量信息，為決定本工序的使用方式提供了依據(jù)。

（2）鑄坯在線(xiàn)判定系統(tǒng)判定實(shí)現(xiàn)由結(jié)果檢驗(yàn)向關(guān)注工藝過(guò)程轉(zhuǎn)變；實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)判斷代替人工經(jīng)驗(yàn)判斷，避免人為操作的主觀性失誤；實(shí)現(xiàn)了全工序質(zhì)檢，減少產(chǎn)品質(zhì)量異議產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)糾紛。

（3）目前，連鑄板坯生產(chǎn)線(xiàn)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量自動(dòng)化判定功能，系統(tǒng)投入使用率100%，判定等級(jí)輸出準(zhǔn)確率97%，自動(dòng)判定及時(shí)率100%，邏輯計(jì)算準(zhǔn)確率（按設(shè)計(jì)要求）100%。